鹽穴“充電寶”別有洞天

■本刊記者 余璇/ 編輯 曲藝

在地下800—1000 米的鹽穴里，蘊含著大量的鹽礦資源。地下鹽穴經(jīng)水溶采鹽后，通常會形成梨形的腔穴。如今，采挖后的廢棄鹽穴竟在儲能領(lǐng)域派上了大用場。

7 月14 日，江蘇淮安46.5 萬千瓦/260 萬千瓦時鹽穴壓縮空氣儲能項目可行性研究報告在京順利通過專家評審，該電站建成后，將成為國際上容量最大的壓縮空氣儲能電站，可實現(xiàn)年發(fā)電量8.5億千瓦時，為新型儲能發(fā)展再添新動能。

儲能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展地下鹽穴變身“充電寶”

近年來，隨著風電、光伏等清潔能源項目大規(guī)模開發(fā)，我國清潔能源裝機容量迅猛增加?！帮L電、光伏等新能源發(fā)電出力具有隨機性、波動性、間歇性和反調(diào)峰特性，為新型電力系統(tǒng)的電力電量平衡和安全穩(wěn)定運行帶來巨大挑戰(zhàn)?！蹦戏诫娋W(wǎng)能源發(fā)展研究院新能源研究所副所長楊再敏指出。

“儲能是通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲起來，在需要時再釋放的過程，可將間歇的、不穩(wěn)定的可再生能源電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電力輸出，實現(xiàn)可再生能源大規(guī)模消納。同時，儲能還可實現(xiàn)電能的跨時間、跨空間轉(zhuǎn)移，解決電力供需平衡問題?！敝袊茉囱芯繒δ軐Ｎ瘯魅?、中科院工程熱物理所研究員陳海生介紹。

在“雙碳”目標背景下，鹽穴壓縮空氣儲能作為新型儲能重要形式之一，得到越來越多的關(guān)注。

鹽穴，即鹽礦開采后留下的廢棄礦洞。廢棄的鹽穴可進行壓縮空氣、天然氣、石油和氫氣等能源存儲。鹽穴壓縮空氣儲能作為“鹽穴家族”中的一員，將鹽穴“變廢為寶”，利用鹽穴儲氣的大容量物理儲能技術(shù)，低谷電時將空氣壓縮到鹽穴中，用電高峰時再釋放壓縮空氣發(fā)電，從而實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和新能源消納能力。其具有容量大、成本低、壽命長、安全環(huán)保、占地面積小等優(yōu)勢，是一種極具發(fā)展前景的大規(guī)模清潔物理儲能技術(shù)。

“我國鹽礦資源豐富，符合使用條件的有2000多個。但與歐美等國相比，我國在鹽穴儲能利用方面的研究起步較晚，鹽穴地下儲庫的建設(shè)數(shù)量和技術(shù)水平仍有較大差距?！睏钤倜舯硎尽?/p>

記者了解到，對于鹽穴壓縮空氣儲能電站的研究，全球已有40 多年歷史。據(jù)不完全統(tǒng)計，在國際方面，目前，全球已有2 座大規(guī)模鹽穴壓縮空氣儲能電站投入商業(yè)運行，分別是德國的亨托夫（Huntorf）電站和美國的麥金托什（McIntosh）電站。在國內(nèi)方面，我國鹽穴資源豐富，主要分布于山東、河南、河北、江蘇、廣東、四川等地，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國有上億立方米的鹽穴空間，且絕大多數(shù)處于閑置狀態(tài)，這些鹽穴承壓能力好，密封性能優(yōu)越，是可作為高壓氣體儲存的極好空間場所。2021 年9 月，山東肥城鹽穴先進壓縮空氣儲能電站正式并網(wǎng)發(fā)電，進入商業(yè)運行狀態(tài)。2022 年5月，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目也正式投入商業(yè)運營。

值得關(guān)注的是，在經(jīng)濟性方面，鹽穴壓縮空氣儲能項目建造成本有著較強優(yōu)勢。

“隨著國家支持政策的支撐及相關(guān)產(chǎn)業(yè)研究應(yīng)用的持續(xù)推進，鹽穴壓縮空氣儲能有望迎來加速發(fā)展。與新建鋼罐等壓力容器儲存的方式相比，利用鹽穴可顯著降低原材料、用地等方面的成本?！蹦戏诫娋W(wǎng)能源發(fā)展研究院新能源研究所研究員孫思揚表示，“我國最近投產(chǎn)的金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站的電能轉(zhuǎn)換效率已提升至60%以上?！?/p>

專家分析，目前壓縮空氣儲能每千瓦的造價為5000—6000 元，與抽水蓄能建造成本基本持平。未來隨著規(guī)模效應(yīng)的不斷體現(xiàn)，規(guī)模越大、效率越高、單位成本越低。

安全穩(wěn)定優(yōu)勢明顯技術(shù)、機制層面仍有提升空間

鹽穴壓縮空氣儲能具有顯著降低系統(tǒng)建造成本、大幅減少系統(tǒng)占地面積、可提高系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性等多方面優(yōu)勢。

