盧強(qiáng)院士認(rèn)為，壓縮空氣儲(chǔ)能是減少棄電、提高可再生能源利用效率的最佳方式，是新時(shí)代能源革命的主要組成部分。
日前，山西大同同煤集團(tuán)云岡礦壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目正式開工。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授盧強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)又開始了新一階段的忙碌。長(zhǎng)期致力于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的科研和工程實(shí)踐，盧強(qiáng)成功主持了安徽蕪湖、江蘇常州等多個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目。壓縮空氣到底如何儲(chǔ)能?它的技術(shù)前景又如何呢?為此，本報(bào)記者專訪了盧強(qiáng)。
“后半夜的風(fēng)電、小水電和正午的光伏發(fā)電，不小的一部分在不少地區(qū)都被丟棄了。用一句外交辭令可以說是‘令人遺憾’。須知，節(jié)約的能源就是最綠的能源——The greenest energy is the energy saved，這是外企的一位專家說的。用這些被棄的電能，當(dāng)然還有低谷電去啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，把電能轉(zhuǎn)化成空氣分子勢(shì)能存儲(chǔ)到一個(gè)空間里，等到用電高峰時(shí)段把這些高溫、高壓氣流釋放出來，噴入渦輪機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這就是壓縮空氣儲(chǔ)能。”盧強(qiáng)用能量轉(zhuǎn)換的知識(shí)向記者科普了壓縮空氣儲(chǔ)能的原理。
國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度，我國(guó)主要流域棄水電量244億千瓦時(shí)，全國(guó)棄風(fēng)、棄光電量分別達(dá)到128億和32.5億千瓦時(shí)。在盧強(qiáng)看來，壓縮空氣儲(chǔ)能是減少棄電、提高可再生能源利用效率的最佳方式。“其實(shí)就是物理變化，基本原理就那么簡(jiǎn)單。當(dāng)然，做起來還是有點(diǎn)復(fù)雜，要下點(diǎn)功夫。”
盧強(qiáng)說的“下點(diǎn)功夫”是從“熱力學(xué)”開始的。“帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的是高溫、高壓的空氣，要想提高儲(chǔ)能效率，到底該把注意力放在溫度上還是放在壓力上?”帶著這樣的問題，自稱“熱力學(xué)初學(xué)者”的盧強(qiáng)說，“我發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，隨著壓力增加，氣壓超過110個(gè)大氣壓后，效率曲線的上升出現(xiàn)‘飽和’現(xiàn)象;但是隨著溫度的增加，效率曲線基本上是直線上升(我只算到450℃)。那我們?yōu)槭裁床话阎饕Ψ旁谔岣邷囟壬?”
因此，盧強(qiáng)決定，加壓到100個(gè)大氣壓即可。
“國(guó)家電網(wǎng)公司是第一個(gè)支持我們做試驗(yàn)示范工程的企業(yè)。當(dāng)時(shí)他們沒有給我們很大壓力，只說‘電效率能達(dá)30%就不錯(cuò)了’，結(jié)果實(shí)測(cè)效率略大于40%。”盧強(qiáng)說。
盧強(qiáng)一直想把壓縮空氣儲(chǔ)能的第一個(gè)工程項(xiàng)目放在他家鄉(xiāng)安徽，當(dāng)?shù)卣偷胤诫娏疽步o予了大力支持，于是世界首臺(tái)無補(bǔ)燃500kW壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程就在安徽做成了。
“接著我們團(tuán)隊(duì)又在青海大學(xué)做了第二個(gè)工程項(xiàng)目，壓縮機(jī)的導(dǎo)熱介質(zhì)不再是水，而是導(dǎo)熱油，發(fā)電效率到了50%。再往后，在國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局下達(dá)的60兆瓦示范工程中我們采用了導(dǎo)熱熔巖，溫度提到380℃，電效率將達(dá)到60%以上。”
得益于項(xiàng)目電效率連上臺(tái)階的大好勢(shì)頭，清華大學(xué)電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的壓縮空氣儲(chǔ)能也受到了越來越多的關(guān)注。
日前，啟迪清潔能源集團(tuán)正聯(lián)合同煤集團(tuán)，利用同煤集團(tuán)大同云岡礦北巷道作為儲(chǔ)氣庫(kù)，計(jì)劃在大同興建數(shù)百兆瓦級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)能工程。目前首期60兆瓦工程已經(jīng)開工。
“云岡礦周圍環(huán)山，山體穩(wěn)定，能耐高壓氣體。”盧強(qiáng)團(tuán)隊(duì)研究技術(shù)，也注意經(jīng)濟(jì)性，“廢棄的煤礦巷道本來對(duì)企業(yè)來講是‘包袱’，現(xiàn)在就會(huì)變成資源了，一舉多贏。”
最后當(dāng)記者問起中國(guó)版的壓縮空氣儲(chǔ)能優(yōu)越性時(shí)，盧強(qiáng)說該創(chuàng)新工程有六大優(yōu)點(diǎn)：第一，成為電網(wǎng)削峰填谷的主力，逐漸做到不讓高效火電機(jī)組(超臨界、超超臨界機(jī)組)“深度調(diào)峰”，以免降低其效率;第二，以1:100配置，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大幅提高風(fēng)電、光伏發(fā)電等天然綠能的利用率約20%。以2018年約332億千瓦時(shí)的棄風(fēng)、棄光電量計(jì)算，每年可減少棄電量超過60億千瓦時(shí);第三，自始至終零排放。大力發(fā)展后，我國(guó)還可在碳交易中受益;第四，長(zhǎng)壽命，全壽命周期為40—50年;第五，電、熱、冷、磁四聯(lián)供。這里的“磁”指的是調(diào)相。把這四者用好，總效益可達(dá)約90%以上;第六，在緊急情況下，可有力支撐和控制電網(wǎng)有功、無功，防止大停電事故發(fā)生。
“總之，讓我們共同努力，給中國(guó)和‘一帶一路’國(guó)家一個(gè)分散的但總能量巨大的天然綠能庫(kù)——壓縮空氣儲(chǔ)能，這是新時(shí)代能源革命的主要組成部分。”盧強(qiáng)說。
