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    國內壓縮空氣儲能項目實現三個世界第一

      國內壓縮空氣儲能現狀及前景
      壓縮空氣儲能是典型的大規模長時物理儲能技術,它的基本原理是,用電低谷時用電將空氣壓縮高壓空氣儲存在儲氣設備(鹽穴、枯竭井、集氣管道)中,用電高峰釋放高壓空氣驅動膨脹機。其優勢主要體現在規模性(GW級別)、安全性、長壽性(40-50年)、效率高、0污染、不挑地等。
      近年來,國家高度重視新型儲能的政策引導,相繼發布《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》、《“十四五”新型儲能發展實施方案》等文件。7月27日,國家能源局進一步提出繼續推動新型儲能的試點和示范,多元化發展儲能等工作。
      政策利好下,我國壓縮空氣儲能項目多地開花。2021年下半年,全球首套張家口100MW壓縮空氣儲能項目、全國首個山東肥城10MW鹽穴壓縮空氣儲能電站項目落地;2022年5月中鹽金壇60 MW/300 MWh鹽穴壓縮空氣儲能項目并網發電;2022年7月,江蘇淮安465MW/2600MWh鹽穴壓縮空氣儲能項目審批通過。
      隨著技術進步,國內壓縮空氣儲能在效率和成本兩方面,均達到了商業化發展的水平。當前建設的項目中,百兆瓦級別以上的系統設計效率可以達到70%,先進系統效率能夠逼近75%。此外,在系統規模增加后,單位投資成本也持續下降,目前張家口100mw 項目,單位成本為450-750美元/kw,成本接近抽水蓄能。
      展望后市,壓縮空氣儲能有望成為抽水蓄能在大規模儲能方面重要補充。據機構測算,2020年-2025年儲能投資累計市場空間為1.6萬億,而壓縮空氣儲能在儲能整體市場里面至少會占據30%的份額,地位舉足輕重。
      在碳中和目標驅動下,儲能產業鏈成長前景向好。當前壓縮空氣儲能還處于產業化發展初期,優先布局的公司有望率先受益。
     
      壓縮空氣儲能的三個“世界第一”
      據悉,中國能建主體投資的世界首臺(套)300兆瓦級非補燃壓縮空氣儲能示范工程近日在湖北應城市開工建設。該工程建成后,預計年發電量可達5億千瓦時,將在非補燃壓縮空氣儲能領域實現單機功率世界第一,儲能規模世界第一,轉換效率世界第一。這是我國新型儲能建設的又一個里程碑,也是推動壓縮空氣儲能商業化、產業化的典型示范,為我國構建新型電力系統和實現“雙碳”目標提供了“能建方案”。
    國內壓縮空氣儲能項目實現三個世界第一
      據介紹,該工程以形成具有自主知識產權的系統集成技術,建成儲能技術與裝備國產化示范、數字化儲能電站示范、商業化運營機制示范、協同化建設管理示范為建設目標,綜合平衡工程造價及儲能轉化效率,創新性地提出采用180攝氏度高壓熱水儲熱的中溫絕熱壓縮“能建方案”,將進一步推動大規模新型壓縮空氣儲能技術的商業化、產業化,有助于豐富儲能技術形式和完善能源結構,促進可再生能源的大規模并網消納,為構建新型電力系統和實現“雙碳”目標貢獻“能建力量”。
      該300兆瓦級壓縮空氣儲能電站示范工程位于中國中部儲能基地湖北省應城市,規劃建設兩臺300兆瓦/1500兆瓦時壓縮空氣發電機組及配套建設儲能發電生產區、輔助生產區及附屬基礎設施。
      據悉,此示范工程利用云應地區廢棄鹽穴作為儲氣庫,采用聲吶、綜合物探、室內試驗、數值模擬等綜合手段獲取鹽穴三維形態和安全運行壓力。并進行老井氣密封堵、注采井鉆井、完井及注氣排鹵工程,實現鹽穴安全可靠儲氣功能。
      該工程創新性地提出了4段壓縮、3段膨脹,采用中國能建自主研發的大容量非補燃高壓熱水儲熱中溫絕熱壓縮技術,形成了自主可控、兼顧效率和投資的新型大規模壓縮空氣儲能“能建方案”,堪稱“新能源接入電網的優化器”“電力系統安全運行的穩定器”“用戶側能量管理的路由器”“特高壓綠電外送的適配器”“超級充電寶”。其核心技術指標能源轉換效率達70%以上,核心經濟指標單位造價降至6000元/千瓦左右,開創了大容量壓縮空氣儲能綠色、零碳、高效、經濟的新路線、新方案,是世界首臺首套300兆瓦級壓縮空氣儲能電站。
      壓縮空氣儲能電站主要包括壓縮儲能系統、膨脹發電系統、換熱系統、儲熱系統、儲氣系統及智能化控制系統等,主要設備包括壓縮機、空氣透平及發電機、換熱器及大容量儲罐等。
      湖北應城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站示范工程采用集中控制方式,設置一套DCS控制系統網絡,自動化系統滿足一鍵啟??刂?。該工程全過程數字化建設以BIM、物聯網、人工智能、云計算等先進技術手段,構建覆蓋企業全層級、全業務、項目全過程的智慧基建及運營管理平臺,實現電廠從基建至投產運營全業態數字化、智慧化。
      與此同時,針對該示范工程,中國能建數科集團開展了“300兆瓦級壓縮空氣儲能電站關鍵技術和裝備研究”,可使我國全面掌握具有國際領先水平的壓縮空氣儲能關鍵技術,促進我國儲能技術標準的建立,形成具有自主知識產權的系統集成技術,推動國產化儲能核心裝備研發。
    國內壓縮空氣儲能項目實現三個世界第一
     
