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壓縮氣體儲能技術(shù),會成為解決新能源不穩(wěn)定的關(guān)鍵嗎?

來源:全球起重機(jī)械網(wǎng)??人氣:4356
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     2030年非化石動力消費(fèi)比重25%,2060年該比重要過80%......這兩天,國務(wù)院連續(xù)發(fā)布“雙碳”戰(zhàn)略重磅文件,將非化石動力再度拉上了輿論熱點(diǎn)。

    但眾所周知,非化石動力中裝機(jī)添加最快的風(fēng)電和光伏波動很大,需求調(diào)配儲能?,F(xiàn)有的儲能方法里,最安穩(wěn)牢靠的抽水蓄能在選址上存在先天束縛;電化學(xué)儲能開展迅猛但在安全、壽數(shù)等方面還有待加強(qiáng)。要想樹立堅(jiān)實(shí)牢靠的新式電力體系,還需求更多新式儲能技能的加入。

    這當(dāng)中,緊縮氣體儲能憑借其壽數(shù)長、本錢低、安全環(huán)保的特性,被認(rèn)為是繼抽水儲能之后第二大合適GW(吉瓦)級大規(guī)劃電力儲能的技能。

    緊縮氣體儲能捷報頻傳

    緊縮氣體儲能是運(yùn)用用電低谷將氣體緊縮到鹽穴或壓力容器中,比及用電高峰時再釋放出來發(fā)電,然后提升電網(wǎng)調(diào)理能力和新動力消納能力的技能。

    它包含緊縮空氣儲能、緊縮二氧化碳儲能和其他緊縮氣體儲能。緊縮空氣儲能又分為非補(bǔ)燃緊縮空氣儲能(常溫高壓空氣存于鹽穴、壓力容器等)、補(bǔ)燃式緊縮空氣儲能(結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)用)、液化緊縮空氣儲能等。

    據(jù)《科技日報》10月1日報導(dǎo),位于江蘇金壇的鹽穴緊縮空氣儲能國家試驗(yàn)演示項(xiàng)目在前一天并網(wǎng)試驗(yàn)成功,向國家電網(wǎng)發(fā)出我國首個大型緊縮空氣儲能電站榜首度電。這是我國緊縮空氣儲能范疇唯一國家演示項(xiàng)目,仍是全球首個非補(bǔ)燃緊縮空氣儲能電站,其發(fā)電裝機(jī)達(dá)60MW(兆瓦),儲能容量300MW/h(兆瓦時),遠(yuǎn)期建造規(guī)劃1000兆瓦。根據(jù)本地的地質(zhì)條件,理論上最大能夠建造超越4000兆瓦的緊縮空氣儲能電站。

    金壇項(xiàng)目現(xiàn)場圖圖片來歷:科技日報

    金壇項(xiàng)目現(xiàn)場圖圖片來歷:科技日報

    另據(jù)《中國日報》10月22日報導(dǎo),近來位于貴州畢節(jié)的先進(jìn)緊縮空氣儲能體系正式并網(wǎng)發(fā)電,這是目前國際上容量最大、功用最全、測量規(guī)劃最寬的先進(jìn)緊縮空氣儲能集成驗(yàn)證與演示渠道,最大儲能容量40MWh,最大發(fā)電功率10MW。同金壇項(xiàng)目比較,這套體系不只不焚燒化石燃料,并且還不依靠儲氣窟窿,即不受地理?xiàng)l件和燃料束縛,是緊縮空氣儲能技能的主要開展方向。

    該體系由中國科學(xué)院工程熱物理研究所研制,已于2016年末完成演示運(yùn)轉(zhuǎn),累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時刻超越4000小時??赏瓿呻娏w系調(diào)峰、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用、應(yīng)急響應(yīng)、黑發(fā)動等功用。

    畢節(jié)項(xiàng)目現(xiàn)場圖視頻截圖

    畢節(jié)項(xiàng)目現(xiàn)場圖視頻截圖

    在緊縮氣體儲能的另一個分支——新式二氧化碳儲能方面,我國也開端布局。據(jù)中國新聞網(wǎng)10月22日報導(dǎo),國內(nèi)首個“新式二氧化碳儲能驗(yàn)證項(xiàng)目”正式開工,該項(xiàng)目位于四川德陽,是運(yùn)用剩余電力將常溫、常壓的二氧化碳?xì)怏w緊縮為液體,并將緊縮過程中產(chǎn)生的熱能貯存起來;在用電高峰期,運(yùn)用存儲的熱能加熱液態(tài)二氧化碳至氣態(tài)。

