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(chǔ)能?chē)?guó)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(chǔ)能?chē)?guó)家示范項(xiàng)目廠區(qū)，映入眼簾的是多個(gè)長(zhǎng)約40米的儲(chǔ)蓄罐相互連接、依次排開(kāi)。“這是儲(chǔ)存壓縮空氣的地方，相當(dāng)于抽水蓄能的水庫(kù)。”項(xiàng)目辦公室工作人員王京京說(shuō)，項(xiàng)目建有地上和地下儲(chǔ)氣庫(kù)，庫(kù)存量達(dá)到10萬(wàn)立方米。
利用身邊無(wú)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(chǔ)能基本原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是用棄風(fēng)、棄光或者用電低谷的富余電能，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)做功，把常壓空氣壓縮成高壓空氣，將它存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣裝置中，然后在用電高峰時(shí)釋放高壓空氣驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家示范項(xiàng)目，由中國(guó)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(chǔ)國(guó)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(guó)家級(jí)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(chǔ)能電站，每年可發(fā)電1.32億千瓦時(shí)以上，能夠在用電高峰時(shí)為約5萬(wàn)用戶(hù)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(huì)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(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)，張北有著豐富的風(fēng)能、太陽(yáng)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(dòng)。索文輝說(shuō)，儲(chǔ)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(shí)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(dòng)等儲(chǔ)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(guò)張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)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(chǔ)能技術(shù)的規(guī)?；瘧?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(chǔ)能系統(tǒng)整體效率。
在廠房的外側(cè)有兩個(gè)巨型球狀蓄冷、蓄熱罐。銀色的罐體，在陽(yáng)光的照耀下，閃閃發(fā)亮。“傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)燃燒化石燃料提供熱源。我們通過(guò)研發(fā)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，突破了這一弊端。”索文輝說(shuō)，他們首先在空氣壓縮的過(guò)程中，通過(guò)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(chǔ)起來(lái)。在發(fā)電的時(shí)候，膨脹機(jī)再通過(guò)蓄熱器回收熱量，從而擺脫對(duì)化石燃料的依賴(lài)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)車(chē)間內(nèi)布置著很多管道和容器，乍一看感覺(jué)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(guò)程只是空氣壓放的物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，也就沒(méi)有需要排棄的廢物，真正實(shí)現(xiàn)了綠色清潔無(wú)污染。
在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電能難免會(huì)有損耗。“我們項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工況效率達(dá)70%。通俗來(lái)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(guó)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(chǔ)能技術(shù)2022年獲得第49屆日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)，是目前國(guó)際上規(guī)模最大、性能最優(yōu)的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)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(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行新模式。“系統(tǒng)規(guī)模越大、儲(chǔ)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(lái)，張北縣百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)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(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的提速，對(duì)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?qǐng)?bào)記者 郭曉通 通訊員 宋海鑫)
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