作為推動(dòng)能源生產(chǎn)和利用方式變革的重要技術(shù)之一，儲(chǔ)能，無疑將為能源轉(zhuǎn)型帶來機(jī)遇，而壓縮空氣儲(chǔ)能更是儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域“前沿中的前沿”。如果將千年鹽穴喚醒，在其中壓縮空氣發(fā)電，便更稱得上是一次穿越古今的“能源對話”。
在江蘇常州中鹽金壇鹽化有限公司園區(qū)，隨著由中國能建江蘇院(以下簡稱“江蘇院”)設(shè)計(jì)的鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)國家示范項(xiàng)目(以下簡稱“金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目”)開工，閑置的鹽穴將被逐漸“盤活”。
鹽穴非補(bǔ)燃，壓縮空氣儲(chǔ)能探新路
鹽穴，即鹽礦開采后留下的礦洞，是一種寶貴的不可再生資源。我國鹽穴資源豐富，大部分體積巨大且密封性良好，適于儲(chǔ)存石油、天然氣等重要戰(zhàn)略物資，也是儲(chǔ)存高壓空氣的理想場所。然而，由于利用率不高，目前絕大多數(shù)處于閑置狀態(tài)。金壇鹽盆是我國優(yōu)質(zhì)的鹽穴資源，面積大、鹽質(zhì)優(yōu)、埋藏深、易開采、密封性好，是建造鹽穴儲(chǔ)氣庫的絕佳位置。鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目落址于此，將有利于探索鹽穴循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展的新路徑。
金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目是目前空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一國家示范項(xiàng)目、國內(nèi)首個(gè)鹽穴儲(chǔ)能發(fā)電項(xiàng)目和世界首座非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)電站，本期建設(shè)1套6萬千瓦×5小時(shí)的鹽穴非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)約為1660小時(shí)，電換電效率為60%以上，使用壽命超過30年，二期規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為35萬千瓦，終期規(guī)模將達(dá)100萬千瓦。
同時(shí)，項(xiàng)目將結(jié)合所在區(qū)域負(fù)荷發(fā)展及可再生能源的開發(fā)情況，構(gòu)建基于鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的微電網(wǎng)工程，在規(guī)模和效率上為國內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目樹立典范，并為我國建立壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系、打造華東地區(qū)大型空氣儲(chǔ)能基地和面向江蘇全省的大型調(diào)峰電源基地奠定基礎(chǔ)。
鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目容量大、壽命長、費(fèi)用低、響應(yīng)快、運(yùn)行活、效率高、污染少、占地小，可實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的“削峰填谷”、“調(diào)頻穩(wěn)壓”。鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)借助鹽穴對空氣進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化。儲(chǔ)能時(shí)，多級壓縮機(jī)將空氣壓縮至高壓狀態(tài)，儲(chǔ)存至地下鹽穴，完成電能到空氣壓力勢能的轉(zhuǎn)換;釋能時(shí)，壓縮空氣從地下鹽穴釋放，驅(qū)動(dòng)透平膨脹機(jī)發(fā)電，完成空氣壓力勢能到電能的轉(zhuǎn)換。
發(fā)電全程“零”燃料消耗，讓人眼前一亮。原來，這得益于清華大學(xué)研發(fā)的非補(bǔ)燃壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)。從介入項(xiàng)目開始，江蘇院發(fā)電工程公司項(xiàng)目經(jīng)理李季所在的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)便與這項(xiàng)新技術(shù)打起了交道。
根據(jù)運(yùn)行原理不同，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可分為補(bǔ)燃式和非補(bǔ)燃式兩類。補(bǔ)燃式系統(tǒng)運(yùn)行依賴于大量化石燃料的燃燒補(bǔ)熱，不僅能耗大、污染重，而且因壓縮熱被棄用，循環(huán)效率較低。非補(bǔ)燃式系統(tǒng)則采用了熱壓分儲(chǔ)方式和回?zé)峒夹g(shù)，能將壓縮熱存儲(chǔ)在蓄熱罐中，使整個(gè)系統(tǒng)絕熱，既能提高循環(huán)效率，又能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能過程的無燃燒、無排放。
“項(xiàng)目除供電外，還能利用壓縮熱和透平的低溫排氣實(shí)現(xiàn)供熱、供冷，能量綜合效率可以達(dá)到85%。隨著技術(shù)研發(fā)的推進(jìn)，未來的儲(chǔ)能效率有望突破70%。”李季表示。
摸石頭過河，“中國創(chuàng)造”繪未來
作為國際率先采用非補(bǔ)燃技術(shù)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目是“中國創(chuàng)造”的有力證明。江蘇院發(fā)電工程公司總經(jīng)理宋坤林表示，由于走的是與國外壓縮空氣儲(chǔ)能電站完全不同的技術(shù)路徑，沒有設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)、沒有工程布局可參考、沒有系統(tǒng)流程可套用，一切都得摸著石頭過河，“當(dāng)務(wù)之急就是對新理念、新工藝、新設(shè)備的調(diào)研、學(xué)習(xí)和消化。
根據(jù)項(xiàng)目的系統(tǒng)功能分區(qū)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)聯(lián)同業(yè)主和清華大學(xué)開展了深入的調(diào)研工作。針對發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備壓縮機(jī)和空氣透平機(jī)，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)尚未有成熟的機(jī)型，需通過研發(fā)生產(chǎn)，確定結(jié)構(gòu)型式和主機(jī)參數(shù);針對儲(chǔ)氣系統(tǒng)，遠(yuǎn)赴德國調(diào)研了世界首座補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能電站和國內(nèi)油氣單位在金壇的鹽穴儲(chǔ)氣庫，了解鹽穴儲(chǔ)氣的密閉性和穩(wěn)定性;針對儲(chǔ)熱系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)，調(diào)研了德令哈光熱電站，學(xué)習(xí)了儲(chǔ)熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，以確定導(dǎo)熱油介質(zhì)和換熱器結(jié)構(gòu)型式。
將原理圖轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用，每一步都凝結(jié)著設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的縝密思考和辛勤付出。依據(jù)清華大學(xué)提供的非補(bǔ)燃壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)方案，他們開展了工藝流程方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行了設(shè)備合理選型和總平優(yōu)化布局，根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)等4個(gè)環(huán)節(jié)的不同功能進(jìn)行了分區(qū)布置，并對系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，確保系統(tǒng)合理、分區(qū)明確、流程順暢。
在標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行方面，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也遭遇了“攔路虎”。由于金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目對于測算連接壓縮機(jī)管口的允許推力和力矩須嚴(yán)格執(zhí)行美國石油學(xué)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)，而高容量、高參數(shù)、高轉(zhuǎn)速的壓縮機(jī)管徑大、管壁厚，對其應(yīng)力計(jì)算的難度非常大。他們經(jīng)過多次調(diào)整布置方案，反復(fù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)果，才最終滿足了要求。
“項(xiàng)目的建設(shè)，將有利于我國創(chuàng)建具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)體系，推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新水平提升，促進(jìn)大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)。同時(shí)，這也是江蘇院承接的首個(gè)大規(guī)模物理儲(chǔ)能項(xiàng)目，具有里程碑意義。”宋坤林表示，依托金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，江蘇院將在關(guān)鍵領(lǐng)域攻關(guān)，在前沿陣地探索，與國內(nèi)頂尖技術(shù)專家頭腦風(fēng)暴，朝著引領(lǐng)未來智慧能源系統(tǒng)高端設(shè)計(jì)技術(shù)邁步，為促進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)的清潔化轉(zhuǎn)型和引領(lǐng)智能電網(wǎng)向低碳、綠色方向建設(shè)與發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
