非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站啟動啦

程醉

2021年9月30日，我國自主研發(fā)的首個非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能發(fā)電機(jī)組，在江蘇常州市金壇區(qū)鹽穴壓縮空氣國家試驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)場順利實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，向國家電網(wǎng)發(fā)出我國首個大型壓縮空氣儲能電站的第一度電。

你們是不是看得云里霧里？現(xiàn)在，我向大家介紹“儲能電站”“壓縮空氣儲能”“非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站”“空氣透平發(fā)電系統(tǒng)”這4個相關(guān)概念，幫助大家理解。

在談儲能電站之前，我們先搞清楚為什么要儲能。簡而言之，儲能就是把能量儲存起來，儲能電站主要解決高峰時段用電問題。

過去，人們常用抽水蓄能電站儲能，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期利用電能將水抽到上水庫里儲存起來，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期放水至下水庫發(fā)電。這個方法有效，但有明顯的缺點(diǎn)——抽水蓄能電站建設(shè)周期長，并且對環(huán)境有很高的要求。近幾年，太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電所占比例不斷上升。但它們存在不穩(wěn)定的缺陷，太陽能發(fā)電系統(tǒng)一到晚上就“罷工”，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在沒風(fēng)或風(fēng)小的時候會歇菜，人們用這兩種系統(tǒng)發(fā)電要“看天吃飯”。

因此，我們得用好辦法把多余的能量儲存起來，盡快建成技術(shù)成熟的、對環(huán)境友好的、性價比更高的儲能電站。

壓縮空氣儲能并非新技術(shù)，德國早在1978年便建成世界上第一座示范性壓縮空氣儲能電站。它的工作原理和抽水蓄能電站工作原理大致相同，利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷期的電能帶動空氣壓縮機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮并儲存，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣發(fā)電。

壓縮空氣儲存在什么地方很有講究。人們一般會把它密封在報廢的礦井、山洞、巖穴中，有時也會將它儲存在儲氣罐或儲氣井中。我國常州市的非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站，是將壓縮空氣儲存在地下鹽穴中。

鹽穴指鹽礦被開采后留下的礦洞。人們采用水溶方式在地下鹽層或鹽丘中采鹽之后，在高溫高壓的環(huán)境中，鹽穴里剩余的鹽會將裂縫補(bǔ)上。過一段時間，鹽穴便成為比較好的密封庫房。利用鹽穴儲存石油、天然氣等物資費(fèi)用較少，還非常安全。常州市金壇區(qū)的鹽穴大約在地下1000米深的地方，周圍地況穩(wěn)定，不會發(fā)生泄漏，并且空間很大，能儲存1000萬立方米壓縮空氣。

目前，壓縮空氣儲能系統(tǒng)大致可以分為以燃料為熱源的、自帶儲熱的、無熱源的這三類。

國外已經(jīng)投產(chǎn)的壓縮空氣儲能電站幾乎都采用以燃料為熱源的系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)最成熟。但它對化石燃料的依賴程度很高，碳排放量很大，對環(huán)境并不友好。

我國常州的非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站采用的是自帶儲熱系統(tǒng)：壓縮機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮，回收并儲存壓縮過程中產(chǎn)生的熱量。在需要發(fā)電時，電站利用儲存的熱量對壓縮空氣進(jìn)行補(bǔ)熱，從而摒棄燃燒化石燃料補(bǔ)熱的環(huán)節(jié)。

科學(xué)家研究后發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能電站的電能轉(zhuǎn)換效率比較低，而常州的非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站可以將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上。

無熱源壓縮空氣儲能，也被稱為等溫壓縮空氣儲能，特點(diǎn)是空氣在被壓縮和膨脹過程中無限接近等溫。目前，相關(guān)技術(shù)還有待優(yōu)化。

透平，是外文turbine的譯音，指將流體介質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器。根據(jù)對應(yīng)的流體介質(zhì)，它們一般分為水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)馔钙胶涂諝馔钙降取?/p>

傳統(tǒng)的空氣透平發(fā)電系統(tǒng)由點(diǎn)火系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃燒室等部分組成。它工作時，外力讓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值后，壓縮空氣進(jìn)入燃燒室，和燃料一起燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓、高速的燃?xì)饬饕园l(fā)電。

我國常州市的非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站用的是新型空氣透平發(fā)電系統(tǒng)，沒有燃料燃燒環(huán)節(jié)，使用對空氣進(jìn)行壓縮時儲存的熱量加熱輸出后膨脹的壓縮空氣，再用其后形成的氣流發(fā)電。