壓縮空氣儲能：挺進能源市場新藍(lán)海

　　5月4日上午9時，在湖北孝感應(yīng)城市，國網(wǎng)孝感供電公司變電運檢分公司作業(yè)人員正對220千伏彭灣變電站開展線路、設(shè)備巡視，護航應(yīng)城300兆瓦級壓氣儲能電站并網(wǎng)運行。

　　應(yīng)城300兆瓦級壓氣儲能電站可有效應(yīng)對新能源發(fā)電的波動性、間歇性、隨機性。其并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)志著全球壓氣儲能電站邁入300兆瓦級單機時代。同時，電站在單機功率、儲能規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率方面世界領(lǐng)先。目前，應(yīng)城300兆瓦級壓氣儲能電站機組各系統(tǒng)參數(shù)正常，設(shè)備運行平穩(wěn)，運行質(zhì)量優(yōu)良。技術(shù)團隊成員正在開展機組帶負(fù)荷參數(shù)精細(xì)化調(diào)整，力爭早日實現(xiàn)機組7次連續(xù)充放電試運行。

　　與光伏、風(fēng)力等新能源發(fā)電和抽水蓄能相比，壓氣儲能優(yōu)勢明顯，正全力挺進能源市場新藍(lán)海。

　　“綠色超級充電寶”優(yōu)勢明顯

　　國網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司總工程師、湖北楚韻儲能科技有限責(zé)任公司總經(jīng)理王俊介紹，壓氣儲能系統(tǒng)是一種新型大規(guī)模電力儲能系統(tǒng)。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，壓氣儲能電站通過壓縮機將空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲存至鹽穴儲氣庫，同時將壓縮熱儲存于熱水中;在用電高峰期，釋放鹽穴儲氣庫內(nèi)高壓空氣，吸收儲存的壓縮熱，驅(qū)動空氣透平機組發(fā)電。

　　早在1975年，德國開始建造壓氣儲能電站，并在1978年實現(xiàn)商用，整體運行效率42%。1991年，美國建造壓氣儲能電站，同樣利用鹽穴作為儲氣庫。但因其增加了壓縮熱收集利用裝置，整體運行效率增長至54%。

　　應(yīng)城300兆瓦級壓氣儲能電站由中能建數(shù)字科技集團有限公司與國網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司聯(lián)合投建，是國家新型儲能試點示范項目。它利用湖北云應(yīng)地區(qū)廢棄鹽礦作為儲氣庫，打造一個巨大的“綠色超級充電寶”。項目一期入選國家第三批能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備名單，單機功率達(dá)300兆瓦級，儲能容量達(dá)1500兆瓦時。

　　“電站投入使用后，每天儲能8小時、釋能5小時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率近70%，全年發(fā)電約5億千瓦時，可以供75萬居民一年生活使用。”國網(wǎng)應(yīng)城市供電公司營銷部副主任夏勝平介紹，電站預(yù)計今年6月投運，可減輕電網(wǎng)調(diào)峰壓力，增加供電可靠性。

　　過去，抽水蓄能是實現(xiàn)電能大規(guī)模存儲的普遍方案，但面臨投資大、建設(shè)周期長等問題。

　　王俊介紹，壓氣儲能電站運行原理與抽水蓄能電站類似。隨著儲能需求不斷增長，壓氣儲能作為儲能量級唯一可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模物理儲能，有啟動時間快、能量密度和功率密度較高、系統(tǒng)效率較高、環(huán)境友好等優(yōu)點。此外，用于發(fā)電的空氣取之不盡，且壓氣儲能電站大多選址在廢棄鹽穴、礦井等，能有效降低開發(fā)成本，實現(xiàn)資源循環(huán)再利用。

　　技術(shù)不斷取得新突破

　　2023年底，國家能源局公布新一批新型儲能試點示范項目，共56個入選。其中，壓氣儲能項目達(dá)11個(不含二氧化碳儲能)，成為最亮眼的新型儲能技術(shù)路線之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前山東、河南、河北、江蘇、青海等12省規(guī)劃、在建壓氣儲能項目超30個，合計規(guī)模達(dá)8吉瓦。

　　王俊介紹，2021年9月，江蘇金壇鹽穴壓氣儲能國家示范項目并網(wǎng)試驗成功，一期工程發(fā)電裝機60兆瓦。這是全球第一個非補燃壓氣儲能電站，標(biāo)志著我國新型儲能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用取得重大突破。2022年5月，該壓氣儲能電站正式投產(chǎn)。

　　2021年12月，河北張家口首套100兆瓦壓氣儲能項目送電成功，系統(tǒng)設(shè)計效率達(dá)70.4%。項目有利于推動大規(guī)模壓氣儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程。

