“能儲一號”山東泰安項(xiàng)目現(xiàn)場。
路玉鑫攝
作業(yè)人員正在進(jìn)行高中壓缸就位前的檢查工作。
常文浩攝
風(fēng)光無限好，隨著中國新能源發(fā)電“蒸蒸日上”，新型儲能正迅猛發(fā)展。在部分地區(qū)，一座座大型“空氣充電寶”相繼并網(wǎng)發(fā)電，大大增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。
空氣如何儲能？怎么發(fā)電？近日，記者跟隨國務(wù)院國資委新聞中心“走進(jìn)新國企”采訪活動走進(jìn)中國能源建設(shè)集團(tuán)有限公司，探訪全球在建的最大單機(jī)功率壓縮空氣儲能項(xiàng)目——“能儲一號”山東泰安350兆瓦壓縮空氣儲能創(chuàng)新示范電站，感受數(shù)智科技的硬核實(shí)力。
“削峰填谷”，無污染、能量大
巨型球罐、密密匝匝的管道、輸電鐵塔……步入山東泰安項(xiàng)目現(xiàn)場，一座規(guī)模宏大的能源地標(biāo)正拔地而起。這是全球在建的最大單機(jī)功率壓縮空氣儲能項(xiàng)目，也是中國能建首個(gè)商業(yè)化壓氣儲能項(xiàng)目。
空氣看不見摸不著，如何儲存能量？
其實(shí)，基本原理很簡單：能量守恒。把電能轉(zhuǎn)換成空氣壓力能和一部分熱能進(jìn)行存儲，在需要發(fā)電時(shí)把高壓空氣釋放，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
山東泰安項(xiàng)目經(jīng)理劉少勇給記者打了一個(gè)比方：“用電低谷時(shí)，富余的電能驅(qū)動‘打氣筒’，將空氣壓縮至‘氣球’里形成高壓狀態(tài)，電能就得以儲存。”
這里的“氣球”，就是鹽穴、人工硐室等密封儲氣庫。山東泰安項(xiàng)目核心技術(shù)在于巧妙利用地下廢棄鹽穴作為儲氣庫，空氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱量則以熱水、熔鹽等形態(tài)儲存在地面的儲熱罐中。
“用電高峰時(shí)，儲氣庫會釋放所儲存的高壓空氣、儲熱罐釋放所儲存的熱量。”劉少勇說，這時(shí)，高壓空氣被加熱，以極大膨脹力來驅(qū)動空氣透平發(fā)電機(jī)組，就像吹動風(fēng)電機(jī)組的“大風(fēng)車”一樣，從而產(chǎn)生電能向電網(wǎng)供電。這一過程有效實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的“削峰填谷”，顯著提升了電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和對風(fēng)電、光伏等波動性新能源的消納能力。
值得一提的是，目前世界上大部分已投運(yùn)的鹽穴型壓氣儲能電站，在發(fā)電環(huán)節(jié)都需要額外的化石能源來加熱空氣，這個(gè)過程叫“補(bǔ)燃”，污染以及熱量損失不可避免。而山東泰安項(xiàng)目在熱量收集利用環(huán)節(jié)集中攻關(guān)，通過內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)了“非補(bǔ)燃”，不需要任何化石燃料，因此不產(chǎn)生任何污染。“不僅無污染，大自然空氣進(jìn)入我們電站系統(tǒng)，經(jīng)過溫度壓力的變化，甚至還能得到過濾，去掉一些粉塵雜質(zhì)，相當(dāng)于一個(gè)‘大型空氣凈化器’。”劉少勇說。
據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹，項(xiàng)目自去年5月正式開工以來，已完成建筑工程、設(shè)備安裝、鉆井施工等重要節(jié)點(diǎn)工作，目前正進(jìn)行設(shè)備調(diào)試工作，預(yù)計(jì)年底前可實(shí)現(xiàn)首次并網(wǎng)暨全容量發(fā)電目標(biāo)。
該項(xiàng)目由中國能建數(shù)科集團(tuán)主體投資建設(shè)，一期1臺350兆瓦鹽穴型非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能電站，設(shè)計(jì)儲能充電8小時(shí)，釋能發(fā)電4小時(shí)，年發(fā)電量高達(dá)4.6億度，相當(dāng)于20多萬戶家庭一年的生活用電。
充電一次，可給中小型城市持續(xù)供電5小時(shí)
單機(jī)功率350兆瓦，這讓山東泰安項(xiàng)目成為“世界之最”。
單機(jī)功率350兆瓦是什么概念？“我們把泰安項(xiàng)目當(dāng)成一個(gè)巨大的充電寶，可以給一整個(gè)中小型城市持續(xù)供電5小時(shí)。”數(shù)科集團(tuán)副總工程師、項(xiàng)目公司董事長陶剛解釋。
據(jù)介紹，在此之前，壓氣儲能項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模徘徊在幾十兆瓦區(qū)間，已投入商運(yùn)的非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能電站最高是60兆瓦。今年1月，中國能建投資建設(shè)的世界首座300兆瓦壓縮空氣儲能示范工程——“能儲一號”湖北應(yīng)城項(xiàng)目全容量并網(wǎng)發(fā)電，創(chuàng)下單機(jī)功率、儲能規(guī)模和轉(zhuǎn)換效率三個(gè)世界紀(jì)錄。而泰安在建的350兆瓦項(xiàng)目，標(biāo)志著中國能建在壓縮空氣儲能領(lǐng)域再攀新高峰。
