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2022年8月18日 星期四
压缩空气储能的三个“世界第一”
所属分类:技术前沿
来源:中能传媒能源智造
更新日期:2022-07-29

单机功率世界第一,储能规模世界第一,转换效率世界第一,年发电量5亿千瓦时……这是我国新型储能建设的又一个里程碑,也是推动压缩空气储能商业化、产业化的典型示范,为我国构建新型电力系统和实现“双碳”目标提供了“能建方案”。

“由中国能建主体投资的湖北应城300兆瓦级压缩空气储能电站示范工程,是世界首台(套)300兆瓦级非补燃压缩空气储能示范工程,建成后将在非补燃压缩空气储能领域实现单机功率世界第一,储能规模世界第一,转换效率世界第一等诸多目标。”7月26日,中国能源建设集团有限公司党委常委、副总经理吴云在湖北应城300兆瓦级压缩空气储能电站示范工程开工仪式上如是说。

据介绍,该工程以形成具有自主知识产权的系统集成技术,建成储能技术与装备国产化示范、数字化储能电站示范、商业化运营机制示范、协同化建设管理示范为建设目标,综合平衡工程造价及储能转化效率,创新性地提出采用180摄氏度高压热水储热的中温绝热压缩“能建方案”,将进一步推动大规模新型压缩空气储能技术的商业化、产业化,有助于丰富储能技术形式和完善能源结构,促进可再生能源的大规模并网消纳,为构建新型电力系统和实现“双碳”目标贡献“能建力量”。

压缩空气储能的三个“世界第一”

湖北应城300兆瓦级压缩空气储能电站示范工程位于中国中部储能基地湖北省应城市,规划建设两台300兆瓦/1500兆瓦时压缩空气发电机组及配套建设储能发电生产区、辅助生产区及附属基础设施。

该示范工程利用云应地区废弃盐穴作为储气库,采用声呐、综合物探、室内试验、数值模拟等综合手段获取盐穴三维形态和安全运行压力。并进行老井气密封堵、注采井钻井、完井及注气排卤工程,实现盐穴安全可靠储气功能。

该工程创新性地提出了4段压缩、3段膨胀,采用中国能建自主研发的大容量非补燃高压热水储热中温绝热压缩技术,形成了自主可控、兼顾效率和投资的新型大规模压缩空气储能“能建方案”,堪称“新能源接入电网的优化器”“电力系统安全运行的稳定器”“用户侧能量管理的路由器”“特高压绿电外送的适配器”“超级充电宝”。其核心技术指标能源转换效率达70%以上,核心经济指标单位造价降至6000元/千瓦左右,开创了大容量压缩空气储能绿色、零碳、高效、经济的新路线、新方案,是世界首台首套300兆瓦级压缩空气储能电站。

压缩空气储能电站主要包括压缩储能系统、膨胀发电系统、换热系统、储热系统、储气系统及智能化控制系统等,主要设备包括压缩机、空气透平及发电机、换热器及大容量储罐等。

湖北应城300兆瓦级压缩空气储能电站示范工程采用集中控制方式,设置一套DCS控制系统网络,自动化系统满足一键启停控制。该工程全过程数字化建设以BIM、物联网、人工智能、云计算等先进技术手段,构建覆盖企业全层级、全业务、项目全过程的智慧基建及运营管理平台,实现电厂从基建至投产运营全业态数字化、智慧化。

与此同时,针对该示范工程,中国能建数科集团开展了“300兆瓦级压缩空气储能电站关键技术和装备研究”,可使我国全面掌握具有国际领先水平的压缩空气储能关键技术,促进我国储能技术标准的建立,形成具有自主知识产权的系统集成技术,推动国产化储能核心装备研发。

数字化+科技型+新储能的“数科探索”

随着“风光水火储”和“源网荷储”两个一体化大力推进,无论大规模新能源基地开发,还是分布式能源系统开发,长时储能都将成为必备环节。压缩空气储能是通过高度压缩空气来进行电力储能的,是一种低成本、大容量的新型电力储能技术,是少数几种能够适用于长时间和大容量储能的储能技术之一。相比于电化学储能投资高、运行安全隐患、性能衰减、后续处理环境污染等“硬伤”,压缩空气储能系统具有选址灵活、建设周期短、投资低等诸多优点,并具备调峰、调频、调相、旋转备用、 黑启动以及应急响应等诸多功能。

