?在能量轉(zhuǎn)換效率方面，世界上第一座投入商業(yè)運(yùn)營的德國亨托夫壓縮空氣儲能電站約為42%，第二座投入商業(yè)運(yùn)營的美國麥金托什壓縮空氣儲能電站約為54%，而湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站可以達(dá)到70%
?湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能項(xiàng)目創(chuàng)下了單機(jī)功率、儲能規(guī)模和轉(zhuǎn)換效率三項(xiàng)世界紀(jì)錄，成功攻克了地下儲氣庫建設(shè)和工藝系統(tǒng)集成等多項(xiàng)技術(shù)難題
?隨著設(shè)備國產(chǎn)化和技術(shù)不斷突破，壓縮空氣儲能的整體經(jīng)濟(jì)性會逐漸提升
侯文坤?張泉
猶如科幻般的壓縮空氣儲能，正在中國更大規(guī)模走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。作為我國首座300兆瓦級壓縮空氣儲能示范工程，湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站1月9日實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電，開始商業(yè)化運(yùn)行。該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)每天儲能8小時、釋能5小時，預(yù)計轉(zhuǎn)化后的年均發(fā)電量約5億千瓦時。“地上工程決定好壞，地下工程決定成敗”，該項(xiàng)目的地下儲能系統(tǒng)由中國工程院院士、中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員楊春和團(tuán)隊(duì)提供全過程技術(shù)支撐。
近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項(xiàng)行動實(shí)施方案（2025-2027年）》，提出到2027年，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力顯著提升，各類調(diào)節(jié)資源發(fā)展的市場環(huán)境和商業(yè)模式更加完善，各類調(diào)節(jié)資源調(diào)用機(jī)制進(jìn)一步完善。支撐2025～2027年年均新增2億千瓦以上新能源的合理消納利用，全國新能源利用率不低于90%。
在我國能源轉(zhuǎn)型和“雙碳”戰(zhàn)略的大背景下，太陽能、風(fēng)能飛速發(fā)展，這兩種新能源具有波動性、間歇性、不穩(wěn)定性，給電網(wǎng)接入和消納帶來了挑戰(zhàn)，對大規(guī)模儲能需求越來越大。壓縮空氣儲能作為當(dāng)前三大主流儲能模式之一，逐漸進(jìn)入公眾視野。2024年，被業(yè)內(nèi)人士稱為壓縮空氣儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的元年。
壓縮空氣儲能可以利用原本廢棄的地下鹽穴等空間，在電力需求低時儲存剩余的電能，在需求高峰時釋放，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)，平衡電網(wǎng)負(fù)荷，解決可再生能源不穩(wěn)定的同時，促進(jìn)風(fēng)電、光伏等可再生能源的消納，保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。
“地下鹽穴具有密閉性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，非常適合壓縮空氣儲能，且鹽穴儲氣技術(shù)在成本和容量上都有優(yōu)勢。鹽穴儲氣技術(shù)將廢棄鹽礦改造成一個綠色‘超級充電寶’，屬于廢棄資源重新利用，成本較低?！睏畲汉驼f，在他看來，壓縮空氣儲能在國內(nèi)的應(yīng)用前景廣闊，預(yù)計將成為大規(guī)模可再生能源調(diào)節(jié)和儲能的重要技術(shù)之一。未來壓縮空氣儲能將扮演更重要的角色，發(fā)揮更大的作用。
空氣也可儲能
《瞭望》：湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站的工作原理是什么？
楊春和：壓縮空氣儲能簡單來講就是利用空氣的壓縮和釋放來儲存和釋放電能，是一種新型能源儲存技術(shù)。其基本路徑是“削峰填谷”，即用電低谷時段，利用電網(wǎng)剩余電力，驅(qū)動空氣壓縮機(jī)，將空氣壓縮注入地下空間；用電高峰時段，將地下空間中的高壓空氣釋放出來，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電力重新并入電網(wǎng)。
湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站，分為地下儲能系統(tǒng)、地上電力系統(tǒng)兩部分，地上是壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、換熱器等設(shè)備，地下是兩個鹽礦采空后留下的洞穴。該工程利用廢棄鹽礦洞穴作為儲氣庫，以空氣為介質(zhì)，在用電低谷期，將大量空氣壓縮后通過注采氣井注入，穿越約500米長的管道，送進(jìn)地下鹽穴，這個過程將剩余的電能以高壓空氣的形式儲存到地下空間；在用電高峰，再將這個“超級充電寶”里的“電能”釋放出來。該工程單機(jī)功率達(dá)300兆瓦級，儲能容量達(dá)1500兆瓦時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率約70%，每天儲能8小時、釋能5小時，預(yù)計轉(zhuǎn)換后的年均發(fā)電量約5億千瓦時，可以滿足約75萬居民一年的生活用電需求。
“地上工程決定好壞”，指地上部分通過一系列步驟將電能儲存于壓縮空氣中，地上部分的建設(shè)決定了整個工程的能量轉(zhuǎn)換效率。在能量轉(zhuǎn)換效率方面，世界上第一座投入商業(yè)運(yùn)營的德國亨托夫壓縮空氣儲能電站約為42%，第二座投入商業(yè)運(yùn)營的美國麥金托什壓縮空氣儲能電站約為54%，而湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站可以達(dá)到70%。
“地下工程決定成敗”，強(qiáng)調(diào)地下儲氣空間在壓縮空氣儲能項(xiàng)目中的關(guān)鍵性作用。地下儲氣空間大小、穩(wěn)定性和密封性等因素，直接影響到儲氣效率和成本效益。可以說，地下工程決定了壓縮空氣儲能項(xiàng)目的整體可行性和經(jīng)濟(jì)性。因此，在選址和地下工程設(shè)計時，必須格外重視地質(zhì)勘察與儲氣空間的設(shè)計優(yōu)化。
湖北應(yīng)城 300 兆瓦級壓縮空氣儲能電站（2024 年 4 月 9 日攝）程敏攝 / 本刊
我國壓縮空氣儲能技術(shù)已世界領(lǐng)先
《瞭望》：相比抽水蓄能和電池儲能等主流大規(guī)模儲能技術(shù)，壓縮空氣儲能有什么優(yōu)勢？
楊春和：抽水蓄能技術(shù)相對成熟、應(yīng)用廣泛，但需要有高低差的地勢，對地理?xiàng)l件要求嚴(yán)格，且投資大、建設(shè)周期長。電池儲能具有快速響應(yīng)和靈活性，未來還可以利用淘汰的車載動力電池，但存在充放電次數(shù)有限、使用壽命較短等問題，對環(huán)境依然是個挑戰(zhàn)。相比之下，壓縮空氣儲能一方面具有更長的使用壽命和較低的運(yùn)營維護(hù)成本，能夠在較大規(guī)模下長期高效運(yùn)作；另一方面，壓縮空氣儲能的儲能密度較高，適合大規(guī)模、長時間能量存儲，能在多個時段提供穩(wěn)定的電力支持，能更好地實(shí)現(xiàn)能源的“存儲與調(diào)度”。
用于儲存空氣的鹽穴更具備一些獨(dú)特優(yōu)勢。首先，鹽穴具有儲量大和密封性好的特點(diǎn)，可以容納大量的高壓空氣且能有效防止氣體泄漏；其次，相對于其他地下儲氣庫，如廢棄礦井或硬巖洞，鹽穴的開發(fā)和運(yùn)營成本較低，且使用壽命長，能夠保證儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；再者，鹽穴位于地下，建設(shè)不占用地面土地資源，這對土地資源有限的地區(qū)尤為重要。但并非所有鹽礦都能用作壓縮空氣儲能，在湖北應(yīng)城，我們團(tuán)隊(duì)篩選了100多個鹽穴，只有10個可以用于儲氣。
再進(jìn)一步放開視野看，壓縮空氣儲能也并非必須依賴鹽穴。鹽穴是最理想的儲氣庫，但在沒有鹽穴資源的地區(qū)，壓縮空氣儲能依然具備一定的性價比和應(yīng)用前景。例如可以利用廢棄礦井、地下巖層空洞或人工地下儲氣設(shè)施等替代空間。據(jù)初步估算，利用鹽礦儲氣，容量成本約6000元/立方米，在地下打造人工硐室進(jìn)行壓縮空氣儲能，成本約8000元/立方米。雖然這些替代空間的建設(shè)成本現(xiàn)階段相對較高，但隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化應(yīng)用，整體成本有望下降。同時，隨著設(shè)備國產(chǎn)化和技術(shù)不斷突破，壓縮空氣儲能的整體經(jīng)濟(jì)性會逐漸提升。
《瞭望》：壓縮空氣儲能技術(shù)現(xiàn)階段在國內(nèi)的應(yīng)用情況如何？
楊春和：截至目前，已有3個鹽穴壓縮空氣儲能項(xiàng)目投入運(yùn)營，總裝機(jī)容量達(dá)到370兆瓦。其中，山東肥城10兆瓦級和江蘇金壇60兆瓦級壓縮空氣儲能電站在2021年就已投入運(yùn)行，湖北應(yīng)城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站日前也已成功實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電。這些項(xiàng)目的成功不僅展示了壓縮空氣儲能技術(shù)的可行性，也為未來在更大范圍進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