    同一般的緊縮空氣儲能比較,二氧化碳儲能在工質(zhì)存儲方面有明顯優(yōu)勢,二氧化碳常溫即可液化,能夠便利完成液態(tài)存儲,不受地域條件束縛,存儲本錢低。該體系同樣無需運(yùn)用化石燃料,不產(chǎn)生固體廢棄物,零碳排放,是一種綠色儲能體系。

    目前該項(xiàng)目關(guān)鍵核心設(shè)備方面已完成方案規(guī)劃,已進(jìn)入施工規(guī)劃,立刻進(jìn)行出產(chǎn)制作,將于2022年6月建成。德陽項(xiàng)目的新式二氧化碳儲能技能目前在全球都處于搶先位置。主要使用于電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)和用電量較大的企業(yè)。該儲能體系壽數(shù)長達(dá)30年以上,在全生命周期內(nèi),循環(huán)功率不衰減。

    德陽項(xiàng)目效果圖圖片來歷:東方汽輪機(jī)

    德陽項(xiàng)目效果圖圖片來歷:東方汽輪機(jī)

    安全、長命、不挑地

    緊縮氣體儲能比較其他新式儲能有何優(yōu)勢?在本錢和功率方面開展到了什么水平?有沒有技能或資料上卡脖子的危險?觀察者網(wǎng)采訪了金壇和德陽項(xiàng)目的核心部件——透平機(jī)的制作商,東方電氣(18.750,0.76,4.22%)集團(tuán)旗下的東方汽輪機(jī)公司。

    據(jù)東汽方面介紹,緊縮氣體儲能首先非常安全。以德陽的液化二氧化碳儲能項(xiàng)目為例,因?yàn)槎趸家夯芎唵危虼速A存它只需幾兆帕的壓力,不用憂慮高壓儲氣帶來的危險,一起二氧化碳無毒、不易燃易爆,自身的安全性就很好。

    存儲壓力較高的緊縮空氣儲能需求用十幾兆帕的容器,盡管如此,因?yàn)橘A存介質(zhì)是空氣,所以同樣不存在爆炸的危險。中科院工程熱物理研究所工程師郭文賓曾向媒體表明,十幾兆帕歸于中等壓力規(guī)劃,它的危險是可控的。

    畢節(jié)項(xiàng)目所用的集氣管道視頻截圖

    畢節(jié)項(xiàng)目所用的集氣管道視頻截圖

    其次,除金壇的鹽穴緊縮空氣儲能有天然的選址要求,需依靠地質(zhì)條件外,畢節(jié)的先進(jìn)緊縮空氣儲能和德陽的氣液兩態(tài)二氧化碳儲能都沒有選址上的顧忌,只需求有滿足貯存高壓氣體或液體的容器就夠了。據(jù)東汽介紹,當(dāng)時單位占地面積最小的氣液兩態(tài)二氧化碳儲能同鋰電池儲能所需的占地面積基本適當(dāng),未來還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

    別的,緊縮氣體儲能體系所需求的全部都是常規(guī)資料,儲能要用的空氣更是隨處可見,二氧化碳也是工業(yè)范疇常用工質(zhì),自身易于獲取。不像電化學(xué)儲能會用到鋰、鈷這樣的稀有金屬,或是氫燃料電池要運(yùn)用鉑這種貴金屬。

    并且,現(xiàn)階段無論是緊縮空氣儲能仍是氣液兩態(tài)二氧化碳儲能我國均完成了核心設(shè)備的徹底國產(chǎn)。據(jù)東汽介紹,緊縮氣體儲能體系最重要的部件便是儲氣容器、緊縮機(jī)和發(fā)電透平等,以發(fā)電透平為例,以東方汽輪機(jī)為代表的中國透平機(jī)械研制廠商,其技能水平處于全球先進(jìn)位置,核心技能均把握在自己手中。二氧化碳儲氣方面,德陽項(xiàng)目這次的合作伙伴——百穰新動力有限公司也取得了巨大打破,借助一種柔性倉儲容器解決了密封性、牢靠性的問題。

    金壇項(xiàng)目現(xiàn)場圖片來歷:科技日報

    金壇項(xiàng)目現(xiàn)場圖片來歷:科技日報

    不只如此,緊縮氣體儲能體系壽數(shù)極長。德陽氣液兩態(tài)二氧化碳儲能項(xiàng)目的估計(jì)壽數(shù)為30年以上,另據(jù)《中國動力報》報導(dǎo),其他緊縮空氣儲能項(xiàng)目的壽數(shù)則能夠達(dá)40-50年。并且同會出現(xiàn)衰減的電化學(xué)儲能不同,緊縮空氣儲能的周期不受束縛。