相比较而言,压缩空气储能可使用多种类型的存储方式来存储空气,并且对地表的影响更小,相比抽水蓄能建设选址更加灵活。高压空气可存储于盐穴,或一些经过地下地质结构改造而来的大规模存储空间,如废弃的矿井、开采的硬质岩洞,还可以通过人工造穴与压力容器等手段实现项目的灵活选址,降低了项目选址限制因素。

此次项目择址应城,瞄准了应城丰富的盐穴资源,利用应城地区已采盐矿溶洞储气使采空溶洞得到合理利用,既有效地降低开发成本和占地,又实现资源最优配置,使绿色低碳理念融入城市发展血脉。

“应城储能示范工程关键技术和难点主要在于首台套的大型化先进技术装备研发、高效经济的压缩空气储能工艺系统集成及复杂地下工程的实施。”吴云接受中能传媒记者采访时说,中国能建所属企业及相关合作单位通过科技攻关及技术研发,已经彻底解决了上述关键技术及难点,有能力、有信心将应城项目打造成压缩空气储能电站的标杆。

应城压缩空气储能示范工程开工,标志着中国能建全面掌握具有国际领先水平的300兆瓦级压缩空气储能装备研制关键技术,通过示范工程的设备及材料研制,带动核心装备全产业链实现100%国产化。通过示范项目取得系列化的技术专利和知识产权,形成储能领域重大科技创新和技术突破,为我国储能技术发展作出突出贡献。

值得一提的是,该示范工程按照全生命周期数字化要求进行“研投建营”一体化运作。在设计阶段,全面应用BIM技术进行数字化设计,在地上发电工程中开展三维协同设计,在地下储气工程中开展声呐测腔、三维地震和地质建模;在建设阶段,全面应用基建数字化管控平台,提高管理效率,强化本质安全,在管理上实现多专业全面线上办理与流转,在物联上实现“人机料法环”全要素的智能监测与感知;在运行阶段,全面开展DCS、生产SIS、生产MIS的一体化集成,实现生产全过程数据采集、监测、控制和趋势分析,确保电站经济、安全、高效、绿色和稳定运行。

构建“新能源+新储能”数字化产业协同发展模式

“中国能建数科集团以压缩空气储能项目和新型数字产业为依托和抓手,积极推动新能源与储能项目、数字产业的协同开发建设,引领绿色能源产业发展和能源消费低碳转型。”中国能建数科集团党委书记、董事长万明忠接受媒体记者采访时说,中国能建数科集团提出了“数字化+科技型+新储能”的发展路径,瞄向“低成本、高效率、大容量”的新型储能技术,致力于“新能源+新储能”的项目开发模式,以新型数字产业协同新能源项目开发。

构建以盐穴储能、抽水蓄能为支撑,电化学储能、制氢储能、储热储气为辅的多元储能系统,形成以长时储能为中心的大型储能电站群,服务电网调峰填谷、新能源消纳、电力安全保障等硬任务。

在电源侧,压缩空气储能可以有效解决以风、光为主的新型电力系统存在的波动性和间歇性等问题,提升可再生能源消纳能力;在电网侧,大型压缩空气储能电站提供调频调峰、无功调节、旋转备用、应急电源、黑启动等电力辅助服务;在用户侧,压缩空气储能可用作企业自备电厂,提供能量转换、传输的枢纽,实现电能削峰填谷,降低企业的用电成本。

“目前针对压缩空气储能电站的相关电价政策不明确,湖北应城300兆瓦级压缩空气储能电站示范工程主要承担新能源消纳及电网调峰任务,各项性能指标与效率接近抽水蓄能电站,希望参照抽水蓄能电站给予电价政策支持。”万明忠说,作为国内首台300兆瓦级压缩空气储能项目,希望纳入湖北省新型储能示范试点项目,配置部分风电光伏等新能源指标,配套建设新能源场站,更好地发挥项目示范意义与作用。

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