黨的二十屆三中全會提出，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，完善新能源消納和調(diào)控政策措施。近年來，可再生能源在我國能源體系中占比越來越高，新型儲能技術(shù)在促進新能源消納和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行等方面的作用逐步顯現(xiàn)。與傳統(tǒng)的電化學(xué)儲能相比，新型儲能技術(shù)路線處于示范、試運行階段，需要不斷提高與電網(wǎng)的適配性和經(jīng)濟性，探索規(guī)模化、商業(yè)化道路。
近年來，隨著新能源大規(guī)模開發(fā)，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。風(fēng)、光等新能源發(fā)電需要“看天吃飯”，受環(huán)境影響很大，為提高新能源消納能力，建設(shè)大規(guī)模儲能設(shè)施顯得尤為迫切。目前已有的儲能技術(shù)大致可分為兩大類：一類是物理儲能，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等;另一類是化學(xué)儲能，主要包括各種電池，如鉛酸電池、鋰電池等。
壓縮空氣儲能技術(shù)被比喻為“空氣充電寶”，近年來實現(xiàn)較快發(fā)展，性能指標不斷提高，成為較早進入規(guī)?；茝V階段的新型儲能技術(shù)之一。在山東泰安肥城市，300MW先進壓縮空氣儲能電站首次成功并網(wǎng)發(fā)電，進一步推動了壓縮空氣儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標志著壓縮空氣儲能進入商業(yè)化探索階段。“空氣充電寶”有何特點，如何規(guī)劃布局建設(shè)，這一新型儲能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用還有哪些待突破的難題?
走向示范應(yīng)用
2024年4月30日，在山東省泰安市肥城經(jīng)開區(qū)儲能產(chǎn)業(yè)園，國際首套300MW/1800MWh先進壓縮空氣儲能國家示范電站首次并網(wǎng)發(fā)電并一次成功。中儲國能(山東)電力能源有限公司項目經(jīng)理侯虎燦介紹，該電站是目前國際上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站，在系統(tǒng)設(shè)計、裝備研制、工程實施等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)10余項關(guān)鍵技術(shù)突破;年發(fā)電量約6億千瓦時，用電高峰可為20萬至30萬戶居民提供電力保障，每年可節(jié)約標準煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸。
作為一種物理儲能技術(shù)，壓縮空氣儲能是通過物理變化即對空氣的壓縮和膨脹來實現(xiàn)能量的儲存和釋放。在儲能階段，利用電網(wǎng)富余電力驅(qū)動電動機帶動壓縮機，把常壓空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲存到地下鹽穴，完成由電能向勢能的轉(zhuǎn)化。當電力緊張時釋放高壓空氣，推動膨脹機做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，對電網(wǎng)進行調(diào)峰，實現(xiàn)調(diào)度。與電化學(xué)儲能相比，壓縮空氣儲能技術(shù)使用壽命更長，可達30年至50年，因而成本更低。
與鋰電池、抽水蓄能等相比，壓縮空氣儲能技術(shù)非常“年輕”，但發(fā)展迅速。中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長陳海生說，2004年他開始研究該技術(shù)時，我國可再生能源裝機占比不足1%，未出現(xiàn)并網(wǎng)難題。2010年，陳海生帶領(lǐng)一支新成立的小團隊，3年完成1.5MW示范項目，5年建成10MW示范項目，7年建成100MW示范項目。2021年9月23日，10MW鹽穴壓縮空氣儲能電站在肥城成功并網(wǎng)發(fā)電，成為國際首個商業(yè)化運行的先進壓縮空氣儲能調(diào)峰電站。2022年7月，該電站獲批成為我國首座參與電力現(xiàn)貨交易的壓縮空氣儲能電站，通過參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻，對提升供電質(zhì)量和優(yōu)化電網(wǎng)運行起到很大作用。
