空氣還能存電發(fā)電?已于2022年9月30日順利并網(wǎng)發(fā)電的張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項(xiàng)目，將這件看似不可思議的事情變成了現(xiàn)實(shí)。
近日，筆者走進(jìn)位于張家口壩上的張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項(xiàng)目廠區(qū)，映入眼簾的是多個長約40米的儲蓄罐相互連接、依次排開。“這是儲存壓縮空氣的地方，相當(dāng)于抽水蓄能的水庫。”項(xiàng)目辦公室工作人員王京京說，項(xiàng)目建有地上和地下儲氣庫，庫存量達(dá)到10萬立方米。
利用身邊無處不在的空氣，為電網(wǎng)打造“充電寶”。項(xiàng)目技術(shù)人員索文輝告訴筆者，壓縮空氣儲能基本原理其實(shí)很簡單，就是用棄風(fēng)、棄光或者用電低谷的富余電能，通過電動機(jī)帶動壓縮機(jī)做功，把常壓空氣壓縮成高壓空氣，將它存儲在儲氣裝置中，然后在用電高峰時釋放高壓空氣驅(qū)動膨脹機(jī)并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項(xiàng)目，由中國科學(xué)院工程熱物理研究所提供技術(shù)支持，張北巨人能源有限公司投資建設(shè)，中儲國能(北京)技術(shù)有限公司提供核心設(shè)備。項(xiàng)目總規(guī)模為100MW/400MWh，是國家級可再生能源示范區(qū)示范項(xiàng)目和省重點(diǎn)項(xiàng)目，也是世界首座百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能電站，每年可發(fā)電1.32億千瓦時以上，能夠在用電高峰時為約5萬用戶提供電力保障，為穩(wěn)定電力供應(yīng)、發(fā)展新能源發(fā)電、提高電力系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)性起到重要支撐作用。
省委經(jīng)濟(jì)工作會議提出，“構(gòu)建穩(wěn)定可靠、多能互補(bǔ)的能源格局”。張家口是國家級可再生能源示范區(qū)，張北有著豐富的風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電資源，然而風(fēng)力、光伏發(fā)電具有“看天吃飯”的特性，容易導(dǎo)致電力供應(yīng)出現(xiàn)波動。索文輝說，儲能系統(tǒng)相當(dāng)于“蓄水池”，可以把不穩(wěn)定的新能源電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可控的優(yōu)質(zhì)電能，同時實(shí)現(xiàn)電力調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、應(yīng)急響應(yīng)、黑啟動等儲能服務(wù)，提升電力系統(tǒng)效率、穩(wěn)定性、安全性。
空氣一壓一放，似乎并不復(fù)雜，不過張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項(xiàng)目的技術(shù)團(tuán)隊(duì)卻克服了不少前所未有的挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)新型儲能技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)先后攻克了寬負(fù)荷壓縮機(jī)、高負(fù)荷膨脹機(jī)、高效緊湊式蓄熱換熱器等關(guān)鍵技術(shù)，從而保障了儲能系統(tǒng)整體效率。
在廠房的外側(cè)有兩個巨型球狀蓄冷、蓄熱罐。銀色的罐體，在陽光的照耀下，閃閃發(fā)亮。“傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)通過燃燒化石燃料提供熱源。我們通過研發(fā)先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)，突破了這一弊端。”索文輝說，他們首先在空氣壓縮的過程中，通過換熱器將壓縮機(jī)的壓縮熱交換、回收，再在蓄熱器當(dāng)中存儲起來。在發(fā)電的時候，膨脹機(jī)再通過蓄熱器回收熱量，從而擺脫對化石燃料的依賴。
儲能系統(tǒng)車間內(nèi)布置著很多管道和容器，乍一看感覺像進(jìn)入了化工廠，運(yùn)行維護(hù)人員張秀林與同事正忙著檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。據(jù)他介紹，系統(tǒng)工作過程只是空氣壓放的物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，也就沒有需要排棄的廢物，真正實(shí)現(xiàn)了綠色清潔無污染。
在能量轉(zhuǎn)換過程中，電能難免會有損耗。“我們項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工況效率達(dá)70%。通俗來講，就是設(shè)計(jì)工況下，‘存10度電，發(fā)7度電’，這一水平在國際居于領(lǐng)先地位。”索文輝表示，該項(xiàng)目應(yīng)用的先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)2022年獲得第49屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎，是目前國際上規(guī)模最大、性能最優(yōu)的先進(jìn)壓縮空氣儲能電站。
張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項(xiàng)目建成，可配合風(fēng)電、光伏、區(qū)域電網(wǎng)等聯(lián)合運(yùn)行，形成大規(guī)模儲能系統(tǒng)運(yùn)行新模式。“系統(tǒng)規(guī)模越大、儲能容量越高，系統(tǒng)的效率就越高，隨之單位成本越低、經(jīng)濟(jì)性越好。”在索文輝看來，張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項(xiàng)目的示范引領(lǐng)作用正在顯現(xiàn)，隨著壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的提速，對于促進(jìn)能源綠色轉(zhuǎn)型、保障能源安全、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，具有重要意義。(河北日報(bào)記者 郭曉通 通訊員 宋海鑫)
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