黨的二十屆三中全會(huì)提出，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，完善新能源消納和調(diào)控政策措施。近年來(lái)，可再生能源在我國(guó)能源體系中占比越來(lái)越高，新型儲(chǔ)能技術(shù)在促進(jìn)新能源消納和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面的作用逐步顯現(xiàn)。與傳統(tǒng)的電化學(xué)儲(chǔ)能相比，新型儲(chǔ)能技術(shù)路線處于示范、試運(yùn)行階段，需要不斷提高與電網(wǎng)的適配性和經(jīng)濟(jì)性，探索規(guī)?；?、商業(yè)化道路。
近年來(lái)，隨著新能源大規(guī)模開發(fā)，我國(guó)清潔能源裝機(jī)容量迅猛增加。風(fēng)、光等新能源發(fā)電需要“看天吃飯”，受環(huán)境影響很大，為提高新能源消納能力，建設(shè)大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)施顯得尤為迫切。目前已有的儲(chǔ)能技術(shù)大致可分為兩大類：一類是物理儲(chǔ)能，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等;另一類是化學(xué)儲(chǔ)能，主要包括各種電池，如鉛酸電池、鋰電池等。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)被比喻為“空氣充電寶”，近年來(lái)實(shí)現(xiàn)較快發(fā)展，性能指標(biāo)不斷提高，成為較早進(jìn)入規(guī)?；茝V階段的新型儲(chǔ)能技術(shù)之一。在山東泰安肥城市，300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站首次成功并網(wǎng)發(fā)電，進(jìn)一步推動(dòng)了壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標(biāo)志著壓縮空氣儲(chǔ)能進(jìn)入商業(yè)化探索階段。“空氣充電寶”有何特點(diǎn)，如何規(guī)劃布局建設(shè)，這一新型儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用還有哪些待突破的難題?
走向示范應(yīng)用
2024年4月30日，在山東省泰安市肥城經(jīng)開區(qū)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)園，國(guó)際首套300MW/1800MWh先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范電站首次并網(wǎng)發(fā)電并一次成功。中儲(chǔ)國(guó)能(山東)電力能源有限公司項(xiàng)目經(jīng)理侯虎燦介紹，該電站是目前國(guó)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(chǔ)能電站，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝備研制、工程實(shí)施等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破;年發(fā)電量約6億千瓦時(shí)，用電高峰可為20萬(wàn)至30萬(wàn)戶居民提供電力保障，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約18.9萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放約49萬(wàn)噸。
作為一種物理儲(chǔ)能技術(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能是通過物理變化即對(duì)空氣的壓縮和膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。在儲(chǔ)能階段，利用電網(wǎng)富余電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)，把常壓空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲(chǔ)存到地下鹽穴，完成由電能向勢(shì)能的轉(zhuǎn)化。當(dāng)電力緊張時(shí)釋放高壓空氣，推動(dòng)膨脹機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)調(diào)度。與電化學(xué)儲(chǔ)能相比，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)使用壽命更長(zhǎng)，可達(dá)30年至50年，因而成本更低。
與鋰電池、抽水蓄能等相比，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)非常“年輕”，但發(fā)展迅速。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所所長(zhǎng)陳海生說，2004年他開始研究該技術(shù)時(shí)，我國(guó)可再生能源裝機(jī)占比不足1%，未出現(xiàn)并網(wǎng)難題。2010年，陳海生帶領(lǐng)一支新成立的小團(tuán)隊(duì)，3年完成1.5MW示范項(xiàng)目，5年建成10MW示范項(xiàng)目，7年建成100MW示范項(xiàng)目。2021年9月23日，10MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站在肥城成功并網(wǎng)發(fā)電，成為國(guó)際首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站。2022年7月，該電站獲批成為我國(guó)首座參與電力現(xiàn)貨交易的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，通過參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻，對(duì)提升供電質(zhì)量和優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行起到很大作用。
“從1.5MW到10MW，每一次規(guī)模放大，都不是簡(jiǎn)單地技術(shù)疊加，而是需要從底層開始重新研發(fā)設(shè)計(jì)。”陳海生介紹，肥城300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范電站首次采用自主研發(fā)的300MW級(jí)多級(jí)寬負(fù)荷組合式壓縮機(jī)、多級(jí)高負(fù)荷透平膨脹機(jī)、高效緊湊式蓄熱換熱器等新產(chǎn)品，將形成一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及操作規(guī)范，有效促進(jìn)并規(guī)范壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