      數字化+科技型+新儲能的“數科探索”
      隨著“風光水火儲”和“源網荷儲”兩個一體化大力推進,無論大規模新能源基地開發,還是分布式能源系統開發,長時儲能都將成為必備環節。壓縮空氣儲能是通過高度壓縮空氣來進行電力儲能的,是一種低成本、大容量的新型電力儲能技術,是少數幾種能夠適用于長時間和大容量儲能的儲能技術之一。相比于電化學儲能投資高、運行安全隱患、性能衰減、后續處理環境污染等“硬傷”,壓縮空氣儲能系統具有選址靈活、建設周期短、投資低等諸多優點,并具備調峰、調頻、調相、旋轉備用、黑啟動以及應急響應等諸多功能。
      相比較而言,壓縮空氣儲能可使用多種類型的存儲方式來存儲空氣,并且對地表的影響更小,相比抽水蓄能建設選址更加靈活。高壓空氣可存儲于鹽穴,或一些經過地下地質結構改造而來的大規模存儲空間,如廢棄的礦井、開采的硬質巖洞,還可以通過人工造穴與壓力容器等手段實現項目的靈活選址,降低了項目選址限制因素。
      此次項目擇址應城,瞄準了應城豐富的鹽穴資源,利用應城地區已采鹽礦溶洞儲氣使采空溶洞得到合理利用,既有效地降低開發成本和占地,又實現資源最優配置,使綠色低碳理念融入城市發展血脈。
      “應城儲能示范工程關鍵技術和難點主要在于首臺套的大型化先進技術裝備研發、高效經濟的壓縮空氣儲能工藝系統集成及復雜地下工程的實施。”吳云接受采訪時說,中國能建所屬企業及相關合作單位通過科技攻關及技術研發,已經徹底解決了上述關鍵技術及難點,有能力、有信心將應城項目打造成壓縮空氣儲能電站的標桿。
      應城壓縮空氣儲能示范工程開工,標志著中國能建全面掌握具有國際領先水平的300兆瓦級壓縮空氣儲能裝備研制關鍵技術,通過示范工程的設備及材料研制,帶動核心裝備全產業鏈實現100%國產化。通過示范項目取得系列化的技術專利和知識產權,形成儲能領域重大科技創新和技術突破,為我國儲能技術發展作出突出貢獻。
      值得一提的是,該示范工程按照全生命周期數字化要求進行“研投建營”一體化運作。在設計階段,全面應用BIM技術進行數字化設計,在地上發電工程中開展三維協同設計,在地下儲氣工程中開展聲吶測腔、三維地震和地質建模;在建設階段,全面應用基建數字化管控平臺,提高管理效率,強化本質安全,在管理上實現多專業全面線上辦理與流轉,在物聯上實現“人機料法環”全要素的智能監測與感知;在運行階段,全面開展DCS、生產SIS、生產MIS的一體化集成,實現生產全過程數據采集、監測、控制和趨勢分析,確保電站經濟、安全、高效、綠色和穩定運行。
     
      構建“新能源+新儲能”數字化產業協同發展模式
      “中國能建數科集團以壓縮空氣儲能項目和新型數字產業為依托和抓手,積極推動新能源與儲能項目、數字產業的協同開發建設,引領綠色能源產業發展和能源消費低碳轉型。”中國能建數科集團黨委書記、董事長萬明忠接受采訪時說,中國能建數科集團提出了“數字化+科技型+新儲能”的發展路徑,瞄向“低成本、高效率、大容量”的新型儲能技術,致力于“新能源+新儲能”的項目開發模式,以新型數字產業協同新能源項目開發。
      構建以鹽穴儲能、抽水蓄能為支撐,電化學儲能、制氫儲能、儲熱儲氣為輔的多元儲能系統,形成以長時儲能為中心的大型儲能電站群,服務電網調峰填谷、新能源消納、電力安全保障等硬任務。
      在電源側,壓縮空氣儲能可以有效解決以風、光為主的新型電力系統存在的波動性和間歇性等問題,提升可再生能源消納能力;在電網側,大型壓縮空氣儲能電站提供調頻調峰、無功調節、旋轉備用、應急電源、黑啟動等電力輔助服務;在用戶側,壓縮空氣儲能可用作企業自備電廠,提供能量轉換、傳輸的樞紐,實現電能削峰填谷,降低企業的用電成本。
      “目前針對壓縮空氣儲能電站的相關電價政策不明確,湖北應城300兆瓦級壓縮空氣儲能電站示范工程主要承擔新能源消納及電網調峰任務,各項性能指標與效率接近抽水蓄能電站,希望參照抽水蓄能電站給予電價政策支持。”萬明忠說,作為國內首臺300兆瓦級壓縮空氣儲能項目,希望納入湖北省新型儲能示范試點項目,配置部分風電光伏等新能源指標,配套建設新能源場站,更好地發揮項目示范意義與作用。 
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