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壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)化指日可待——訪中儲國能(北京)技術有限公司總經(jīng)理紀律

中國能源報發(fā)布時間:2023-10-16 11:30:40  作者:蘇南

  從宏觀層面來講,儲能行業(yè)普遍希望形成合理的電價機制,充分體現(xiàn)儲能的多重價值,即按儲能實現(xiàn)的多種功能給予相應的綜合收益,同時加強標準及規(guī)范制定,進一步規(guī)范壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

  近日,由中國科學院工程熱物理研究所和中儲國能(北京)技術有限公司(以下簡稱“中儲國能”)聯(lián)合研發(fā)的國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)膨脹機完成集成測試,順利下線。這標志著我國在壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)方面取得重大突破。

  未來壓縮空氣儲能行業(yè)發(fā)展前景如何?300兆瓦先進壓縮空氣儲能產(chǎn)品何時量產(chǎn)?壓縮空氣儲能發(fā)展面臨哪些挑戰(zhàn)?圍繞上述問題,《中國能源報》記者專訪了中儲國能總經(jīng)理紀律。

  原創(chuàng)技術世界領先

  中國能源報:我國壓縮空氣儲能發(fā)展情況如何?從跟跑到領跑,經(jīng)歷了哪些技術迭代?

  紀律:壓縮空氣儲能技術并非新技術,上世紀40年代就已提出。針對傳統(tǒng)壓縮空氣儲能依賴化石燃料、大型儲氣洞穴,效率較低的問題,2000年左右,全球開始開發(fā)新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)。我國壓縮空氣儲能技術發(fā)展較快,特別是在新型壓縮空氣儲能領域已居于國際領先水平。中國科學院工程熱物理研究所在國家“863”計劃、“973”計劃、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院A類先導專項等重大項目支持下,先后完成蓄熱式壓縮空氣儲能和液態(tài)空氣儲能技術研發(fā),并于2009年在國際上原創(chuàng)性提出了超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

  通過多年努力,中國科學院工程熱物理研究所完成1-300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術攻關,并先后完成國際首套1.5兆瓦、10兆瓦及100兆瓦示范項目建設,建成我國物理儲能領域首個國家級研發(fā)中心——“國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心”,并于2018年12月通過技術作價入股的方式成立中儲國能。目前,中儲國能已擁有完整的百兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)自主知識產(chǎn)權,具備百兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)、設計,核心裝備制造、工程實施,以及電站投資和運營全套能力,研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進程已處于國際引領地位。

  中國能源報:如何理解先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)的原理?

  紀律:傳統(tǒng)壓縮空氣儲能主要依賴大型儲氣洞穴,如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等,受限于地理條件。我們團隊掌握蓄熱式壓縮空氣儲能、液態(tài)空氣儲能及超臨界壓縮空氣儲能等新型壓縮空氣儲能技術路線,統(tǒng)稱為先進壓縮空氣儲能技術。所謂“先進”主要表現(xiàn)為解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)依賴大型儲氣洞穴、依賴化石燃料和系統(tǒng)效率低三大技術瓶頸。

  儲能時,電動機驅動多級壓縮機,將空氣壓縮至高壓并儲存到儲氣裝置中,完成電能到空氣壓力能的轉換,過程中各級壓縮機的壓縮熱通過換熱器回收并儲存在蓄熱介質中。釋能時,將壓縮空氣從儲氣裝置釋放,通入多級膨脹機做功,完成空氣壓力能到電能的轉換,在此過程中,已儲存壓縮熱的蓄熱介質通過各級膨脹機的級前換熱器,加熱膨脹機進口空氣。

  設計效率接近理論極限值

  中國能源報:國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)應用情況如何?

