從宏觀層面來講，儲能行業(yè)普遍希望形成合理的電價機制，充分體現(xiàn)儲能的多重價值，即按儲能實現(xiàn)的多種功能給予相應(yīng)的綜合收益，同時加強標準及規(guī)范制定，進一步規(guī)范壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
近日，由中國科學(xué)院工程熱物理研究所和中儲國能(北京)技術(shù)有限公司(以下簡稱“中儲國能”)聯(lián)合研發(fā)的國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)膨脹機完成集成測試，順利下線。這標志著我國在壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)方面取得重大突破。
未來壓縮空氣儲能行業(yè)發(fā)展前景如何?300兆瓦先進壓縮空氣儲能產(chǎn)品何時量產(chǎn)?壓縮空氣儲能發(fā)展面臨哪些挑戰(zhàn)?圍繞上述問題，《中國能源報》記者專訪了中儲國能總經(jīng)理紀律。
原創(chuàng)技術(shù)世界領(lǐng)先
中國能源報：我國壓縮空氣儲能發(fā)展情況如何?從跟跑到領(lǐng)跑，經(jīng)歷了哪些技術(shù)迭代?
紀律：壓縮空氣儲能技術(shù)并非新技術(shù)，上世紀40年代就已提出。針對傳統(tǒng)壓縮空氣儲能依賴化石燃料、大型儲氣洞穴，效率較低的問題，2000年左右，全球開始開發(fā)新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)。我國壓縮空氣儲能技術(shù)發(fā)展較快，特別是在新型壓縮空氣儲能領(lǐng)域已居于國際領(lǐng)先水平。中國科學(xué)院工程熱物理研究所在國家“863”計劃、“973”計劃、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院A類先導(dǎo)專項等重大項目支持下，先后完成蓄熱式壓縮空氣儲能和液態(tài)空氣儲能技術(shù)研發(fā)，并于2009年在國際上原創(chuàng)性提出了超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)。
通過多年努力，中國科學(xué)院工程熱物理研究所完成1-300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術(shù)攻關(guān)，并先后完成國際首套1.5兆瓦、10兆瓦及100兆瓦示范項目建設(shè)，建成我國物理儲能領(lǐng)域首個國家級研發(fā)中心——“國家能源大規(guī)模物理儲能技術(shù)研發(fā)中心”，并于2018年12月通過技術(shù)作價入股的方式成立中儲國能。目前，中儲國能已擁有完整的百兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)自主知識產(chǎn)權(quán)，具備百兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)、設(shè)計，核心裝備制造、工程實施，以及電站投資和運營全套能力，研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進程已處于國際引領(lǐng)地位。
中國能源報：如何理解先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)的原理?
紀律：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能主要依賴大型儲氣洞穴，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，受限于地理條件。我們團隊掌握蓄熱式壓縮空氣儲能、液態(tài)空氣儲能及超臨界壓縮空氣儲能等新型壓縮空氣儲能技術(shù)路線，統(tǒng)稱為先進壓縮空氣儲能技術(shù)。所謂“先進”主要表現(xiàn)為解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)依賴大型儲氣洞穴、依賴化石燃料和系統(tǒng)效率低三大技術(shù)瓶頸。
儲能時，電動機驅(qū)動多級壓縮機，將空氣壓縮至高壓并儲存到儲氣裝置中，完成電能到空氣壓力能的轉(zhuǎn)換，過程中各級壓縮機的壓縮熱通過換熱器回收并儲存在蓄熱介質(zhì)中。釋能時，將壓縮空氣從儲氣裝置釋放，通入多級膨脹機做功，完成空氣壓力能到電能的轉(zhuǎn)換，在此過程中，已儲存壓縮熱的蓄熱介質(zhì)通過各級膨脹機的級前換熱器，加熱膨脹機進口空氣。
設(shè)計效率接近理論極限值
中國能源報：國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用情況如何?