為什么要建設(shè)如此大功率、大容量的壓氣儲能項(xiàng)目？陶剛告訴記者：想要調(diào)節(jié)整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的電力波動，需要儲能達(dá)到一定規(guī)模。且350兆瓦級可有效降低工程造價(jià)、提升轉(zhuǎn)換效率、帶動傳統(tǒng)裝備制造轉(zhuǎn)型升級，特別是便于電網(wǎng)靈活調(diào)配。
作為長時(shí)大容量儲能方式，壓氣儲能還有著突出優(yōu)勢。例如，與抽水蓄能電站6—8年的建設(shè)周期相比，壓氣儲能項(xiàng)目建設(shè)僅需1.5—2年，選址也更靈活。種種優(yōu)點(diǎn)，讓在中國僅有十多年開發(fā)史的壓氣儲能發(fā)展迅速，堪稱后起之秀。
新型儲能迅猛發(fā)展背后，是我國新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的持續(xù)快速增長。
今年一季度，我國風(fēng)電光伏發(fā)電合計(jì)新增裝機(jī)7433萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到14.82億千瓦，其中風(fēng)電5.36億千瓦、光伏發(fā)電9.46億千瓦，合計(jì)首次超過火電裝機(jī)。但與此同時(shí)，新能源發(fā)電的間歇性、波動性對電網(wǎng)安全影響越來越大。
“過去，我國個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)限電情況，一定程度上反映出風(fēng)光等新能源未充分發(fā)揮出在電力系統(tǒng)中的作用。”陶剛說，作為一種重要的電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)資源，儲能可以很好地解決新能源發(fā)電與用電端時(shí)間不匹配的問題，從而減少“棄風(fēng)棄光”，提升新能源發(fā)電的利用率。比如，中午前后光伏發(fā)電非常富余，但無法消納，就可以通過儲能先存下來，在用電高峰期再釋放出來，從而增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。
“讓壓氣儲能成為中國綠色能源的一張名片”
作為多領(lǐng)域攻關(guān)成果的聚合，山東泰安項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵，就是深藏地下的鹽穴。
山東省巖鹽礦在開采礦山主要集中分布于大汶口盆地內(nèi)，盆地巖鹽礦床總面積45平方公里，埋深800米—1500米之間，探明儲量75億噸。過去為保持地質(zhì)穩(wěn)定，需要注水實(shí)現(xiàn)壓力平衡。“現(xiàn)在，我們將鹽礦開采留下的廢棄空腔開發(fā)成儲氣庫，既降低了安全風(fēng)險(xiǎn)與維護(hù)成本，也是將傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)‘再激活’。”數(shù)科集團(tuán)深地技術(shù)公司副總經(jīng)理李景翠說。
但難點(diǎn)也在這里。泰安的鹽穴如同復(fù)雜扭曲的“地下迷宮”。面對鹽穴“腔體九曲回腸、沉渣堆積如山、極窄礦柱遮擋”的復(fù)雜構(gòu)造，泰安項(xiàng)目首創(chuàng)“刮渣+破巖+聲吶測腔”三步走工藝，看清了隱藏腔群的真實(shí)形狀和位置，為注采井的精確定位奠定基礎(chǔ)。
項(xiàng)目首次突破千米深層超大尺寸鉆完井技術(shù)，在相當(dāng)于300層樓深的地下，以“手術(shù)刀級”精度控制井眼軌跡，用“穿針引線”的功夫鉆成巨型能源通道——這條打破常規(guī)尺度的“深地大動脈”，為項(xiàng)目建設(shè)提供關(guān)鍵支撐。同時(shí)，項(xiàng)目巧用“高位注氣、低位排鹵”妙招，成功解決復(fù)雜地形帶來的排鹵難題。
據(jù)了解，天然鹽穴在山東、湖北、江蘇、江西、云南等省份都有廣泛分布。“能儲一號”的成功可有效推動我國90%以上的鹽穴資源再利用。而在天然鹽穴較少的地區(qū)，專家們探索出建造地下人工硐室儲氣、熔鹽參與儲熱的解決方案。在甘肅酒泉，另一個(gè)世界首創(chuàng)——世界首個(gè)地下人工硐室型300兆瓦級壓縮空氣儲能項(xiàng)目正在施工。
如今，壓氣儲能技術(shù)路線逐漸打通，在能源清潔化、低碳化的全球浪潮下，壓氣儲能的市場前景寬廣。中國能建有關(guān)負(fù)責(zé)人向記者透露：“能儲一號”項(xiàng)目興建期間，已經(jīng)有美國、荷蘭、南非等國投資方或能源主管部門對“能儲一號”表達(dá)了興趣；雖然多國有過相關(guān)研究與實(shí)踐，但真正讓“非補(bǔ)燃”的先進(jìn)技術(shù)路線工程化落地，中國還是頭一個(gè)。
“未來，我們希望以技術(shù)為核心，向世界輸出包含上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整體方案，讓壓氣儲能成為中國綠色能源的一張名片。”陶剛說。
