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壓縮空氣儲能國家示范項目，將這件看似不可思議的事情變成了現(xiàn)實。
近日，筆者走進位于張家口壩上的張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目廠區(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。”項目辦公室工作人員王京京說，項目建有地上和地下儲氣庫，庫存量達到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，通過電動機帶動壓縮機做功，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)動膨脹機并帶動發(fā)電機發(fā)電。
張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目，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。項目總規(guī)模為100MW/400MWh，是國家級可再生能源示范區(qū)示范項目和省重點項目，也是世界首座百兆瓦先進壓縮空氣儲能電站，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)濟性起到重要支撐作用。
省委經(jīng)濟工作會議提出，“構(gòu)建穩(wěn)定可靠、多能互補的能源格局”。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壓縮空氣儲能國家示范項目的技術(shù)團隊卻克服了不少前所未有的挑戰(zhàn)。為實現(xiàn)新型儲能技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，項目技術(shù)團隊先后攻克了寬負荷壓縮機、高負荷膨脹機、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，乍一看感覺像進入了化工廠，運行維護人員張秀林與同事正忙著檢查設(shè)備運行狀態(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。“我們項目的設(shè)計工況效率達70%。通俗來講，就是設(shè)計工況下，‘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，該項目應(yīng)用的先進壓縮空氣儲能技術(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)的先進壓縮空氣儲能電站。
張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目建成，可配合風(fēng)電、光伏、區(qū)域電網(wǎng)等聯(lián)合運行，形成大規(guī)模儲能系統(tǒng)運行新模式。“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)濟性越好。”在索文輝看來，張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目的示范引領(lǐng)作用正在顯現(xiàn)，隨著壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)化進程的提速，對于促進能源綠色轉(zhuǎn)型、保障能源安全、促進能源高質(zhì)量發(fā)展、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，具有重要意義。(河北日報記者 郭曉通 通訊員 宋海鑫)
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