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中储国能(北京)技术有限公司CEO纪律:我国新型压缩空气储能走

浏览数:  发表时间:2022-01-13  

  “潜心研发16年,位于河北张家口的全球首套100MW压缩空气储能项目即将建成投运。”中储国能(北京)技术有限公司CEO纪律表示,该项目是压缩空气储能技术向大规模、低成本应用突破的重要里程碑。

  因多个项目要赶时间节点,纪律有些忙碌。5月中旬,按照提前约定好的时间,记者来到位于北京四环边的公司。正值午休时间,纪律刚刚外出归来,他拿纸巾擦了擦额头的汗并介绍道,“除了张家口项目,山东肥城一期10MW盐穴空气压缩空气储能项目将在6月底建成,还有多家新能源企业也来洽谈了合作意向……”

  以中科院工程热物理研究所为技术支撑,从2005年开始研发,到1.5MW、10 MW压缩空气储能示范项目的落地,再到100 MW项目的实施,中储国能技术团队的每个节点突破,可以说代表了我国新型压缩空气储能的发展进程。多年沉淀成硕果,当前无论是装机规模、技术水平,还是系统效率,我国新型压缩空气储能均走在世界前列。

  什么是压缩空气储能?作为储能方式的一种,压缩空气储能是利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气,并将其储藏在高压密封设施内,在用电高峰释放出来驱动膨胀机带动发电机发电。早在1978年,德国就建成世界第一座大规模压缩空气蓄能示范电站,紧跟着美国、日本和以色列等国家相继投建了相关项目。

  “压缩空气储能具有规模大、周期长、单位投资小等优势,是极具发展潜力的大规模储能技术。传统压缩空气储能技术来源于燃气轮机技术,但由于我国不掌握燃气轮机技术,因此传统压缩空气储能与国外水平相比有较大差距。”纪律进一步指出,压缩空气储能依赖化石燃料燃烧提供热源,同时需要特定的地理条件建造大型储气室,如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等,有地理条件限制,且系统效率仅在50%左右,经济性相对较差。

  近年来,为解决压缩空气储能技术瓶颈问题,国内外学者开展了新型压缩空气储能技术研发,以储气罐替代储气室,没有场地限制,且将系统效率提升10%—15%。

  目前中科院工程热物理研究所取得了一系列国际领先的技术成果,可同时解决传统压缩空气储能依赖大型储气室、依赖化石燃料、系统效率低三个主要技术瓶颈。以技术为依托,中储国能从2013年开始,先后分别在河北廊坊、贵州毕节建成1.5MW、10M级新型压缩空气储能示范项目,后者系统效率达到60.2%,是目前全球系统效率最高的压缩空气储能系统。

  “在新型压缩空气储能技术上,我国与国外站在同一起点。目前全球已建成的MW级新型压缩空气储能项目的机构有4家,我国处于领先地位。张家口市100MW先进压缩空气储能示范项目预计于今年年底投运,其系统设计效率提升至70.4%,这将进一步拉开与国外的技术差距。”纪律称。

  数据显示,截至2020年底,我国已投运的储能项目累计装机规模35.6GW,其中抽水蓄能占比达89.3%,压缩空气储能的占比仅为0.03%。世界领先的技术,为何没在我国大规模推广?

  在纪律看来,压缩空气储能是一项高门槛的领域,目前大多研发机构仍处于理论研究和系统分析阶段。首先是技术门槛高,压缩空气储能是多学科交叉、多过程耦合的系统工程,要组建涵盖了工程热力学、传热学、流体力学、电力系统、机械工程、控制技术等学科的大规模专业技术研发团队。在压缩膨胀设备、空气换热、系统控制集成方面存在较高技术壁垒;其次是投资门槛高,系统规模在10—100MW级示范工程的建设资金高达亿元及数亿元,而当前行业还没有形成可复制的商业模式,企业缺乏投资热情。

  纪律指出,目前新型压缩空气储能仍处于示范阶段,随着张家口100MW示范项目的建成,将完成百兆瓦先进压缩空气储能型压缩空气储能产品的定性,此后再致力于规模化量产和推广。“1.5MW项目系统效率为52%,10MW项目系统效率为60%,100MW系统效率达到70%。未来还要做300MW项目,其效率将进一步提升至75%。系统规模越大、储能容量越高,系统的效率就越高,随之单位成本越低、经济性越好。”在他看来,10MW级项目的市场推广优势并不明显,100MW级项目才具商业推广条件,这也是压缩空气储能的真正“赛道”。

  相关预测显示,在碳达峰、碳中和愿景下,作为新能源发展的关键支持技术,到2025年,我国储能装机将较目前水平增长10倍以上。

  “要满足电网系统对大规模、长时间储能的需求,新型压缩空气储能当仁不让。与同属物理储能方式的抽水蓄能相比,新型压缩空气储能在建设周期和投资成本上更具优势,抽水蓄能建设周期为6—8年,新型压缩空气建设周期仅为1.5—2年,且不涉及移民搬迁问题。基于抽水蓄能对地理条件的要求,未来市场增量有限。”在纪律看来,压缩空气储能同抽水蓄能一样,都属于长时大规模,并与电化学储能及飞轮等形成互补关系。未来压缩空气储能将主要应用于电网侧,其次是大规模百万机组发电侧、核电机组和一些火电的零部件改造方面。

  相比电化学储能,新型压缩空气储能更具安全性。纪律介绍,储气罐多为10兆帕中压压力容器,压力等级较低,且空气扩散能力很强,不具可燃性,结束分居生活。而采用地下溶穴储气,其深度在600—1000米,对地面建筑和人员活动不会产生影响。

  经济性是行业大规模推广的前提。日前,国家发改委发布《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》,明确以竞争性方式形成电量电价,将容量电价纳入输配电价回收。此举有利于提升抽水蓄能电站的盈利能力。

  “抽水蓄能是个样板。新型压缩空气储能也在申请按照抽水蓄能的政策来执行。”纪律表示,新型压缩空气储能同样具备抽水蓄能的功能,价格机制和市场环境将助推行业进一步发展,呼吁相关政策尽快出台。

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