紀律：我們團隊是從千瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)研究起步，2013年在河北廊坊建成國際首套1.5兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范系統(tǒng)，2016年在貴州畢節(jié)建成國際首套10兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范系統(tǒng)，2021年底在張家口建成國際首套100兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范電站，并于2022年9月并網(wǎng)發(fā)電，前期積累了豐富的技術(shù)研發(fā)及工程示范經(jīng)驗。
2021年，我們啟動了300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術(shù)攻關(guān)。壓縮空氣儲能技術(shù)的理論極限效率在75%左右，目前300兆瓦系統(tǒng)的設(shè)計效率能達到72.1%，已接近理論極限值。
研發(fā)300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術(shù)的同時，我們也在同步推動山東、河南、江西等多個商業(yè)示范電站的建設(shè)工作。項目進展最快的是山東肥城二期項目，正在建設(shè)300兆瓦鹽穴壓縮空氣儲能電站，初步計劃今年底完工，爭取明年上半年投產(chǎn)發(fā)電。
中國能源報：300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研制過程中，遇到哪些困難?
紀律：開展全球單機規(guī)模最大的300兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)，尚無成功經(jīng)驗借鑒，研發(fā)的核心難點是如何提高效率、降低成本，并提高系統(tǒng)可靠性及調(diào)節(jié)性能。研發(fā)挑戰(zhàn)集中在三個方面：一是如何基于近20年研發(fā)積累，不斷優(yōu)化先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，使整個儲能系統(tǒng)性能達到最優(yōu);二是如何不斷創(chuàng)新研制300兆瓦系統(tǒng)用的寬負荷多級壓縮機、高負荷多級膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等核心裝備;三是如何在變工況運行要求下，通過系統(tǒng)的優(yōu)化控制保障系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、安全運行。
規(guī)模化仍需政策支持
中國能源報：300兆瓦先進壓縮空氣儲能產(chǎn)品何時能實現(xiàn)量產(chǎn)?
紀律：我國裝備制造能力很強，具備產(chǎn)能快速復(fù)制的能力。國際首套張家口100兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目建成以后，該技術(shù)在國內(nèi)多地開展推廣應(yīng)用，300兆瓦先進壓縮空氣儲能產(chǎn)品與100兆瓦類似，設(shè)備定型后即可規(guī)模化生產(chǎn)。
不過，300兆瓦先進壓縮空氣儲能技術(shù)能否大規(guī)模應(yīng)用，還依賴于相關(guān)的電價政策。目前，一些地方雖然出臺了省級政策，但是全國很多地方并未明確。除政策支持外，示范工程項目的建設(shè)速度及質(zhì)量也很重要，因為工程技術(shù)提升、工程管理人員的培養(yǎng)有個過程，軟實力的提升和擴充，并非短期內(nèi)能實現(xiàn)。
中國能源報：投運的壓縮空氣儲能項目盈利情況如何?
紀律：我們已建成5個壓縮空氣儲能項目，前期主要是技術(shù)示范項目，商業(yè)運行的項目是山東肥城10兆瓦項目和張家口100兆瓦項目。
總體來說，壓縮空氣儲能正處于產(chǎn)業(yè)化初期，是典型的投資額較大但長期收益穩(wěn)定的重資產(chǎn)項目，回收周期與火電、水電類似，大概在10年左右。但由于壓縮空氣儲能電站的建設(shè)周期較短，使用壽命卻長達30-50年，電站的長期收益還是相當不錯。特別是未來隨著國家及地方的電價政策出臺、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善、規(guī)模化生產(chǎn)降低成本、效率進一步提升后，壓縮空氣儲能的電站收益及產(chǎn)業(yè)發(fā)展被業(yè)界普遍看好。
中國能源報：壓縮空氣儲能快速發(fā)展還需要在哪幾方面發(fā)力?
紀律：從宏觀層面來講，儲能行業(yè)普遍希望形成合理的電價機制，充分體現(xiàn)儲能的多重價值，即按儲能實現(xiàn)的多種功能給予相應(yīng)的綜合收益，同時加強標準及規(guī)范制定，進一步規(guī)范壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從技術(shù)層面來說，一是可以進一步優(yōu)化、提升，包括提高系統(tǒng)單機規(guī)模，提升系統(tǒng)效率及各方面性能;二是降低成本，通過產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟、設(shè)備規(guī)模化生產(chǎn)及大規(guī)模工程應(yīng)用等方法實現(xiàn)。
文 | 中國能源報 記者 蘇南
作者：蘇南
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