壓縮空氣儲(chǔ)能寫(xiě)入“十四五”規(guī)劃

壓縮空氣儲(chǔ)能寫(xiě)入“十四五”規(guī)劃

3月12日，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》全文發(fā)布?！笆奈濉币?guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中明確指出在氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，謀劃布局一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)。其中提出要實(shí)施電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。

現(xiàn)代能源體系建設(shè)工程共有5大項(xiàng)目，其中在電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)方面，要建設(shè)桐城、磬安、泰安二期、渾源、莊河、安化、貴陽(yáng)、南寧等抽水蓄能電站，實(shí)施電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。

可再生能源近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，不僅僅是由于這是促進(jìn)減少碳排放的有效途徑，更因?yàn)轱L(fēng)能和太陽(yáng)能是全球普遍存在的能源資源：本地開(kāi)發(fā)，本地使用，無(wú)需運(yùn)輸，更不用考慮國(guó)際市場(chǎng)的波動(dòng)。在相關(guān)成本不斷降低的背景下，很多之前經(jīng)濟(jì)性不算好的地方也能使用風(fēng)能和太陽(yáng)能了。但是由于這兩種發(fā)電方式天然的間歇性和不穩(wěn)定性，可靠、低成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)也越來(lái)越受到重視。目前，比較受關(guān)注的壓縮空氣相關(guān)的儲(chǔ)能技術(shù)有三種。

1.鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

壓縮空氣儲(chǔ)能是利用剩余電力壓縮空氣，并將其儲(chǔ)藏在高壓密封設(shè)施內(nèi)，需要時(shí)再釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這種技術(shù)多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，關(guān)鍵在于成本：大容量、密封性好的容器是很貴的。利用開(kāi)采鹽礦后剩余的礦洞來(lái)儲(chǔ)存壓縮空氣是這一領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)目前已有示范性項(xiàng)目即將建成。

鹽穴，即鹽礦開(kāi)采后留下的礦洞，是一種寶貴的資源。我國(guó)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(chǎng)所。

金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目是目前空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域國(guó)家示范項(xiàng)目、國(guó)內(nèi)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，一期建設(shè)1套6萬(wàn)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(guò)30年，二期規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為35萬(wàn)千瓦，終期規(guī)模將達(dá)100萬(wàn)千瓦。

除此之外，2020年底，中儲(chǔ)國(guó)能（北京）技術(shù)有限公司獲得了由中科創(chuàng)星、株洲高科領(lǐng)投的1.6億元天使輪投資。中儲(chǔ)國(guó)能專(zhuān)注于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，技術(shù)源自中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所。中儲(chǔ)國(guó)能正在建設(shè)國(guó)際首套100MW壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于張家口市張北縣廟灘云計(jì)算產(chǎn)業(yè)園區(qū)。目前項(xiàng)目主設(shè)備已完成加工及測(cè)試，正在開(kāi)展廠房及設(shè)備基礎(chǔ)建設(shè)，預(yù)計(jì)2021年上半年將完成系統(tǒng)集成安裝，下半年將完成調(diào)試并投入運(yùn)行。

除此之外，眾多壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目已進(jìn)入商業(yè)階段，如華能浙江溫州簽訂200MW礬山壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，魯銀投資擬攜山東鹽業(yè)等開(kāi)展鹽穴儲(chǔ)氣相關(guān)先導(dǎo)性試驗(yàn)，山東壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站開(kāi)工建設(shè)，中廣核旗下公司山西簽約壓縮空氣儲(chǔ)能等項(xiàng)目，江蘇金衛(wèi)星能源科技有限公司為盧強(qiáng)院士壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目投資10億元，貴州電網(wǎng)公司壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域申請(qǐng)專(zhuān)利量居全球第十二位……

2.液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

利用天然礦洞來(lái)儲(chǔ)存壓縮空氣成本雖然很低，但這種礦洞資源可遇而不可求，可以使用的地方很有限。同樣是使用壓縮空氣作為儲(chǔ)能方式，英國(guó)的一家公司試圖讓這種方案具有更廣的適用范圍。

利用剩余電力將空氣降溫到零下196℃，空氣將被液化，這樣體積便縮小了近700倍，極大地降低了對(duì)儲(chǔ)存裝置容量的需求。需要輸出電力時(shí)，空氣膨脹驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)即可供電，轉(zhuǎn)化效率約為60-70%。這比電池效率略低，但是儲(chǔ)罐的成本非常低，而且不需要補(bǔ)充耗材，使用壽命很長(zhǎng)，具有大規(guī)模推廣的潛力。

該系統(tǒng)是由來(lái)自英國(guó)赫特福德郡的自學(xué)成才的“后院發(fā)明家”彼得·迪爾曼設(shè)計(jì)的，已獲得英國(guó)的1000萬(wàn)英鎊資助，建成的50 MW儲(chǔ)能設(shè)備將為曼徹斯特附近大約50000個(gè)家庭存儲(chǔ)5個(gè)小時(shí)的電力。Carlton Highview Storage還計(jì)劃在英國(guó)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)四個(gè)液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，儲(chǔ)能容量總計(jì)超過(guò)1GWh。

