黨的二十屆三中全會(huì )提出，加快規劃建設新型能源體系，完善新能源消納和調控政策措施。近年來(lái)，可再生能源在我國能源體系中占比越來(lái)越高，新型儲能技術(shù)在促進(jìn)新能源消納和電力系統安全穩定運行等方面的作用逐步顯現。與傳統的電化學(xué)儲能相比，新型儲能技術(shù)路線(xiàn)處于示范、試運行階段，需要不斷提高與電網(wǎng)的適配性和經(jīng)濟性，探索規?；?、商業(yè)化道路。
近年來(lái)，隨著(zhù)新能源大規模開(kāi)發(fā)，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。風(fēng)、光等新能源發(fā)電需要“看天吃飯”，受環(huán)境影響很大，為提高新能源消納能力，建設大規模儲能設施顯得尤為迫切。目前已有的儲能技術(shù)大致可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是物理儲能，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等;另一類(lèi)是化學(xué)儲能，主要包括各種電池，如鉛酸電池、鋰電池等。
壓縮空氣儲能技術(shù)被比喻為“空氣充電寶”，近年來(lái)實(shí)現較快發(fā)展，性能指標不斷提高，成為較早進(jìn)入規?；茝V階段的新型儲能技術(shù)之一。在山東泰安肥城市，300MW先進(jìn)壓縮空氣儲能電站首次成功并網(wǎng)發(fā)電，進(jìn)一步推動(dòng)了壓縮空氣儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標志著(zhù)壓縮空氣儲能進(jìn)入商業(yè)化探索階段。“空氣充電寶”有何特點(diǎn)，如何規劃布局建設，這一新型儲能技術(shù)規?；瘧眠€有哪些待突破的難題?
走向示范應用
2024年4月30日，在山東省泰安市肥城經(jīng)開(kāi)區儲能產(chǎn)業(yè)園，國際首套300MW/1800MWh先進(jìn)壓縮空氣儲能?chē)沂痉峨娬臼状尾⒕W(wǎng)發(fā)電并一次成功。中儲國能(山東)電力能源有限公司項目經(jīng)理侯虎燦介紹，該電站是目前國際上規模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站，在系統設計、裝備研制、工程實(shí)施等領(lǐng)域實(shí)現10余項關(guān)鍵技術(shù)突破;年發(fā)電量約6億千瓦時(shí)，用電高峰可為20萬(wàn)至30萬(wàn)戶(hù)居民提供電力保障，每年可節約標準煤約18.9萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放約49萬(wàn)噸。
作為一種物理儲能技術(shù)，壓縮空氣儲能是通過(guò)物理變化即對空氣的壓縮和膨脹來(lái)實(shí)現能量的儲存和釋放。在儲能階段，利用電網(wǎng)富余電力驅動(dòng)電動(dòng)機帶動(dòng)壓縮機，把常壓空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲存到地下鹽穴，完成由電能向勢能的轉化。當電力緊張時(shí)釋放高壓空氣，推動(dòng)膨脹機做功，帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，對電網(wǎng)進(jìn)行調峰，實(shí)現調度。與電化學(xué)儲能相比，壓縮空氣儲能技術(shù)使用壽命更長(cháng)，可達30年至50年，因而成本更低。
與鋰電池、抽水蓄能等相比，壓縮空氣儲能技術(shù)非常“年輕”，但發(fā)展迅速。中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長(cháng)陳海生說(shuō)，2004年他開(kāi)始研究該技術(shù)時(shí)，我國可再生能源裝機占比不足1%，未出現并網(wǎng)難題。2010年，陳海生帶領(lǐng)一支新成立的小團隊，3年完成1.5MW示范項目，5年建成10MW示范項目，7年建成100MW示范項目。2021年9月23日，10MW鹽穴壓縮空氣儲能電站在肥城成功并網(wǎng)發(fā)電，成為國際首個(gè)商業(yè)化運行的先進(jìn)壓縮空氣儲能調峰電站。2022年7月，該電站獲批成為我國首座參與電力現貨交易的壓縮空氣儲能電站，通過(guò)參與電網(wǎng)調峰、調頻，對提升供電質(zhì)量和優(yōu)化電網(wǎng)運行起到很大作用。