參與電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度與優(yōu)化配置，成為衡量新型儲(chǔ)能技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⑸虡I(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)之一。侯虎燦說，自并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)，電站順利轉(zhuǎn)入試運(yùn)行階段，目前正緊鑼密鼓地進(jìn)行電網(wǎng)耦合實(shí)驗(yàn)與測(cè)試工作。在此過程中，電站積極與山東省國(guó)網(wǎng)合作，依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目與課題，全力推進(jìn)300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試。
“壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，在電網(wǎng)中具有廣闊應(yīng)用前景。”國(guó)網(wǎng)山東肥城市供電公司發(fā)展建設(shè)部工作人員孫衍偉表示，儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行必須嚴(yán)格遵循電網(wǎng)調(diào)度中心指令，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行效果最優(yōu)化。并網(wǎng)試運(yùn)行階段，首要任務(wù)是讓電站適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，更有效吸收電能。同時(shí)，電網(wǎng)方面也需要深入了解壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)特性，以確保穩(wěn)定高效應(yīng)用。
在肥城項(xiàng)目加速發(fā)展的同時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)不斷迭代升級(jí)。陳海生說，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所和中儲(chǔ)國(guó)能研發(fā)團(tuán)隊(duì)已開展面向更大規(guī)模、更高效率、更優(yōu)性能的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能核心技術(shù)的研發(fā)及裝備制造，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備研發(fā)、工程示范方面取得了階段性突破，將為下一步提高效率、降低成本提供技術(shù)支持。
充分利用資源
在參觀壓縮空氣儲(chǔ)能電站壓縮機(jī)、變電站等主要設(shè)施后，侯虎燦告訴記者，儲(chǔ)存壓縮空氣的罐子不在電站，而是在鹽穴中。
從電站出發(fā)，向南行駛約兩公里，鹽穴的“洞口”就“藏”在一片玉米地中。說是“洞口”，其實(shí)更像“管口”，只見一對(duì)猩紅色的采集束矗立其中。工作人員介紹，這里是連接地面與地下鹽穴的通道，每個(gè)鹽穴平均體積為50萬(wàn)立方米至80萬(wàn)立方米，相當(dāng)于20多層建筑物的大小。
鹽穴是鹽井開采完后，地下形成的巨大空腔。因其特有的蠕變性，可作為天然的能源密封存儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)氣、儲(chǔ)油、儲(chǔ)氫等能源儲(chǔ)備。從2009年江蘇常州金壇部署天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)開始，我國(guó)對(duì)地下鹽穴的開發(fā)利用已經(jīng)有10多年的歷史。利用鹽穴進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能具有顯著經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，與人工制造的壓力容器相比，這種自然形成的空間減少了對(duì)外部材料和資源的依賴，大大降低了建設(shè)成本。
肥城礦產(chǎn)資源豐富、種類齊全，是山東最大的井礦鹽生產(chǎn)基地之一，已探明巖鹽儲(chǔ)量52.2億噸。在此次建設(shè)300MW空氣儲(chǔ)能電站項(xiàng)目之前，肥城做了大量天然氣儲(chǔ)能項(xiàng)目前期探索工作，多次邀請(qǐng)全國(guó)儲(chǔ)能領(lǐng)域權(quán)威研究機(jī)構(gòu)對(duì)地下鹽穴開展實(shí)地勘探，反復(fù)論證。中儲(chǔ)國(guó)能相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，當(dāng)?shù)爻他}穴資源豐富，獨(dú)特的鹽穴特征對(duì)企業(yè)來(lái)說也頗具吸引力。當(dāng)?shù)佧}井深平均在800米至1000米，儲(chǔ)氣容量超過50萬(wàn)立方米，可承受壓力達(dá)170個(gè)大氣壓，具有地質(zhì)穩(wěn)定、埋深適中、氣密性好等特點(diǎn)，很適合開發(fā)利用。
2022年以來(lái)，越來(lái)越多產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目落戶肥城。肥城先后招引前端制鹽建穴項(xiàng)目4個(gè)，年建穴能力擴(kuò)大到500萬(wàn)立方米，制鹽規(guī)模突破千萬(wàn)噸級(jí);中端鹽穴儲(chǔ)能項(xiàng)目4個(gè)，儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)千兆瓦級(jí);天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目1個(gè)，儲(chǔ)氣規(guī)模達(dá)10億立方米;后端延伸建設(shè)儲(chǔ)能裝備智能制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目2個(gè)，全力打造集鹽穴儲(chǔ)能、儲(chǔ)能裝備制造、能源配套服務(wù)等于一體的全鏈條鹽穴儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)集群。近年來(lái)，泰安新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)，逐步構(gòu)建以抽水蓄能、鹽穴儲(chǔ)能儲(chǔ)氣、電化學(xué)儲(chǔ)能為主，以制氫儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷等為輔的新型多元儲(chǔ)能體系。預(yù)計(jì)到2025年，泰安市儲(chǔ)能規(guī)模將發(fā)展到400萬(wàn)千瓦，到2030年力爭(zhēng)達(dá)到1000萬(wàn)千瓦，建成全國(guó)知名的多元儲(chǔ)能基地。