Highview的液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能解決方案具有30-40年的使用壽命，效率約為60%-70%，已通過(guò)幾個(gè)MW規(guī)模的試點(diǎn)項(xiàng)目證明，在GW規(guī)?；蛎總€(gè)項(xiàng)目數(shù)百M(fèi)W的規(guī)模下是經(jīng)濟(jì)的。據(jù)外媒2020年10月28日?qǐng)?bào)道，Highview宣布與總部位于智利的Energia-Latina S.A. Enlasa (Enlasa)成立合資公司(JV)，將在智利和其他拉美市場(chǎng)開(kāi)發(fā)“GW級(jí)低溫壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目”。

3.多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能海上電站

多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能海上電站是一種新穎的綜合性技術(shù)裝備，目前還在技術(shù)研發(fā)階段。海上電站海浪能部分采用浮筒-氣缸結(jié)構(gòu)，利用海水的浮力及海浪的上下起伏將環(huán)境空氣壓縮進(jìn)入集氣管；風(fēng)能部分采用垂直軸風(fēng)輪-空壓機(jī)（機(jī)頭）結(jié)構(gòu)，利用自然風(fēng)能將環(huán)境空氣壓縮進(jìn)入集氣管；槽式太陽(yáng)能集熱管系統(tǒng)將太陽(yáng)能熱量收集通過(guò)換熱器將透平前壓縮空氣加熱升溫進(jìn)一步增加壓縮空氣能量，提高透平效率，同時(shí)提高透平后尾氣溫度，便于尾氣再利用。

海上電站為由框架及三層平臺(tái)構(gòu)成的海上構(gòu)筑物，每個(gè)浮筒的4個(gè)側(cè)面被框架所限制并留有適當(dāng)間隙使浮筒僅能做上下垂直運(yùn)動(dòng)且不被卡死，多個(gè)框架相連構(gòu)成整個(gè)海上電站，層平臺(tái)是浮筒氣缸平臺(tái)；第二層平臺(tái)是風(fēng)力機(jī)平臺(tái)，第二層平臺(tái)中央位置設(shè)置廠房建筑，廠房建筑內(nèi)設(shè)置換熱器、透平、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)及電氣設(shè)備等；第三層平臺(tái)即廠房建筑屋頂，是槽式太陽(yáng)能集熱管系統(tǒng)布置平臺(tái)。且、二層平臺(tái)遍布集氣管，由于集氣管長(zhǎng)度較長(zhǎng)容積較大兼具壓縮空氣存儲(chǔ)、輸送作用，通過(guò)集氣管的儲(chǔ)能作用，當(dāng)海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能能量波動(dòng)變化時(shí)，輸入透平壓縮空氣壓力流量仍可保持一定時(shí)間的穩(wěn)定輸出。同時(shí)，海上電站為保持壓縮空氣溫度所有管道均采取保溫措施。

海上電站海浪能利用方式不同于其它海洋能利用方式，與海水接觸的設(shè)備只有鋼筋混凝土框架及被限制在其中的浮筒，浮筒采用漁網(wǎng)浮漂材料（硬質(zhì)PVC泡沫材料），該種材料具有良好的耐磨性及硬度，與框架接觸方式采用滑動(dòng)摩擦方式，海面下不存在任何旋轉(zhuǎn)部件。海浪能壓縮空氣壓強(qiáng)決定于浮筒體積及氣缸直徑，風(fēng)能壓縮空氣壓強(qiáng)決定于垂直軸風(fēng)輪掃風(fēng)面積及空壓機(jī)設(shè)計(jì)功率，海上電站集氣管壓強(qiáng)大于透平設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓強(qiáng)，使集氣管起到儲(chǔ)能作用。據(jù)估算，6MW海上電站占海面積為9萬(wàn)㎡，年利用小時(shí)數(shù)8760小時(shí)，年發(fā)電量0.5億kwh，造價(jià)3.5-4.5億元，使用壽命70年，按全生命周期計(jì)算度電成本0.114元/kwh，不包括其它產(chǎn)品收入。

海上電站壓縮空氣除通過(guò)透平膨脹帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電力外，其尾氣還可再利用，據(jù)北京天瑞星光熱技術(shù)有限公司資料，槽式太陽(yáng)能集熱管（導(dǎo)熱油型及熔鹽型）其工作溫度為400℃，參考100kw空氣透平進(jìn)氣溫度180-260℃，排氣溫度88-176℃，其尾氣仍具有較高熱值，通過(guò)曲管換熱器的方式與海水換熱，海水蒸發(fā)以蒸餾水回收的方式制取淡水。

如果將蒸餾水引入電解槽，利用海上電站自身電力電解水，即可在陰極得到氫氣，陽(yáng)極得到氧氣。這樣海上電站的產(chǎn)品包括電力、淡水、海鹽、冷、熱、氫氣、氧氣。產(chǎn)品種類(lèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他可再生能源單一電力產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。同時(shí)，其可再生能源綜合利用效率可達(dá)70-80%，特別是，由于整個(gè)過(guò)程均為物理變化，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何影響，利用自身電力制備綠色氫能，其原料水取自海水，較陸地電解水制氫成本更具優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)從浙江到廣東岸線近海及其島嶼是海浪能、風(fēng)能為集中的區(qū)域，具有海上電站建設(shè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)上述區(qū)域沿海海島眾多，超過(guò)4000座，且距離大陸約30km，海上電站的開(kāi)發(fā)可以帶動(dòng)我國(guó)海島資源的利用，拉動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。