“能儲一號”山東泰安項目現(xiàn)場。

路玉鑫攝

作業(yè)人員正在進行高中壓缸就位前的檢查工作。

常文浩攝

風光無限好，隨著中國新能源發(fā)電“蒸蒸日上”，新型儲能正迅猛發(fā)展。在部分地區(qū)，一座座大型“空氣充電寶”相繼并網(wǎng)發(fā)電，大大增強電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。

空氣如何儲能？怎么發(fā)電？近日，記者跟隨國務院國資委新聞中心“走進新國企”采訪活動走進中國能源建設集團有限公司，探訪全球在建的最大單機功率壓縮空氣儲能項目——“能儲一號”山東泰安350兆瓦壓縮空氣儲能創(chuàng)新示范電站，感受數(shù)智科技的硬核實力。

“削峰填谷”，無污染、能量大

巨型球罐、密密匝匝的管道、輸電鐵塔……步入山東泰安項目現(xiàn)場，一座規(guī)模宏大的能源地標正拔地而起。這是全球在建的最大單機功率壓縮空氣儲能項目，也是中國能建首個商業(yè)化壓氣儲能項目。

空氣看不見摸不著，如何儲存能量？

其實，基本原理很簡單：能量守恒。把電能轉換成空氣壓力能和一部分熱能進行存儲，在需要發(fā)電時把高壓空氣釋放，轉化為機械能，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。

山東泰安項目經(jīng)理劉少勇給記者打了一個比方：“用電低谷時，富余的電能驅(qū)動‘打氣筒’，將空氣壓縮至‘氣球’里形成高壓狀態(tài)，電能就得以儲存。”

這里的“氣球”，就是鹽穴、人工硐室等密封儲氣庫。山東泰安項目核心技術在于巧妙利用地下廢棄鹽穴作為儲氣庫，空氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱量則以熱水、熔鹽等形態(tài)儲存在地面的儲熱罐中。

“用電高峰時，儲氣庫會釋放所儲存的高壓空氣、儲熱罐釋放所儲存的熱量。”劉少勇說，這時，高壓空氣被加熱，以極大膨脹力來驅(qū)動空氣透平發(fā)電機組，就像吹動風電機組的“大風車”一樣，從而產(chǎn)生電能向電網(wǎng)供電。這一過程有效實現(xiàn)了電網(wǎng)的“削峰填谷”，顯著提升了電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和對風電、光伏等波動性新能源的消納能力。

值得一提的是，目前世界上大部分已投運的鹽穴型壓氣儲能電站，在發(fā)電環(huán)節(jié)都需要額外的化石能源來加熱空氣，這個過程叫“補燃”，污染以及熱量損失不可避免。而山東泰安項目在熱量收集利用環(huán)節(jié)集中攻關，通過內(nèi)循環(huán)實現(xiàn)了“非補燃”，不需要任何化石燃料，因此不產(chǎn)生任何污染。“不僅無污染，大自然空氣進入我們電站系統(tǒng)，經(jīng)過溫度壓力的變化，甚至還能得到過濾，去掉一些粉塵雜質(zhì)，相當于一個‘大型空氣凈化器’。”劉少勇說。

據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹，項目自去年5月正式開工以來，已完成建筑工程、設備安裝、鉆井施工等重要節(jié)點工作，目前正進行設備調(diào)試工作，預計年底前可實現(xiàn)首次并網(wǎng)暨全容量發(fā)電目標。

該項目由中國能建數(shù)科集團主體投資建設，一期1臺350兆瓦鹽穴型非補燃式壓縮空氣儲能電站，設計儲能充電8小時，釋能發(fā)電4小時，年發(fā)電量高達4.6億度，相當于20多萬戶家庭一年的生活用電。

充電一次，可給中小型城市持續(xù)供電5小時

單機功率350兆瓦，這讓山東泰安項目成為“世界之最”。

單機功率350兆瓦是什么概念？“我們把泰安項目當成一個巨大的充電寶，可以給一整個中小型城市持續(xù)供電5小時。”數(shù)科集團副總工程師、項目公司董事長陶剛解釋。

據(jù)介紹，在此之前，壓氣儲能項目的建設規(guī)模徘徊在幾十兆瓦區(qū)間，已投入商運的非補燃式壓縮空氣儲能電站最高是60兆瓦。今年1月，中國能建投資建設的世界首座300兆瓦壓縮空氣儲能示范工程——“能儲一號”湖北應城項目全容量并網(wǎng)發(fā)電，創(chuàng)下單機功率、儲能規(guī)模和轉換效率三個世界紀錄。而泰安在建的350兆瓦項目，標志著中國能建在壓縮空氣儲能領域再攀新高峰。