“從1.5MW到10MW，每一次規(guī)模放大，都不是簡單地技術(shù)疊加，而是需要從底層開始重新研發(fā)設(shè)計。”陳海生介紹，肥城300MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站首次采用自主研發(fā)的300MW級多級寬負荷組合式壓縮機、多級高負荷透平膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等新產(chǎn)品，將形成一系列技術(shù)標準及操作規(guī)范，有效促進并規(guī)范壓縮空氣儲能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
參與電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度與優(yōu)化配置，成為衡量新型儲能技術(shù)能否實現(xiàn)規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵指標之一。侯虎燦說，自并網(wǎng)發(fā)電以來，電站順利轉(zhuǎn)入試運行階段，目前正緊鑼密鼓地進行電網(wǎng)耦合實驗與測試工作。在此過程中，電站積極與山東省國網(wǎng)合作，依托國家重點研發(fā)計劃等多個項目與課題，全力推進300MW先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)的實驗與測試。
“壓縮空氣儲能作為一種新型儲能技術(shù)，在電網(wǎng)中具有廣闊應(yīng)用前景。”國網(wǎng)山東肥城市供電公司發(fā)展建設(shè)部工作人員孫衍偉表示，儲能系統(tǒng)運行必須嚴格遵循電網(wǎng)調(diào)度中心指令，確保電力系統(tǒng)運行效果最優(yōu)化。并網(wǎng)試運行階段，首要任務(wù)是讓電站適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，更有效吸收電能。同時，電網(wǎng)方面也需要深入了解壓縮空氣儲能技術(shù)特性，以確保穩(wěn)定高效應(yīng)用。
在肥城項目加速發(fā)展的同時，壓縮空氣儲能技術(shù)不斷迭代升級。陳海生說，中國科學(xué)院工程熱物理研究所和中儲國能研發(fā)團隊已開展面向更大規(guī)模、更高效率、更優(yōu)性能的先進壓縮空氣儲能核心技術(shù)的研發(fā)及裝備制造，在系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備研發(fā)、工程示范方面取得了階段性突破，將為下一步提高效率、降低成本提供技術(shù)支持。
充分利用資源
在參觀壓縮空氣儲能電站壓縮機、變電站等主要設(shè)施后，侯虎燦告訴記者，儲存壓縮空氣的罐子不在電站，而是在鹽穴中。
從電站出發(fā)，向南行駛約兩公里，鹽穴的“洞口”就“藏”在一片玉米地中。說是“洞口”，其實更像“管口”，只見一對猩紅色的采集束矗立其中。工作人員介紹，這里是連接地面與地下鹽穴的通道，每個鹽穴平均體積為50萬立方米至80萬立方米，相當于20多層建筑物的大小。
鹽穴是鹽井開采完后，地下形成的巨大空腔。因其特有的蠕變性，可作為天然的能源密封存儲罐，用于儲氣、儲油、儲氫等能源儲備。從2009年江蘇常州金壇部署天然氣地下儲氣庫開始，我國對地下鹽穴的開發(fā)利用已經(jīng)有10多年的歷史。利用鹽穴進行壓縮空氣儲能具有顯著經(jīng)濟優(yōu)勢，與人工制造的壓力容器相比，這種自然形成的空間減少了對外部材料和資源的依賴，大大降低了建設(shè)成本。
肥城礦產(chǎn)資源豐富、種類齊全，是山東最大的井礦鹽生產(chǎn)基地之一，已探明巖鹽儲量52.2億噸。在此次建設(shè)300MW空氣儲能電站項目之前，肥城做了大量天然氣儲能項目前期探索工作，多次邀請全國儲能領(lǐng)域權(quán)威研究機構(gòu)對地下鹽穴開展實地勘探，反復(fù)論證。中儲國能相關(guān)負責(zé)人表示，當?shù)爻他}穴資源豐富，獨特的鹽穴特征對企業(yè)來說也頗具吸引力。當?shù)佧}井深平均在800米至1000米，儲氣容量超過50萬立方米，可承受壓力達170個大氣壓，具有地質(zhì)穩(wěn)定、埋深適中、氣密性好等特點，很適合開發(fā)利用。
