中國(guó)能建中電工程華北院深入貫徹落實(shí)中國(guó)能建《若干意見(jiàn)》和“1466”戰(zhàn)略,牢牢把握“三新”能建發(fā)展要求核心要義,圍繞“一個(gè)中心”及儲(chǔ)能、氫能“兩個(gè)支撐點(diǎn)”、“一創(chuàng)三轉(zhuǎn)”和“七網(wǎng)融合”要求,著力打造智慧調(diào)控、城建、氫能、重力儲(chǔ)能、抽水蓄能等特色業(yè)務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力,以創(chuàng)新引領(lǐng)推動(dòng)公司轉(zhuǎn)型發(fā)展。
重力儲(chǔ)能
在重力儲(chǔ)能領(lǐng)域,華北院以加速自主創(chuàng)新和生態(tài)合作的方式,通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和工程示范工作搶占市場(chǎng)先機(jī)。通過(guò)革新的工程技術(shù)手段在關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建環(huán)節(jié)進(jìn)行開(kāi)創(chuàng)性創(chuàng)新,全面引入項(xiàng)目建設(shè)參數(shù)尋優(yōu)、依托流程及邏輯仿真的工藝包等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段,構(gòu)建重力儲(chǔ)能行業(yè)工程建設(shè)模式。
全球首創(chuàng)性提出了單機(jī)容量最大,單模塊容量最大、創(chuàng)新設(shè)備應(yīng)用多、系統(tǒng)效率高、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、國(guó)產(chǎn)自主可控供應(yīng)鏈的基于豎井式模塊化工程方案。
全面布局新建豎井、廢棄礦井、山坡、構(gòu)筑物等技術(shù)路線,在各技術(shù)路線上均形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程技術(shù)儲(chǔ)備和項(xiàng)目規(guī)劃,具備支撐相關(guān)工程落地的能力。
01.重力儲(chǔ)能基本原理
重力儲(chǔ)能是通過(guò)在有天然或人造高度差的場(chǎng)景中,將液體或者固體重物上升或下降來(lái)實(shí)現(xiàn)勢(shì)能存儲(chǔ)和釋放發(fā)電。充電時(shí),系統(tǒng)根據(jù)調(diào)控指令,重力輪機(jī)將下倉(cāng)的重物依次提升至位置較高的上倉(cāng),將電能轉(zhuǎn)化為重物的勢(shì)能;放電時(shí),將重物依次下降驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能。
02.重力儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)
當(dāng)前常見(jiàn)的抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等規(guī)模化儲(chǔ)能技術(shù)在安全性、經(jīng)濟(jì)性、建設(shè)條件等方面存在不同程度的不足,難以滿足新型電力系統(tǒng)中不同場(chǎng)景的需要。近年來(lái),基于抽水蓄能基本原理、具備抽水蓄能優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又部分避免了其自然條件限制缺點(diǎn)的新型重力儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。重力儲(chǔ)能的理論轉(zhuǎn)化效率高于抽水蓄能,同時(shí)具有安全性高、環(huán)境友好、適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、選址約束小、功率和容量易擴(kuò)展、介質(zhì)不易損耗、成本相對(duì)低、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能且無(wú)自放電等特點(diǎn),系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性兼顧,對(duì)比傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前電化學(xué)成本偏高、抽水蓄能建設(shè)周期長(zhǎng)的背景下,重力儲(chǔ)能技術(shù)型式眾多,一定程度上因地制宜建設(shè)可有效填補(bǔ)低成本+快裝機(jī)+大容量?jī)?chǔ)能的技術(shù)空白,與其他儲(chǔ)能技術(shù)形成技術(shù)補(bǔ)位,尤其適用于為西部國(guó)家“沙戈荒”大基地缺水地區(qū)可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐,而且系統(tǒng)中的重物可大量回收利用建筑垃圾、礦渣、粉煤灰、風(fēng)電廢棄葉片、廢棄混凝土等固廢材料制,實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。
03.典型分類(lèi)
根據(jù)重力儲(chǔ)能的儲(chǔ)能介質(zhì)和落差實(shí)現(xiàn)路徑的不同,新型重力儲(chǔ)能可分為基于構(gòu)筑物高度差的重力儲(chǔ)能、基于山體落差的重力儲(chǔ)能和基于地下豎井的重力儲(chǔ)能等技術(shù)路線。不同技術(shù)路線均具有一定的應(yīng)用場(chǎng)景,其中:
基于構(gòu)筑物高度差型式優(yōu)勢(shì)在于選址比較靈活、預(yù)期的效率高,但可實(shí)現(xiàn)的落差有限,導(dǎo)致單位投資水平和度電成本過(guò)高、同容量占地大、安全事故的影響也比較大;