為什么要建設如此大功率、大容量的壓氣儲能項目？陶剛告訴記者：想要調(diào)節(jié)整個區(qū)域電網(wǎng)的電力波動，需要儲能達到一定規(guī)模。且350兆瓦級可有效降低工程造價、提升轉換效率、帶動傳統(tǒng)裝備制造轉型升級，特別是便于電網(wǎng)靈活調(diào)配。

作為長時大容量儲能方式，壓氣儲能還有著突出優(yōu)勢。例如，與抽水蓄能電站6—8年的建設周期相比，壓氣儲能項目建設僅需1.5—2年，選址也更靈活。種種優(yōu)點，讓在中國僅有十多年開發(fā)史的壓氣儲能發(fā)展迅速，堪稱后起之秀。

新型儲能迅猛發(fā)展背后，是我國新能源發(fā)電裝機規(guī)模的持續(xù)快速增長。

今年一季度，我國風電光伏發(fā)電合計新增裝機7433萬千瓦，累計裝機達到14.82億千瓦，其中風電5.36億千瓦、光伏發(fā)電9.46億千瓦，合計首次超過火電裝機。但與此同時，新能源發(fā)電的間歇性、波動性對電網(wǎng)安全影響越來越大。

“過去，我國個別地區(qū)出現(xiàn)限電情況，一定程度上反映出風光等新能源未充分發(fā)揮出在電力系統(tǒng)中的作用。”陶剛說，作為一種重要的電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)資源，儲能可以很好地解決新能源發(fā)電與用電端時間不匹配的問題，從而減少“棄風棄光”，提升新能源發(fā)電的利用率。比如，中午前后光伏發(fā)電非常富余，但無法消納，就可以通過儲能先存下來，在用電高峰期再釋放出來，從而增強電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。

“讓壓氣儲能成為中國綠色能源的一張名片”

作為多領域攻關成果的聚合，山東泰安項目的一個關鍵，就是深藏地下的鹽穴。

山東省巖鹽礦在開采礦山主要集中分布于大汶口盆地內(nèi)，盆地巖鹽礦床總面積45平方公里，埋深800米—1500米之間，探明儲量75億噸。過去為保持地質(zhì)穩(wěn)定，需要注水實現(xiàn)壓力平衡。“現(xiàn)在，我們將鹽礦開采留下的廢棄空腔開發(fā)成儲氣庫，既降低了安全風險與維護成本，也是將傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)‘再激活’。”數(shù)科集團深地技術公司副總經(jīng)理李景翠說。

但難點也在這里。泰安的鹽穴如同復雜扭曲的“地下迷宮”。面對鹽穴“腔體九曲回腸、沉渣堆積如山、極窄礦柱遮擋”的復雜構造，泰安項目首創(chuàng)“刮渣+破巖+聲吶測腔”三步走工藝，看清了隱藏腔群的真實形狀和位置，為注采井的精確定位奠定基礎。

項目首次突破千米深層超大尺寸鉆完井技術，在相當于300層樓深的地下，以“手術刀級”精度控制井眼軌跡，用“穿針引線”的功夫鉆成巨型能源通道——這條打破常規(guī)尺度的“深地大動脈”，為項目建設提供關鍵支撐。同時，項目巧用“高位注氣、低位排鹵”妙招，成功解決復雜地形帶來的排鹵難題。

據(jù)了解，天然鹽穴在山東、湖北、江蘇、江西、云南等省份都有廣泛分布。“能儲一號”的成功可有效推動我國90%以上的鹽穴資源再利用。而在天然鹽穴較少的地區(qū)，專家們探索出建造地下人工硐室儲氣、熔鹽參與儲熱的解決方案。在甘肅酒泉，另一個世界首創(chuàng)——世界首個地下人工硐室型300兆瓦級壓縮空氣儲能項目正在施工。

如今，壓氣儲能技術路線逐漸打通，在能源清潔化、低碳化的全球浪潮下，壓氣儲能的市場前景寬廣。中國能建有關負責人向記者透露：“能儲一號”項目興建期間，已經(jīng)有美國、荷蘭、南非等國投資方或能源主管部門對“能儲一號”表達了興趣；雖然多國有過相關研究與實踐，但真正讓“非補燃”的先進技術路線工程化落地，中國還是頭一個。

“未來，我們希望以技術為核心，向世界輸出包含上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整體方案，讓壓氣儲能成為中國綠色能源的一張名片。”陶剛說。