“首先，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲能介質(zhì)為空氣等，具有無毒無害、不易燃易爆、無污染物排放、安全環(huán)保等優(yōu)點；其次，鹽穴多分布在地下500—1500 米，承壓壓力達20 兆帕以上，具有良好的承壓特性，而且鹽穴自愈性和蠕變性良好，高壓空氣不會出現(xiàn)泄漏，具有良好的密閉特性，能夠滿足壓縮空氣儲能電站的儲氣要求；最后，壓縮空氣儲能系統(tǒng)設(shè)備屬于傳統(tǒng)葉輪機械和換熱設(shè)備，有可供參考的設(shè)計標準和規(guī)范，而且國際上傳統(tǒng)壓縮空氣儲能設(shè)備已經(jīng)運行40多年。”陳海生表示。

“鹽巖的力學性能穩(wěn)定，具有損傷自我恢復功能，能夠適應(yīng)儲存壓力交替變化?！睂O思揚介紹，以德國亨托夫電站的鹽穴儲氣庫為例，該電站1978年投入運行，在成功運行超過20 年后，2001 年檢測了2 個儲氣鹽穴的形狀，發(fā)現(xiàn)其與1984 年形狀并沒有太大差別。其鹽穴體積收縮率為每年0.15%，平均沉降速率為每年3.24 毫米，未發(fā)現(xiàn)氣體泄漏，這一事實充分表明鹽穴儲氣技術(shù)應(yīng)用于壓縮空氣儲能的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。

不過，在技術(shù)發(fā)展方面，多位專家表示仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

“鹽穴壓縮空氣儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括寬負荷壓縮機、高負荷透平膨脹機、高效蓄熱換熱器、鹽穴高壓儲氣、儲能與電力系統(tǒng)耦合控制等關(guān)鍵技術(shù)?！标惡Ｉㄗh應(yīng)重點開展兩方面研究：一是開展廣泛示范，形成適合壓縮空氣儲能的鹽穴高壓儲氣庫的成套技術(shù)及其標準體系；二是開展更大規(guī)模等級壓縮空氣儲能系統(tǒng)裝備研發(fā)與示范，滿足電網(wǎng)削峰填谷等方面需求。

“非補燃應(yīng)用壓縮空氣蓄能（CAES）系統(tǒng)是壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外均有一定的技術(shù)積累，但仍存在兩個問題：其一，高性能離心壓縮機、透平膨脹機等關(guān)鍵設(shè)備的研制均處于起步階段，技術(shù)難度大；其二，集成與控制尚未涉及各組件協(xié)同自律特性及機網(wǎng)協(xié)調(diào)性，嚴重制約了‘儲網(wǎng)一體化’系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行?！睂O思揚表示。

他認為，為加快我國大規(guī)模物理儲能技術(shù)發(fā)展，推動智能電網(wǎng)建設(shè)，亟須在大規(guī)模CAES 電站設(shè)計、集成及并網(wǎng)運行方面開展基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究以及核心設(shè)備的研制工作。

目前，我國鹽穴壓縮空氣儲能還處于商業(yè)化發(fā)展初期，規(guī)?；茝V仍有一定難度，主要制約因素包括儲氣庫適宜選址受限、人工儲氣庫成本較高、電價政策尚不明朗等。

“天然鹽穴儲氣庫由于具有密封性和經(jīng)濟性好等顯著優(yōu)點，在國內(nèi)外被作為地下高壓儲氣庫的首選，然而我國適合建設(shè)地下儲氣庫的巖鹽礦藏主要分布在長江中下游、山東和廣東局部地區(qū)，而光伏和風電裝機規(guī)模巨大、對于大規(guī)模儲能需求迫切的‘三北’地區(qū)，則缺少適宜于建設(shè)鹽穴地下儲氣庫的巖鹽地層?！睂O思揚表示，除了鹽穴等天然地下空間外，人工開挖硬巖洞穴儲氣庫是較為理想的替代儲氣庫方案，其優(yōu)點在于適合建庫的硬巖巖石類型多、分布廣，選址相對容易，然而其綜合建設(shè)成本相對較高。除此之外，目前我國暫未出臺針對壓縮空氣儲能電站上網(wǎng)電價的支持性政策文件，壓縮空氣儲能電站的定價機制還在探索階段，這也在一定程度上影響了投資意愿。

對未來鹽穴壓縮空氣儲能發(fā)展，陳海生建議，一是鼓勵開展示范項目建設(shè)，給予相關(guān)的政策支持，建立示范應(yīng)用基地等，通過示范帶動推廣應(yīng)用進程。二是綜合考慮調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相等功能，形成合理的儲能價格機制。建立合理的成本分攤和收益機制，為鹽穴儲能發(fā)展創(chuàng)造有利條件。三是在地下空間二次開發(fā)利用方面，出臺相應(yīng)的規(guī)范、標準和政策引導支持?！?/p>