作為推動能源生產(chǎn)和利用方式變革的重要技術(shù)之一，儲能，無疑將為能源轉(zhuǎn)型帶來機遇，而壓縮空氣儲能更是儲能技術(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”)設計的鹽穴壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)國家示范項目(以下簡稱“金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目”)開工，閑置的鹽穴將被逐漸“盤活”。

鹽穴非補燃，壓縮空氣儲能探新路

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，適于儲存石油、天然氣等重要戰(zhàn)略物資，也是儲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，是建造鹽穴儲氣庫的絕佳位置。鹽穴壓縮空氣儲能項目落址于此，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能項目是目前空氣儲能領(lǐng)域唯一國家示范項目、國內(nèi)首個鹽穴儲能發(fā)電項目和世界首座非補燃式壓縮空氣儲能商業(yè)電站，本期建設1套6萬千瓦×5小時的鹽穴非補燃式壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電年利用小時數(shù)約為1660小時，電換電效率為60%以上，使用壽命超過30年，二期規(guī)劃建設規(guī)模為35萬千瓦，終期規(guī)模將達100萬千瓦。

同時，項目將結(jié)合所在區(qū)域負荷發(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)壓縮空氣儲能項目樹立典范，并為我國建立壓縮空氣儲能領(lǐng)域標準體系、打造華東地區(qū)大型空氣儲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)。

鹽穴壓縮空氣儲能項目容量大、壽命長、費用低、響應快、運行活、效率高、污染少、占地小，可實現(xiàn)電力供應的“削峰填谷”、“調(diào)頻穩(wěn)壓”。鹽穴壓縮空氣儲能技術(shù)借助鹽穴對空氣進行壓縮，實現(xiàn)能量的存儲轉(zhuǎn)化。儲能時，多級壓縮機將空氣壓縮至高壓狀態(tài)，儲存至地下鹽穴，完成電能到空氣壓力勢能的轉(zhuǎn)換;釋能時，壓縮空氣從地下鹽穴釋放，驅(qū)動透平膨脹機發(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，這得益于清華大學研發(fā)的非補燃壓縮空氣儲能發(fā)電技術(shù)。從介入項目開始，江蘇院發(fā)電工程公司項目經(jīng)理李季所在的設計團隊便與這項新技術(shù)打起了交道。

根據(jù)運行原理不同，壓縮空氣儲能系統(tǒng)可分為補燃式和非補燃式兩類。補燃式系統(tǒng)運行依賴于大量化石燃料的燃燒補熱，不僅能耗大、污染重，而且因壓縮熱被棄用，循環(huán)效率較低。非補燃式系統(tǒng)則采用了熱壓分儲方式和回熱技術(shù)，能將壓縮熱存儲在蓄熱罐中，使整個系統(tǒng)絕熱，既能提高循環(huán)效率，又能實現(xiàn)儲能過程的無燃燒、無排放。

“項目除供電外，還能利用壓縮熱和透平的低溫排氣實現(xiàn)供熱、供冷，能量綜合效率可以達到85%。隨著技術(shù)研發(fā)的推進，未來的儲能效率有望突破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燃技術(shù)的壓縮空氣儲能電站，金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目是“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能電站完全不同的技術(shù)路徑，沒有設計規(guī)范標準可依據(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，“當務之急就是對新理念、新工藝、新設備的調(diào)研、學習和消化。

根據(jù)項目的系統(tǒng)功能分區(qū)，設計團隊聯(lián)同業(yè)主和清華大學開展了深入的調(diào)研工作。針對發(fā)電系統(tǒng)的核心設備壓縮機和空氣透平機，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)尚未有成熟的機型，需通過研發(fā)生產(chǎn)，確定結(jié)構(gòu)型式和主機參數(shù);針對儲氣系統(tǒng)，遠赴德國調(diào)研了世界首座補燃式壓縮空氣儲能電站和國內(nèi)油氣單位在金壇的鹽穴儲氣庫，了解鹽穴儲氣的密閉性和穩(wěn)定性;針對儲熱系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)，調(diào)研了德令哈光熱電站，學習了儲熱系統(tǒng)的設計選型，以確定導熱油介質(zhì)和換熱器結(jié)構(gòu)型式。

將原理圖轉(zhuǎn)化為工程應用，每一步都凝結(jié)著設計團隊的縝密思考和辛勤付出。依據(jù)清華大學提供的非補燃壓縮空氣儲能發(fā)電技術(shù)方案，他們開展了工藝流程方案設計，進行了設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)、儲熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)等4個環(huán)節(jié)的不同功能進行了分區(qū)布置，并對系統(tǒng)流程設計不斷優(yōu)化，確保系統(tǒng)合理、分區(qū)明確、流程順暢。

在標準執(zhí)行方面，設計團隊也遭遇了“攔路虎”。由于金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目對于測算連接壓縮機管口的允許推力和力矩須嚴格執(zhí)行美國石油學會制定的標準，而高容量、高參數(shù)、高轉(zhuǎn)速的壓縮機管徑大、管壁厚，對其應力計算的難度非常大。他們經(jīng)過多次調(diào)整布置方案，反復驗證數(shù)據(jù)結(jié)果，才最終滿足了要求。

“項目的建設，將有利于我國創(chuàng)建具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的壓縮空氣儲能技術(shù)體系，推動儲能產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新水平提升，促進大規(guī)模物理儲能技術(shù)及設備的研發(fā)。同時，這也是江蘇院承接的首個大規(guī)模物理儲能項目，具有里程碑意義。”宋坤林表示，依托金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目，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)專家頭腦風暴，朝著引領(lǐng)未來智慧能源系統(tǒng)高端設計技術(shù)邁步，為促進我國能源結(jié)構(gòu)的清潔化轉(zhuǎn)型和引領(lǐng)智能電網(wǎng)向低碳、綠色方向建設與發(fā)展貢獻力量。