你聽說過“空氣充電寶”嗎?日前，全球規(guī)模最大先進(jìn)壓縮空氣儲能項目在山東肥城首次并網(wǎng)發(fā)電成功，每年可以發(fā)電約6億度，為100萬居民提供高質(zhì)量的電能。從技術(shù)空白到全球領(lǐng)先，山東超級“空氣充電寶”到底是如何煉成的?
山東超級“空氣充電寶” 創(chuàng)多項世界之最
4月30日，國際上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低且具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的300MW/1800MWh先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范電站項目在山東肥城并網(wǎng)發(fā)電，這標(biāo)志著全球壓縮空氣儲能電站正式邁入300兆瓦級單機(jī)商業(yè)化新時代。
據(jù)悉，這一新型壓縮空氣儲能電站充滿電需要8個多小時，儲1度電最終能放出0.72度電，可連續(xù)放電6小時，年發(fā)電量可達(dá)6億度，在用電高峰可為100萬居民提供電力保障。
近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長、研究員陳海生向齊魯晚報·齊魯壹點(diǎn)記者介紹，該電站采用中國科學(xué)院工程熱物理研究所自主研發(fā)的先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)，研發(fā)團(tuán)隊突破了300MW級壓縮空氣儲能系統(tǒng)全套核心關(guān)鍵技術(shù)，攻克了多級寬負(fù)荷壓縮機(jī)和多級高負(fù)荷透平膨脹機(jī)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300MW多級高負(fù)荷透平膨脹機(jī)、多級寬負(fù)荷組合式壓縮機(jī)和高效緊湊式蓄熱換熱器等核心裝備。系統(tǒng)單位成本較100MW系統(tǒng)下降30%以上，系統(tǒng)裝備自主化率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)了完全自主可控。
據(jù)介紹，壓縮空氣儲能是一種新型儲能技術(shù)，整個過程通過空氣的壓縮和釋放實(shí)現(xiàn)電能的存儲和輸出，相當(dāng)于一個“超級充電寶”。在用電低谷時，利用電能將空氣壓縮到地下鹽穴中;用電高峰時，再釋放壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電。該技術(shù)可以將低質(zhì)、低值的電能轉(zhuǎn)化為高質(zhì)、高值的電能釋放出來，是實(shí)現(xiàn)“綠色電力”從發(fā)電到應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。
豐富的鹽穴資源 可大幅降低建設(shè)成本
“山東肥城有豐富的鹽穴資源，比較適合壓縮空氣儲能的儲氣壓力。通過地下鹽穴的儲氣，可以大幅降低建設(shè)成本。”當(dāng)被問起項目落地山東的原因，陳海生介紹說，“山東省是能源大省，對儲能有重大的需求。同時，山東具有很好的市場機(jī)制，整個營商環(huán)境和政策支持都非常好。”
為積極推動長時儲能試點(diǎn)應(yīng)用，促進(jìn)先進(jìn)儲能技術(shù)規(guī)模化發(fā)展，助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，2023年7月，山東省印發(fā)了《關(guān)于支持長時儲能試點(diǎn)應(yīng)用的若干措施》，這是國內(nèi)首個支持長時儲能發(fā)展的地方性專項政策，明確提出長時儲能可享受優(yōu)先接入電網(wǎng)、優(yōu)先租賃、容量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)提高、減免輸配電價等優(yōu)惠政策。“用四個月就把這個政策制定出來了，這是全國第一個。”山東省肥城市副市長、中國科學(xué)院工程熱物理研究所高級工程師周學(xué)志向記者介紹。
攻關(guān)壓縮空氣儲能技術(shù) 用了將近二十年
早在2004年，陳海生就率先開始了壓縮空氣儲能技術(shù)的研究，并組建起一支目前國內(nèi)規(guī)模最大的新型壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊。此后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊一步一個腳印，實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)到集成示范再到產(chǎn)業(yè)化一次又一次跨越式發(fā)展。“我們采取了從一個勝利走向另一個勝利的策略，從1千瓦到15千瓦、1.5兆瓦、10兆瓦、100兆瓦，現(xiàn)在做到300兆瓦。”談起壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展歷程，陳海生頗有感觸，“圍繞這一項技術(shù)，我們前前后后用了將近二十年。”
當(dāng)被問到未來的發(fā)展方向，陳海生說：“國家的重大需求就是我們的工作方向，現(xiàn)在我們逐漸從跟跑走向了和國際最前沿的科技并跑，未來我們有可能要引領(lǐng)，我們能做的或者說我們必須做好的只有創(chuàng)新、創(chuàng)新、再創(chuàng)新，只有創(chuàng)新才能夠?qū)崿F(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。”
目前，山東肥城國際首套300MW/1800MWh先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范電站按照電網(wǎng)調(diào)度措施，正在開展發(fā)電試運(yùn)，試運(yùn)結(jié)束后，將轉(zhuǎn)入正式商業(yè)運(yùn)行。
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地下鹽穴何以變身“超級充電寶”?
鹽穴是鹽礦開采后的廢棄礦洞，通常位于地下近千米，容積可達(dá)數(shù)十萬立方米，且穴壁夯實(shí)，耐得住高壓。即便腔體產(chǎn)生裂縫，天然礦鹽遇水融化再凝固后，裂縫很快就會自愈，這使得鹽穴具備良好密閉性和自愈性，可用于儲存高壓空氣、天然氣、石油和氫氣等能源。以往鹽礦采空后，常規(guī)處理方式是對老井進(jìn)行注水封堵，防止發(fā)生地面塌陷等事故，未能實(shí)現(xiàn)綜合利用。
近年來，隨著新能源的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)能力的需求日益增大，新型儲能的重要性愈發(fā)凸顯，而利用鹽穴儲能則成為目前最合適的儲能形式之一。你是不是很好奇地下鹽穴何以變身超級“空氣充電寶”?其原理并不復(fù)雜，當(dāng)電力過剩時，將空氣壓縮儲存到足夠大的腔體里，可將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣勢能。當(dāng)需要用電時，高壓空氣經(jīng)過加熱，進(jìn)入膨脹機(jī)變成常壓空氣，在此過程中帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，空氣壓縮勢能即可轉(zhuǎn)化成電能輸出。
作為新型儲能典型代表，壓縮空氣儲能技術(shù)是目前除了抽水蓄能外最為成熟的物理儲能技術(shù)之一，也是一種極具發(fā)展前景的大規(guī)模清潔物理儲能技術(shù)。
齊魯晚報·齊魯壹點(diǎn)記者 時海俠
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