肥城市委書記張莉表示，肥城將以新型儲(chǔ)能科創(chuàng)中心為引領(lǐng)，壯大新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈集群，同時(shí)融合商務(wù)服務(wù)、未來(lái)社區(qū)等功能，建設(shè)新型儲(chǔ)能未來(lái)產(chǎn)業(yè)城，聚力打造高質(zhì)量發(fā)展新的強(qiáng)力引擎。
直面商業(yè)化難題
從整體趨勢(shì)看，新型儲(chǔ)能技術(shù)正由初步探索階段逐步走向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?。中儲(chǔ)國(guó)能(北京)技術(shù)有限公司總經(jīng)理紀(jì)律介紹，繼肥城300MW項(xiàng)目并網(wǎng)以來(lái)，一批壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)紛紛上馬，僅中儲(chǔ)國(guó)能就已在河北、新疆、寧夏、河南、山東等地啟動(dòng)項(xiàng)目共計(jì)1500MW，規(guī)劃項(xiàng)目超4000MW。此外，各地對(duì)重力、飛輪、液流等技術(shù)路線項(xiàng)目的投資建設(shè)也在加速。
隨著新型儲(chǔ)能技術(shù)步入大規(guī)模商業(yè)化推廣階段，市場(chǎng)更加關(guān)注其千瓦時(shí)電成本是否具有競(jìng)爭(zhēng)力。多位行業(yè)分析師指出，由于當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)碳酸鋰價(jià)格處于歷史低位，加上國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，所以在成本方面，新型儲(chǔ)能技術(shù)路線目前還難以與傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式相抗衡。因此，部分投資方采取謹(jǐn)慎觀望態(tài)度，等待成本下降和市場(chǎng)進(jìn)一步明朗。
但很多人依然持樂觀態(tài)度。“我們看中的是壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;山東電力工程咨詢?cè)河邢薰旧綎|省能源大數(shù)據(jù)中心副主任裴善鵬認(rèn)為，山東是新能源大省，新型儲(chǔ)能發(fā)展迅速，3年來(lái)電網(wǎng)新型儲(chǔ)能裝機(jī)量由55萬(wàn)千瓦增長(zhǎng)至566萬(wàn)千瓦，裝機(jī)規(guī)模居全國(guó)第二。截至今年9月10日，山東省電網(wǎng)風(fēng)光發(fā)電量突破1000億千瓦時(shí)，用時(shí)較去年提前70天。當(dāng)前，山東省儲(chǔ)能配置以2小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為主流。未來(lái)隨著新能源裝機(jī)比例持續(xù)攀升，對(duì)4小時(shí)至6小時(shí)儲(chǔ)能的需求將顯著增強(qiáng)。在此背景下，以壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)為代表的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方案將得到廣泛應(yīng)用。
在新型儲(chǔ)能技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程中，政策支持尤為重要。通過制定針對(duì)性政策措施，可以有效促進(jìn)新型儲(chǔ)能技術(shù)示范應(yīng)用，帶動(dòng)成本下降，為進(jìn)一步推廣新型儲(chǔ)能技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。“山東發(fā)展新型儲(chǔ)能是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的必然選擇，也有電力現(xiàn)貨市場(chǎng)支撐等優(yōu)勢(shì)，但新型儲(chǔ)能建設(shè)成本高的現(xiàn)象會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)存在。為促進(jìn)全省新型儲(chǔ)能發(fā)展，能源主管部門出臺(tái)相關(guān)支持政策，充分體現(xiàn)了政府重視和政企密切協(xié)同的特點(diǎn)。”國(guó)網(wǎng)山東電力調(diào)度控制中心水電及新能源處負(fù)責(zé)人劉軍說。
“以肥城壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目為例，山東省在并網(wǎng)發(fā)電盈利方面積極引導(dǎo)。參考山東省印發(fā)的促進(jìn)新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目健康發(fā)展的若干措施，壓縮空氣儲(chǔ)能成本回收機(jī)制主要來(lái)源于現(xiàn)貨電價(jià)差、容量補(bǔ)償、容量租賃三種形式。”孫衍偉介紹。據(jù)測(cè)算，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目全生命周期為30年至50年，預(yù)計(jì)10年至12年可收回成本，盈利空間可觀。
“發(fā)展初期可以通過政策‘扶上馬送一程’，最終目標(biāo)是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)獨(dú)立發(fā)展并實(shí)現(xiàn)盈利。”裴善鵬說，山東省電力現(xiàn)貨市場(chǎng)發(fā)展4年來(lái)，已探索出一條比較成熟的路徑。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中，最終目標(biāo)是建立與新型儲(chǔ)能相適應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制，從而促進(jìn)整個(gè)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 (經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 崔 浩)
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