2022年以來，越來越多產(chǎn)業(yè)鏈項目落戶肥城。肥城先后招引前端制鹽建穴項目4個，年建穴能力擴大到500萬立方米，制鹽規(guī)模突破千萬噸級;中端鹽穴儲能項目4個，儲能規(guī)模達千兆瓦級;天然氣儲氣庫項目1個，儲氣規(guī)模達10億立方米;后端延伸建設(shè)儲能裝備智能制造產(chǎn)業(yè)園項目2個，全力打造集鹽穴儲能、儲能裝備制造、能源配套服務(wù)等于一體的全鏈條鹽穴儲能產(chǎn)業(yè)集群。近年來，泰安新型儲能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了從無到有、從弱到強，逐步構(gòu)建以抽水蓄能、鹽穴儲能儲氣、電化學(xué)儲能為主，以制氫儲能、儲熱儲冷等為輔的新型多元儲能體系。預(yù)計到2025年，泰安市儲能規(guī)模將發(fā)展到400萬千瓦，到2030年力爭達到1000萬千瓦，建成全國知名的多元儲能基地。
肥城市委書記張莉表示，肥城將以新型儲能科創(chuàng)中心為引領(lǐng)，壯大新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈集群，同時融合商務(wù)服務(wù)、未來社區(qū)等功能，建設(shè)新型儲能未來產(chǎn)業(yè)城，聚力打造高質(zhì)量發(fā)展新的強力引擎。
直面商業(yè)化難題
從整體趨勢看，新型儲能技術(shù)正由初步探索階段逐步走向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；Ｖ袃?北京)技術(shù)有限公司總經(jīng)理紀律介紹，繼肥城300MW項目并網(wǎng)以來，一批壓縮空氣儲能項目在國內(nèi)紛紛上馬，僅中儲國能就已在河北、新疆、寧夏、河南、山東等地啟動項目共計1500MW，規(guī)劃項目超4000MW。此外，各地對重力、飛輪、液流等技術(shù)路線項目的投資建設(shè)也在加速。
隨著新型儲能技術(shù)步入大規(guī)模商業(yè)化推廣階段，市場更加關(guān)注其千瓦時電成本是否具有競爭力。多位行業(yè)分析師指出，由于當前國際市場碳酸鋰價格處于歷史低位，加上國內(nèi)市場競爭激烈，所以在成本方面，新型儲能技術(shù)路線目前還難以與傳統(tǒng)儲能方式相抗衡。因此，部分投資方采取謹慎觀望態(tài)度，等待成本下降和市場進一步明朗。
但很多人依然持樂觀態(tài)度。“我們看中的是壓縮空氣儲能的發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;山東電力工程咨詢院有限公司山東省能源大數(shù)據(jù)中心副主任裴善鵬認為，山東是新能源大省，新型儲能發(fā)展迅速，3年來電網(wǎng)新型儲能裝機量由55萬千瓦增長至566萬千瓦，裝機規(guī)模居全國第二。截至今年9月10日，山東省電網(wǎng)風(fēng)光發(fā)電量突破1000億千瓦時，用時較去年提前70天。當前，山東省儲能配置以2小時儲能時長為主流。未來隨著新能源裝機比例持續(xù)攀升，對4小時至6小時儲能的需求將顯著增強。在此背景下，以壓縮空氣儲能技術(shù)為代表的長時儲能方案將得到廣泛應(yīng)用。
在新型儲能技術(shù)商業(yè)化進程中，政策支持尤為重要。通過制定針對性政策措施，可以有效促進新型儲能技術(shù)示范應(yīng)用，帶動成本下降，為進一步推廣新型儲能技術(shù)奠定堅實基礎(chǔ)。“山東發(fā)展新型儲能是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的必然選擇，也有電力現(xiàn)貨市場支撐等優(yōu)勢，但新型儲能建設(shè)成本高的現(xiàn)象會在一段時間內(nèi)持續(xù)存在。為促進全省新型儲能發(fā)展，能源主管部門出臺相關(guān)支持政策，充分體現(xiàn)了政府重視和政企密切協(xié)同的特點。”國網(wǎng)山東電力調(diào)度控制中心水電及新能源處負責(zé)人劉軍說。
“以肥城壓縮空氣儲能項目為例，山東省在并網(wǎng)發(fā)電盈利方面積極引導(dǎo)。參考山東省印發(fā)的促進新型儲能示范項目健康發(fā)展的若干措施，壓縮空氣儲能成本回收機制主要來源于現(xiàn)貨電價差、容量補償、容量租賃三種形式。”孫衍偉介紹。據(jù)測算，鹽穴壓縮空氣儲能項目全生命周期為30年至50年，預(yù)計10年至12年可收回成本，盈利空間可觀。
“發(fā)展初期可以通過政策‘扶上馬送一程’，最終目標是促進產(chǎn)業(yè)獨立發(fā)展并實現(xiàn)盈利。”裴善鵬說，山東省電力現(xiàn)貨市場發(fā)展4年來，已探索出一條比較成熟的路徑。從長遠來看，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中，最終目標是建立與新型儲能相適應(yīng)的市場機制，從而促進整個行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 (經(jīng)濟日報記者 崔 浩)
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