“從1.5MW到10MW，每一次規模放大，都不是簡(jiǎn)單地技術(shù)疊加，而是需要從底層開(kāi)始重新研發(fā)設計。”陳海生介紹，肥城300MW先進(jìn)壓縮空氣儲能?chē)沂痉峨娬臼状尾捎米灾餮邪l(fā)的300MW級多級寬負荷組合式壓縮機、多級高負荷透平膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等新產(chǎn)品，將形成一系列技術(shù)標準及操作規范，有效促進(jìn)并規范壓縮空氣儲能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
參與電網(wǎng)統一調度與優(yōu)化配置，成為衡量新型儲能技術(shù)能否實(shí)現規?；?、商業(yè)化應用的關(guān)鍵指標之一。侯虎燦說(shuō)，自并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)，電站順利轉入試運行階段，目前正緊鑼密鼓地進(jìn)行電網(wǎng)耦合實(shí)驗與測試工作。在此過(guò)程中，電站積極與山東省國網(wǎng)合作，依托國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等多個(gè)項目與課題，全力推進(jìn)300MW先進(jìn)壓縮空氣儲能系統的實(shí)驗與測試。
“壓縮空氣儲能作為一種新型儲能技術(shù)，在電網(wǎng)中具有廣闊應用前景。”國網(wǎng)山東肥城市供電公司發(fā)展建設部工作人員孫衍偉表示，儲能系統運行必須嚴格遵循電網(wǎng)調度中心指令，確保電力系統運行效果最優(yōu)化。并網(wǎng)試運行階段，首要任務(wù)是讓電站適應電網(wǎng)結構，更有效吸收電能。同時(shí)，電網(wǎng)方面也需要深入了解壓縮空氣儲能技術(shù)特性，以確保穩定高效應用。
在肥城項目加速發(fā)展的同時(shí)，壓縮空氣儲能技術(shù)不斷迭代升級。陳海生說(shuō)，中國科學(xué)院工程熱物理研究所和中儲國能研發(fā)團隊已開(kāi)展面向更大規模、更高效率、更優(yōu)性能的先進(jìn)壓縮空氣儲能核心技術(shù)的研發(fā)及裝備制造，在系統設計、設備研發(fā)、工程示范方面取得了階段性突破，將為下一步提高效率、降低成本提供技術(shù)支持。
充分利用資源
在參觀(guān)壓縮空氣儲能電站壓縮機、變電站等主要設施后，侯虎燦告訴記者，儲存壓縮空氣的罐子不在電站，而是在鹽穴中。
從電站出發(fā)，向南行駛約兩公里，鹽穴的“洞口”就“藏”在一片玉米地中。說(shuō)是“洞口”，其實(shí)更像“管口”，只見(jiàn)一對猩紅色的采集束矗立其中。工作人員介紹，這里是連接地面與地下鹽穴的通道，每個(gè)鹽穴平均體積為50萬(wàn)立方米至80萬(wàn)立方米，相當于20多層建筑物的大小。
鹽穴是鹽井開(kāi)采完后，地下形成的巨大空腔。因其特有的蠕變性，可作為天然的能源密封存儲罐，用于儲氣、儲油、儲氫等能源儲備。從2009年江蘇常州金壇部署天然氣地下儲氣庫開(kāi)始，我國對地下鹽穴的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)有10多年的歷史。利用鹽穴進(jìn)行壓縮空氣儲能具有顯著(zhù)經(jīng)濟優(yōu)勢，與人工制造的壓力容器相比，這種自然形成的空間減少了對外部材料和資源的依賴(lài)，大大降低了建設成本。
肥城礦產(chǎn)資源豐富、種類(lèi)齊全，是山東最大的井礦鹽生產(chǎn)基地之一，已探明巖鹽儲量52.2億噸。在此次建設300MW空氣儲能電站項目之前，肥城做了大量天然氣儲能項目前期探索工作，多次邀請全國儲能領(lǐng)域權威研究機構對地下鹽穴開(kāi)展實(shí)地勘探，反復論證。中儲國能相關(guān)負責人表示，當地除了鹽穴資源豐富，獨特的鹽穴特征對企業(yè)來(lái)說(shuō)也頗具吸引力。當地鹽井深平均在800米至1000米，儲氣容量超過(guò)50萬(wàn)立方米，可承受壓力達170個(gè)大氣壓，具有地質(zhì)穩定、埋深適中、氣密性好等特點(diǎn)，很適合開(kāi)發(fā)利用。
2022年以來(lái)，越來(lái)越多產(chǎn)業(yè)鏈項目落戶(hù)肥城。肥城先后招引前端制鹽建穴項目4個(gè)，年建穴能力擴大到500萬(wàn)立方米，制鹽規模突破千萬(wàn)噸級;中端鹽穴儲能項目4個(gè)，儲能規模達千兆瓦級;天然氣儲氣庫項目1個(gè)，儲氣規模達10億立方米;后端延伸建設儲能裝備智能制造產(chǎn)業(yè)園項目2個(gè)，全力打造集鹽穴儲能、儲能裝備制造、能源配套服務(wù)等于一體的全鏈條鹽穴儲能產(chǎn)業(yè)集群。近年來(lái)，泰安新型儲能產(chǎn)業(yè)實(shí)現了從無(wú)到有、從弱到強，逐步構建以抽水蓄能、鹽穴儲能儲氣、電化學(xué)儲能為主，以制氫儲能、儲熱儲冷等為輔的新型多元儲能體系。預計到2025年，泰安市儲能規模將發(fā)展到400萬(wàn)千瓦，到2030年力爭達到1000萬(wàn)千瓦，建成全國知名的多元儲能基地。