基于山體落差型式具有投資低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),重物的選擇范圍也很大,但其理論效率低,并且選址受限制、運(yùn)行易受環(huán)境影響;
基于地下豎井的重力儲(chǔ)能可分為利用廢棄礦井和新建礦井兩類(lèi),利用廢棄礦井成本較低、廢棄資源可二次利用、對(duì)環(huán)境影響小,但同時(shí)也受到選址、礦井處理難度差異不同等限制;
新建礦井具有選址靈活、運(yùn)行環(huán)境較安全穩(wěn)定且受限制小的優(yōu)勢(shì),同規(guī)模容量下投資和效率也比較好,但其周期較長(zhǎng),工程技術(shù)和設(shè)備技術(shù)要求也較高。
04.產(chǎn)業(yè)鏈及工程項(xiàng)目布局
華北院與包括高校等在內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)合作開(kāi)展基礎(chǔ)及工程技術(shù)研究,牽頭建立了包括院士、院士增選有效候選人、勘察設(shè)計(jì)大師以及相關(guān)領(lǐng)域有影響力專家的技術(shù)團(tuán)隊(duì),形成了基于多目標(biāo)尋優(yōu)的重力儲(chǔ)能工藝包、邏輯建模及動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、損耗優(yōu)化技術(shù)、智慧安全技術(shù)等十余種基礎(chǔ)和工程技術(shù)。
與產(chǎn)業(yè)鏈上下游頭部企業(yè)深度合作,通過(guò)共同研發(fā)合作構(gòu)建了可逆式重力輪機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備及環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài),并積極開(kāi)展建設(shè)各類(lèi)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室、檢測(cè)檢驗(yàn)中心等工作,為后期申請(qǐng)重力儲(chǔ)能準(zhǔn)入分析驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家能源研發(fā)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)、國(guó)家能源創(chuàng)新平臺(tái)等創(chuàng)造條件。
市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面,在各類(lèi)技術(shù)路線上均做了一定布局,在華北、西北、云南、福建等地完成了幾十個(gè)項(xiàng)目選址、初步方案論證工作,并與多個(gè)合作方簽訂合作協(xié)議,開(kāi)展了方案建議書(shū)、項(xiàng)目選址及咨詢等工作;在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中開(kāi)放合作平臺(tái),力爭(zhēng)以重力儲(chǔ)能融入地方產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入鏈條,同時(shí)利用重力儲(chǔ)能的特點(diǎn)開(kāi)展固廢處理、尾礦治理、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綜合應(yīng)用探索。其中張家口赤城重力儲(chǔ)能項(xiàng)目正積極申報(bào)國(guó)家能源局新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目。
重力儲(chǔ)能是極有前景的長(zhǎng)時(shí)、大容量、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、構(gòu)網(wǎng)特性儲(chǔ)能型式,因地制宜建設(shè)可有效填補(bǔ)相關(guān)技術(shù)空白,尤其適用于為 “沙戈荒”大基地可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐,是一種具有綜合比較優(yōu)勢(shì)的新型儲(chǔ)能。
華北院率先開(kāi)展重力儲(chǔ)能技術(shù)研究及工程化應(yīng)用,通過(guò)創(chuàng)新系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)手段,形成了不同技術(shù)路線的重力儲(chǔ)能專有技術(shù),樹(shù)立了重力儲(chǔ)能項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)。
張家口示范項(xiàng)目建設(shè)將填補(bǔ)豎井式重力儲(chǔ)能空白,作為新型電力系統(tǒng)需要的優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)能型式可為新型儲(chǔ)能開(kāi)辟新的方向,致力于與行業(yè)內(nèi)合作方互促共榮開(kāi)展項(xiàng)目建設(shè),基于國(guó)產(chǎn)技術(shù)和裝備的項(xiàng)目示范將推動(dòng)機(jī)械、傳動(dòng)、重物塊、電力裝備及工程建設(shè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的工程化、規(guī)?;l(fā)展,助力推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
原標(biāo)題:華北院重力儲(chǔ)能技術(shù)方案