　　2022年7月，應(yīng)城壓氣儲能電站示范工程開工。它采用非補燃高壓熱水儲熱中溫絕熱壓縮技術(shù)，核心技術(shù)指標(biāo)能源轉(zhuǎn)換效率達(dá)近70%。2024年4月，項目首次并網(wǎng)成功，創(chuàng)造了6個行業(yè)示范及數(shù)十項國際首創(chuàng)、全球首次突破。為有效提升區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰能力、促進長時儲能技術(shù)發(fā)展，國網(wǎng)湖北電科院精益化調(diào)試技術(shù)團隊歷時兩年，攻克了壓氣儲能系統(tǒng)高精度建模、啟動調(diào)試、并網(wǎng)性能驗證等核心技術(shù)，實現(xiàn)300兆瓦級壓氣儲能系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)國際領(lǐng)先。“我們創(chuàng)新研發(fā)了壓氣儲能電站熱力學(xué)性能分析平臺和國際首個300兆瓦級壓氣儲能電站仿真平臺。”國網(wǎng)湖北電科院雙碳中心主任負(fù)責(zé)人李陽海說，平臺大幅提升了壓氣儲能系統(tǒng)電網(wǎng)友好性，實現(xiàn)儲能電站全工藝流程全工況動態(tài)模擬。

　　2022年9月，全球最大規(guī)模350兆瓦鹽穴壓氣儲能項目——山東泰安2×300兆瓦級壓氣儲能創(chuàng)新示范工程開工。項目采用全球首創(chuàng)低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術(shù)，建成后在壓縮空氣儲能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)單機功率、轉(zhuǎn)換效率及儲能規(guī)模全球第一。

　　有望實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用

　　“壓氣儲能技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，將對未來電網(wǎng)起到一定支撐作用。”王俊表示。

　　伴隨壓氣儲能技術(shù)進步以及國內(nèi)相應(yīng)支持政策的出臺，壓氣儲能成本不斷降低、產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，未來有望實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

　　據(jù)介紹，中能建數(shù)字科技集團有限公司已明確壓氣儲能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑。具體來說，這一路徑包括“0到1”起步示范階段，聚焦新型長時物理儲能技術(shù)，提出大容量、高參數(shù)、長壽命、零排放的壓氣儲能系統(tǒng)解決方案;“1到100”推廣布局階段，開展壓氣儲能電站在全國布局;“100到+”產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，實施工程化系統(tǒng)解決方案，建設(shè)協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)圈，推動全產(chǎn)業(yè)鏈融合性發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展和數(shù)字化發(fā)展。

　　同時，我國鹽穴資源豐富、廢棄礦洞多、枯竭油氣田地下空間大，枯竭油氣田地質(zhì)資料齊全。如能利用這些天然地下洞穴，也有望建設(shè)大規(guī)模，乃至超大規(guī)模的壓氣儲能電站。

　　目前，我國已成功實現(xiàn)以地下鹽穴作為儲氣庫的非補燃式絕熱壓縮空氣電站發(fā)電。建設(shè)中的壓氣儲能電站發(fā)電規(guī)模不斷擴大，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

　　儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要支撐，也是新能源下半場的主角。王俊認(rèn)為，壓氣儲能將成為深入推進能源革命的重要領(lǐng)域。

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　　國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能電站并網(wǎng)發(fā)電

　　記者5月6日獲悉，山東肥城國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能電站近日首次并網(wǎng)發(fā)電成功。電站是目前國際上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站，由中國科學(xué)院工程熱物理所提供技術(shù)支持、中儲國能(北京)技術(shù)有限公司投資建設(shè)。

　　中國科學(xué)院工程熱物理所研發(fā)團隊成功突破300兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)全套關(guān)鍵核心技術(shù)，先后攻克多級寬負(fù)荷壓縮機和多級高負(fù)荷透平膨脹機技術(shù)、高效超臨界蓄熱換熱器技術(shù)、系統(tǒng)全工況優(yōu)化設(shè)計與集成控制技術(shù)，創(chuàng)造性研制出300兆瓦多級高負(fù)荷透平膨脹機、多級寬負(fù)荷壓縮機和高效緊湊式蓄熱換熱器等核心裝備。

　　值得一提的是，300兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)的單位造價成本較100兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)下降30%以上，同時裝備實現(xiàn)了完全自主可控。

　　電站建設(shè)規(guī)模為300兆瓦/1800兆瓦時。工程總投資14.96億元，系統(tǒng)額定設(shè)計效率72.1%，可實現(xiàn)連續(xù)放電6小時，年發(fā)電約6億度。在用電高峰時，電站可為20萬—30萬戶居民提供電力保障，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸。

　　同時，電站還能夠為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、備用、黑啟動等電力調(diào)控功能，有效支撐電力系統(tǒng)平穩(wěn)高效運行。

　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長陳海生表示，電站的并網(wǎng)發(fā)電可有效推動壓縮空氣儲能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，進一步鞏固我國在壓縮空氣儲能領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，為該技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ)。(科技日報 吳純新 余健兵 張碧云 甘依依 陸成寬)