肥城市委書(shū)記張莉表示，肥城將以新型儲能科創(chuàng )中心為引領(lǐng)，壯大新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈集群，同時(shí)融合商務(wù)服務(wù)、未來(lái)社區等功能，建設新型儲能未來(lái)產(chǎn)業(yè)城，聚力打造高質(zhì)量發(fā)展新的強力引擎。
直面商業(yè)化難題
從整體趨勢看，新型儲能技術(shù)正由初步探索階段逐步走向產(chǎn)業(yè)化、規?；?。中儲國能(北京)技術(shù)有限公司總經(jīng)理紀律介紹，繼肥城300MW項目并網(wǎng)以來(lái)，一批壓縮空氣儲能項目在國內紛紛上馬，僅中儲國能就已在河北、新疆、寧夏、河南、山東等地啟動(dòng)項目共計1500MW，規劃項目超4000MW。此外，各地對重力、飛輪、液流等技術(shù)路線(xiàn)項目的投資建設也在加速。
隨著(zhù)新型儲能技術(shù)步入大規模商業(yè)化推廣階段，市場(chǎng)更加關(guān)注其千瓦時(shí)電成本是否具有競爭力。多位行業(yè)分析師指出，由于當前國際市場(chǎng)碳酸鋰價(jià)格處于歷史低位，加上國內市場(chǎng)競爭激烈，所以在成本方面，新型儲能技術(shù)路線(xiàn)目前還難以與傳統儲能方式相抗衡。因此，部分投資方采取謹慎觀(guān)望態(tài)度，等待成本下降和市場(chǎng)進(jìn)一步明朗。
但很多人依然持樂(lè )觀(guān)態(tài)度。“我們看中的是壓縮空氣儲能的發(fā)展潛力。”山東電力工程咨詢(xún)院有限公司山東省能源大數據中心副主任裴善鵬認為，山東是新能源大省，新型儲能發(fā)展迅速，3年來(lái)電網(wǎng)新型儲能裝機量由55萬(wàn)千瓦增長(cháng)至566萬(wàn)千瓦，裝機規模居全國第二。截至今年9月10日，山東省電網(wǎng)風(fēng)光發(fā)電量突破1000億千瓦時(shí)，用時(shí)較去年提前70天。當前，山東省儲能配置以2小時(shí)儲能時(shí)長(cháng)為主流。未來(lái)隨著(zhù)新能源裝機比例持續攀升，對4小時(shí)至6小時(shí)儲能的需求將顯著(zhù)增強。在此背景下，以壓縮空氣儲能技術(shù)為代表的長(cháng)時(shí)儲能方案將得到廣泛應用。
在新型儲能技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程中，政策支持尤為重要。通過(guò)制定針對性政策措施，可以有效促進(jìn)新型儲能技術(shù)示范應用，帶動(dòng)成本下降，為進(jìn)一步推廣新型儲能技術(shù)奠定堅實(shí)基礎。“山東發(fā)展新型儲能是新型電力系統建設的必然選擇，也有電力現貨市場(chǎng)支撐等優(yōu)勢，但新型儲能建設成本高的現象會(huì )在一段時(shí)間內持續存在。為促進(jìn)全省新型儲能發(fā)展，能源主管部門(mén)出臺相關(guān)支持政策，充分體現了政府重視和政企密切協(xié)同的特點(diǎn)。”國網(wǎng)山東電力調度控制中心水電及新能源處負責人劉軍說(shuō)。
“以肥城壓縮空氣儲能項目為例，山東省在并網(wǎng)發(fā)電盈利方面積極引導。參考山東省印發(fā)的促進(jìn)新型儲能示范項目健康發(fā)展的若干措施，壓縮空氣儲能成本回收機制主要來(lái)源于現貨電價(jià)差、容量補償、容量租賃三種形式。”孫衍偉介紹。據測算，鹽穴壓縮空氣儲能項目全生命周期為30年至50年，預計10年至12年可收回成本，盈利空間可觀(guān)。
“發(fā)展初期可以通過(guò)政策‘扶上馬送一程’，最終目標是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)獨立發(fā)展并實(shí)現盈利。”裴善鵬說(shuō)，山東省電力現貨市場(chǎng)發(fā)展4年來(lái)，已探索出一條比較成熟的路徑。從長(cháng)遠來(lái)看，在構建新型電力系統過(guò)程中，最終目標是建立與新型儲能相適應的市場(chǎng)機制，從而促進(jìn)整個(gè)行業(yè)可持續發(fā)展。 (經(jīng)濟日報記者 崔 浩)
評論