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新型電力系統(tǒng)下壓縮空氣儲(chǔ)能大有可為

訪中國(guó)電建西北院太陽(yáng)能熱發(fā)電工程研究中心

副主任牛東圣

“十四五”期間，我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目將進(jìn)入全新的發(fā)展階段，業(yè)界專家學(xué)者對(duì)此提出若干建議。

中能傳媒：請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。

牛東圣

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)被視為除抽水蓄能之外的另一種極具潛力的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣庫(kù)、回?zé)嵯到y(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)組成。在儲(chǔ)能時(shí)，利用低谷電或可再生能源棄電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將空氣壓縮至高壓狀態(tài)并存于儲(chǔ)氣室，同時(shí)通過(guò)回?zé)嵯到y(tǒng)將壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的壓縮熱回收并儲(chǔ)存；在釋能時(shí)，將高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電，同時(shí)利用存儲(chǔ)的壓縮熱加熱進(jìn)入膨脹機(jī)的高壓空氣，無(wú)需燃料補(bǔ)燃，全過(guò)程無(wú)燃燒、零排放。

中能傳媒：壓縮空氣儲(chǔ)能對(duì)于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)有何作用和意義?

牛東圣

今年2月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中，曾9次提到壓縮空氣儲(chǔ)能，指出到2025年，新型儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段、具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件，百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用；積極探索商業(yè)化發(fā)展模式，逐步降低儲(chǔ)能成本，開展規(guī)?；瘍?chǔ)能試點(diǎn)示范。

在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中，壓縮空氣儲(chǔ)能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均有廣泛的用武之地。在電源側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景下，壓縮空氣儲(chǔ)能電站以參與調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)為主要應(yīng)用場(chǎng)景。在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景下，壓縮空氣儲(chǔ)能電站用途主要包括調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動(dòng)、緩解輸配電阻塞及延緩輸配電設(shè)備投資、提高供電可靠性等，發(fā)揮保底電網(wǎng)作用。在用戶側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景下，壓縮空氣儲(chǔ)能電站立足于滿足用戶降低用電成本及提高用電可靠性的需求，可包括基于峰谷電價(jià)的用電成本管理場(chǎng)景，參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)場(chǎng)景等。

中能傳媒：壓縮空氣儲(chǔ)能在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀，規(guī)?；茝V的關(guān)鍵痛點(diǎn)在哪里?

牛東圣

2014年，清華大學(xué)等單位在安徽蕪湖建成了500千瓦非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能示范工程，系統(tǒng)效率約為40％。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所在河北廊坊建成了1.5兆瓦級(jí)非補(bǔ)燃超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程，儲(chǔ)能系統(tǒng)效率約為52%，并于2016年在貴州畢節(jié)建成了10兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能示范平臺(tái)，額定工況效率達(dá)到60.2%。

在壓縮空氣儲(chǔ)能電站商業(yè)化方面，目前已并網(wǎng)的項(xiàng)目主要有江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站國(guó)家示范工程一期60兆瓦/300兆瓦時(shí)項(xiàng)目、山東肥城鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期10兆瓦示范電站、河北張家口國(guó)際首套100兆瓦/400兆瓦時(shí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目等。其中，河北張家口100兆瓦/400兆瓦時(shí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目系統(tǒng)效率達(dá)到70.4%，達(dá)到國(guó)際最高水平。

目前，我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能電站還處于商業(yè)化發(fā)展初期，主要的制約因素包括，第一，儲(chǔ)氣庫(kù)適宜選址受限。天然鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)由于其具有密封性和經(jīng)濟(jì)性好等顯著優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外被作為地下高壓儲(chǔ)氣庫(kù)的首選，然而我國(guó)適合建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的巖鹽礦藏主要分布在長(zhǎng)江中下游、山東和廣東局部地區(qū)，而光伏和風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模巨大、對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能需求迫切的“三北”地區(qū)，則缺少適宜于建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)的巖鹽地層。第二，人工儲(chǔ)氣庫(kù)成本較高。除了鹽穴等天然地下空間外，人工開挖硬巖洞穴儲(chǔ)氣庫(kù)是較為理想的替代儲(chǔ)氣庫(kù)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于適合建庫(kù)的硬巖巖石類型多、分布廣，選址相對(duì)容易，然而其綜合建設(shè)成本相對(duì)較高，還處于商業(yè)化示范階段。第三，電價(jià)政策尚不明朗。目前國(guó)內(nèi)暫未出臺(tái)針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能電站上網(wǎng)電價(jià)的支持性政策文件，壓縮空氣儲(chǔ)能電站的定價(jià)機(jī)制還在探索階段，這也在一定程度上影響了投資意愿。

中能傳媒：金壇項(xiàng)目對(duì)鹽穴地況的利用，是否為類似工況下（煤礦礦井等）的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目開發(fā)提供依據(jù)?

牛東圣

地下儲(chǔ)氣庫(kù)選型選址是大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站規(guī)劃設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題和先決條件。壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫(kù)需要滿足耐高壓（10兆帕級(jí)別）、氣密性好、地質(zhì)穩(wěn)定性好、耐交變疲勞應(yīng)力等技術(shù)要求。

地下鹽穴具有體積大、密閉性好、穩(wěn)定性高的天然優(yōu)勢(shì)，可為壓縮空氣儲(chǔ)能提供優(yōu)良的儲(chǔ)氣條件，是壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫(kù)的首選。除此之外，廢棄礦洞、人工地下儲(chǔ)氣庫(kù)等其他地下空間也是地下儲(chǔ)氣庫(kù)的可行選項(xiàng)。

對(duì)于廢棄礦洞而言，廢棄礦井和巷道經(jīng)過(guò)改造后具有作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的潛力。然而以廣泛存在的廢棄煤礦礦井及巷道為例，對(duì)其進(jìn)行利用存在著空間穩(wěn)定性不足，存在巷道坍塌和地面沉陷風(fēng)險(xiǎn)、埋深大帶來(lái)的地下水處理難度大、煤礦瓦斯等有害氣體處置等一系列問(wèn)題需要研究解決。 

原標(biāo)題：新型電力系統(tǒng)下壓縮空氣儲(chǔ)能大有可為