回看我國壓縮空氣儲能從最初的設(shè)想到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，從最初的技術(shù)構(gòu)想到如今的多個示范項(xiàng)目，經(jīng)歷了漫長的過程。我們團(tuán)隊(duì)在地下儲氣空間選擇與開發(fā)、氣體壓縮效率、運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計和優(yōu)化等方面進(jìn)行了大量攻關(guān)。尤其是在儲氣密封性和儲氣效率的提升上，我們突破了多個技術(shù)難題，使得系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性大幅提高。此外，智能化控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)的引入也為項(xiàng)目的運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障，確保了能源的高效調(diào)度。
我們團(tuán)隊(duì)參與的湖北應(yīng)城項(xiàng)目還創(chuàng)下了單機(jī)功率、儲能規(guī)模和轉(zhuǎn)換效率三項(xiàng)世界紀(jì)錄，成功攻克了地下儲氣庫建設(shè)和工藝系統(tǒng)集成等多項(xiàng)技術(shù)難題——該項(xiàng)目將鹽穴地下空間的利用率從20%提升至70%以上，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了高位注氣、低位排鹵的沉渣空隙儲氣擴(kuò)容新方案，并首次在全球范圍內(nèi)采用水平壓裂形成的鹽穴水平老腔進(jìn)行地下儲能。而且，該電站建設(shè)周期僅為2～3年，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的抽水蓄能6～8年的建設(shè)周期，同時在儲能容量、成本效益、轉(zhuǎn)換效率等方面與抽水蓄能模式相當(dāng)。這個項(xiàng)目順利投用，為大規(guī)模、長時儲能技術(shù)路線的驗(yàn)證提供了重要依據(jù)，展示了壓縮空氣儲能技術(shù)的高效性和巨大的應(yīng)用潛力，標(biāo)志著我國在大功率壓縮空氣儲能技術(shù)方面已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位。
打通堵點(diǎn)加快商用
《瞭望》：壓縮空氣儲能未來能扮演什么樣的角色？
楊春和：鹽穴具備密封性好、使用壽命長、成本低等優(yōu)勢，是壓縮空氣儲能的理想載體，能有效降低儲能系統(tǒng)整體成本。我國鹽穴資源分布廣泛，尤其在華東和華中地區(qū)，儲量豐富且增長潛力巨大。比如華中地區(qū)的河南、湖北和湖南等地，鹽礦分布面積達(dá)到3654平方公里；華東地區(qū)的江蘇、安徽和山東等地的鹽礦面積也有1756平方公里。隨著鹽礦企業(yè)的持續(xù)開采，特別是2020年以后，每年約有1220萬立方米的鹽穴空間可用于壓縮空氣儲能。
隨著技術(shù)的發(fā)展和鹽穴資源的進(jìn)一步利用，壓縮空氣儲能將為我國能源轉(zhuǎn)型和電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)提供強(qiáng)有力支持，眼下山東泰安300兆瓦、350兆瓦，山東菏澤660兆瓦和湖北潛江360兆瓦級鹽穴壓縮空氣儲能電站等多個項(xiàng)目已規(guī)劃建設(shè)，將成為推動清潔能源大規(guī)模消納和保障電網(wǎng)調(diào)峰能力的重要力量。
《瞭望》：壓縮空氣儲能的推廣應(yīng)用還需打破哪些障礙？
楊春和：壓縮空氣儲能具有許多優(yōu)勢，但其技術(shù)復(fù)雜、初期投資較大、示范項(xiàng)目較少。新技術(shù)往往需要面對相對不成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，在設(shè)施設(shè)備的硬條件上，特別是設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)鏈完善等方面會面臨一些挑戰(zhàn)，當(dāng)前壓縮空氣儲能工程所需的很多設(shè)備產(chǎn)品仍處于非標(biāo)準(zhǔn)化狀態(tài)，技術(shù)不統(tǒng)一；在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等軟條件方面，也還需要進(jìn)一步解決地下儲氣空間的開發(fā)、儲氣技術(shù)的優(yōu)化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一等問題；在政策環(huán)境方面，希望有關(guān)部門在制定標(biāo)準(zhǔn)、引導(dǎo)市場方向等方面，能出臺更有力的政策，推動這一技術(shù)的快速發(fā)展和普及。
隨著政策支持和技術(shù)創(chuàng)新的推進(jìn)，以及更多示范項(xiàng)目的成功，壓縮空氣儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈也會逐步完善、成熟，設(shè)備和技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化體系逐漸成型，上述階段性的問題也將逐步得到解決。壓縮空氣儲能一定會走向更廣泛的市場，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，成為重要的能源調(diào)節(jié)手段。
【未經(jīng)授權(quán)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載！聯(lián)系電話028-86968276】