    本錢方面,德陽氣液兩態(tài)二氧化碳儲能因?yàn)楦邏捍鎯x用液態(tài)存儲,與選用鹽穴、壓力容器存儲高壓氣體的緊縮空氣儲能比較,本錢可下降很多。想進(jìn)一步下降本錢那仍是要從儲氣本錢、體系功率等級這兩方面入手,包含儲氣資料的打破,緊縮機(jī)和透平機(jī)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化規(guī)劃等,像這次德陽項(xiàng)目便是透平排氣的低壓儲氣技能取得了打破,使儲氣本錢大幅下降,讓項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上有了可行性。

    最終在轉(zhuǎn)化功率方面,金壇的演示項(xiàng)目規(guī)劃功率是60%左右,德陽項(xiàng)目是國內(nèi)首個新式二氧化碳儲能試驗(yàn)項(xiàng)目,與同功率等級的緊縮空氣儲能功率基本適當(dāng)。從理論上看,緊縮氣體儲能最高功率能夠到達(dá)80%以上,但因?yàn)椴豢杀苊獾膿p耗,估計(jì)最終能夠到達(dá)70%的水平。

    中國科學(xué)院官方訂閱號“中科院之聲”的消息顯示,目前正在河北張家口建造的100MW先進(jìn)緊縮空氣儲能體系,其體系方針功率將到達(dá)70%,單位裝機(jī)本錢下降至450-750美元/kW,已挨近抽水蓄能電站的功率及單位裝機(jī)本錢,項(xiàng)目估計(jì)2021年末建成,有望在未來得到廣泛使用。

    本年9月,張家口項(xiàng)目的定子吊裝成功

    本年9月,張家口項(xiàng)目的定子吊裝成功

    電化學(xué)儲能后的又一個新星?

    具有規(guī)劃大、適用性強(qiáng)、功率高、本錢低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的緊縮氣體儲能體系,被認(rèn)為是最具開展?jié)摿Φ拇笠?guī)劃儲能技能之一。

    觀察者網(wǎng)注意到,緊縮空氣儲能現(xiàn)已被寫入國家“十四五”規(guī)劃中。除此之外,在近期發(fā)布的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整精確全面遵循新開展理念做好碳達(dá)峰碳中和作業(yè)的定見》當(dāng)中,緊縮空氣儲能同電化學(xué)儲能一道,被列入加強(qiáng)技能攻關(guān)、演示和產(chǎn)業(yè)化使用的新式儲能技能。

    學(xué)術(shù)界則更早認(rèn)識到了緊縮氣體儲能技能的重要性。在《中國動力報》2019年的報導(dǎo)中,中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授盧強(qiáng)稱,緊縮空氣儲能是減少棄電、進(jìn)步可再生動力運(yùn)用功率的最佳方法。它能夠成為電網(wǎng)削峰填谷的主力,逐漸做到不讓高效火電機(jī)組“深度調(diào)峰”;并且,只需以1:10的份額配置就可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大幅進(jìn)步風(fēng)電、光伏發(fā)電等天然綠能的運(yùn)用率約20%。

    中科院工程熱物理研究所研究員、副所長陳海生則更是將緊縮空氣儲能列為唯一可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)劃儲能技能。在《中國動力報》的報導(dǎo)中,他表明緊縮空氣儲能的規(guī)劃至少要100MW,到達(dá)抽水蓄能的規(guī)范,才能發(fā)揮更大的作用。別的,功率要從現(xiàn)在的50%—60%提升到挨近70%,這樣比較抽水蓄能和化學(xué)電池,就具有了滿足強(qiáng)的競爭力。

    不過,同比肩抽水蓄能這樣的遠(yuǎn)大方針比較,目前的緊縮氣體儲能項(xiàng)目規(guī)劃顯然有些小。對此,東方汽輪機(jī)有限公司副總工程師孫奇向觀察者網(wǎng)表明,只要德陽新式二氧化碳儲能的試驗(yàn)項(xiàng)目能夠取得成功,因?yàn)槭苓x址束縛小,那它就能夠敏捷取得推廣,體系擴(kuò)容也要相對簡單,只需求添加滿足多的容器,再把緊縮機(jī)和發(fā)電透平功率做大或選用多單元制就能夠了,擴(kuò)容后每千瓦時的本錢造價也會相應(yīng)下降。

    他還泄漏,目前二氧化碳儲能技能研制和工程化使用我國都處于國際搶先的位置,當(dāng)金壇的大規(guī)劃鹽穴緊縮空氣儲能項(xiàng)目正式投入商業(yè)運(yùn)營后,那么我國的緊縮氣體儲能技能就能夠說處于國際上一個比較搶先的位置了,后續(xù)產(chǎn)業(yè)化開展?jié)摿薮?。觀察者網(wǎng) 作者:李煥宇

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    緊縮氣體儲能技能

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