  紀律:我們團隊是從千瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)研究起步,2013年在河北廊坊建成國際首套1.5兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范系統(tǒng),2016年在貴州畢節(jié)建成國際首套10兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范系統(tǒng),2021年底在張家口建成國際首套100兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范電站,并于2022年9月并網(wǎng)發(fā)電,前期積累了豐富的技術研發(fā)及工程示范經(jīng)驗。

  2021年,我們啟動了300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術攻關。壓縮空氣儲能技術的理論極限效率在75%左右,目前300兆瓦系統(tǒng)的設計效率能達到72.1%,已接近理論極限值。

  研發(fā)300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術的同時,我們也在同步推動山東、河南、江西等多個商業(yè)示范電站的建設工作。項目進展最快的是山東肥城二期項目,正在建設300兆瓦鹽穴壓縮空氣儲能電站,初步計劃今年底完工,爭取明年上半年投產(chǎn)發(fā)電。

  中國能源報:300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研制過程中,遇到哪些困難?

  紀律:開展全球單機規(guī)模最大的300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā),尚無成功經(jīng)驗借鑒,研發(fā)的核心難點是如何提高效率、降低成本,并提高系統(tǒng)可靠性及調節(jié)性能。研發(fā)挑戰(zhàn)集中在三個方面:一是如何基于近20年研發(fā)積累,不斷優(yōu)化先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)各環(huán)節(jié),使整個儲能系統(tǒng)性能達到最優(yōu);二是如何不斷創(chuàng)新研制300兆瓦系統(tǒng)用的寬負荷多級壓縮機、高負荷多級膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等核心裝備;三是如何在變工況運行要求下,通過系統(tǒng)的優(yōu)化控制保障系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、安全運行。

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  中國能源報:300兆瓦先進壓縮空氣儲能產(chǎn)品何時能實現(xiàn)量產(chǎn)?

  紀律:我國裝備制造能力很強,具備產(chǎn)能快速復制的能力。國際首套張家口100兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目建成以后,該技術在國內(nèi)多地開展推廣應用,300兆瓦先進壓縮空氣儲能產(chǎn)品與100兆瓦類似,設備定型后即可規(guī)?;a(chǎn)。

  不過,300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術能否大規(guī)模應用,還依賴于相關的電價政策。目前,一些地方雖然出臺了省級政策,但是全國很多地方并未明確。除政策支持外,示范工程項目的建設速度及質量也很重要,因為工程技術提升、工程管理人員的培養(yǎng)有個過程,軟實力的提升和擴充,并非短期內(nèi)能實現(xiàn)。

  中國能源報:投運的壓縮空氣儲能項目盈利情況如何?

  紀律:我們已建成5個壓縮空氣儲能項目,前期主要是技術示范項目,商業(yè)運行的項目是山東肥城10兆瓦項目和張家口100兆瓦項目。

  總體來說,壓縮空氣儲能正處于產(chǎn)業(yè)化初期,是典型的投資額較大但長期收益穩(wěn)定的重資產(chǎn)項目,回收周期與火電、水電類似,大概在10年左右。但由于壓縮空氣儲能電站的建設周期較短,使用壽命卻長達30-50年,電站的長期收益還是相當不錯。特別是未來隨著國家及地方的電價政策出臺、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善、規(guī)?;a(chǎn)降低成本、效率進一步提升后,壓縮空氣儲能的電站收益及產(chǎn)業(yè)發(fā)展被業(yè)界普遍看好。

  中國能源報:壓縮空氣儲能快速發(fā)展還需要在哪幾方面發(fā)力?

  紀律:從宏觀層面來講,儲能行業(yè)普遍希望形成合理的電價機制,充分體現(xiàn)儲能的多重價值,即按儲能實現(xiàn)的多種功能給予相應的綜合收益,同時加強標準及規(guī)范制定,進一步規(guī)范壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從技術層面來說,一是可以進一步優(yōu)化、提升,包括提高系統(tǒng)單機規(guī)模,提升系統(tǒng)效率及各方面性能;二是降低成本,通過產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟、設備規(guī)模化生產(chǎn)及大規(guī)模工程應用等方法實現(xiàn)。

  文 | 中國能源報 記者 蘇南


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