不用实体媒介，空气就能存储电？

【蜂耘网   能源环保】在现代社会中，人们已经无法想象没有电的生活。伴随着一系列可再生资源，尤其是光电和水电资源的开发和利用，全球各国的新型能源储存设备的建设如火如荼的开展，寻求提高能源利用率的先进方法，已成为全球共同关注的首要问题。

 

 

把电存储在电池里或水库里的技术方式大家一定都不陌生。那么，你知道这项由中国全球首创、轰动世界的压缩空气储能技术吗？

 

要知道，电能目前是无法大规模储存的。以目前中国超14亿的人口，全国人口用电量的庞大之处可想而知。在这种情况之下，国家电网怎么保证发电和用电时刻平衡的呢？压缩空气储能技术的横空出世对我们来说又代表了什么？

 

在正常的情况下，电网系统自身是具备自我调节能力的。电能的奇妙之处就在于用掉多少电能，电力系统就产生多少电能，整个电网系统时刻处于动态的平衡状态。

 

我国目前运用的自动调频技术，是通过装在发电厂和调度中心的自动装置随系统频率的变化自动增加和减少发电机的发电出力来调节发电量和用电量之间的平衡，保持系统频率在较小的范围内波动。

 

图： 一次调频和二次调频的过程示意图

 

举个例子：当许多用户在同一时间点减少用电量，调频机组就会立刻反应起来，减轻发电负荷，让整个电网系统维持合格的电压和频率。

 

也就是说，当电网上的用电量下降时，各发电厂的机组根据自身速度变动率的不同，自动做出幅度不同的发电量增加和减少。

 

虽然电网的自动调节系统能够调节发电量与用电量之间的矛盾。但是当发电量远超用电量时，能源浪费不可避免地就会发生。

 

而不管是比较常见的蓄电池组，或者是抽水蓄能型的水电站，它们能储存的电能，相对于整个国家的用电规模来说都是极其渺小的。

 

我国抽水蓄能电站的建设起步较晚，但由于后发效应，起点却较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。

 

 

但即便是电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最大的抽水蓄能也有其缺陷。

 

抽水蓄能简单来说就是一种能量转换，将用户没有使用的过多的电力利用起来，将水从地势低的水库抽到地势高的水库，然后在电网负荷高、用电量过大的时候，将高位水库的水放回到低位水库，利用水能推动发电机转动起来发电。

 

这种转换并不能做到百分百转换，其准确转化率只有四分之三左右。虽然抽水蓄能水电站发电效率高、成本较低，但它的建设受地理环境的影响很大，需要拥有丰富的水资源，存在局限性，不是想建就能建的。

 

而转换速度快的电化学储能又有相关设备的使用寿命短、使用不当会对土壤造成污染的问题。

 

压缩空气储能技术的出现将改变这一切！

 

抽水蓄能与电化学蓄能这类传统储气需要打造能够承受高压的容器、工程建设成本巨大。建设要看地势选址、要高昂的投资、要周期性地规划建设，由于电力即发即用，对能源的损耗又较高，目前并不能满足未来大规模储能的需求。

 

而压缩空气蓄能对地理条件要求不高、发电成本低且储存量巨大。该项技术不仅省去了建设储计场所的高额费用，而且由于研学处于地下的缘故，工程的占地面积小、密封性强、储气压力高，其优势远超其他储能发电方式。

 

图：江苏金坛盐穴压缩空气储能项目外景 图源：中国华能集团

 

压缩空气蓄能电站不烧煤也不烧天然气，就靠压缩空气来推动发电机旋转发电。依靠盐穴的空气提供动力，将地下废弃的盐矿“变废为宝”进行开发再利用。

 

盐穴就是地下盐层被开采后形成的腔穴，不仅密闭性好，稳定性还高，一般用于储存石油、天然气以及相关产品，同时也是储存高压空气的理想场所。将高压气体储能其中，会对腔体产生支撑力，不发生地面塌陷等情况。

 

 

德国和美国是最先开始研究盐穴储能的国家，1978年投入的德国亨托夫（Huntorf）电站是第一座压缩空气储能电站；第二座是于1991 年投入商业运行的美国Alabama 州的麦金托什（McIntosh）压缩空气储能电站。

 

在国内，2011年，清华大学的卢强开始研究盐穴储能的相关技术。

 

在2021年7月，国家电网公司设立重大科技专项，由清华大学牵头，联合中国电力科学研究院、中国科学院理化技术研究所开展大规模压缩空气储能发电系统关键技术研究，首期建设500kW 非补燃式压缩空气储能示范项目。2013年获得技术进展，并在安徽芜湖大学科技园设立卢强院士工作站，开始建立试验电站。

 

世界第一台500kW非补燃CAES动态模拟系统（TICC-500）在2014 年11 月建成，成功实现了百千瓦级的储能和发电，验证了技术方案可行性和高效性。

 

2018年12月25日，国家级示范项目中盐金坛盐穴压缩空气储能，完成200兆瓦盐穴储能中心建设，最终规模将达1000兆瓦以上。发电年利用小时数约为1660小时。电换电效率为60%。发电全过程无燃料消耗。系统所有技术和设备均实现完全国产化。

 

时间到了2022年5月26日，空气储能国家试验示范项目、我国首个盐穴压缩空气储能电站在江苏金坛成功并网投运。这个电站还在世界上首次实现了压缩空气零碳发电。

 

 

采用中科院工程热物理研究所研发的先进压缩空气储能系统，额定运行效率70%，设计寿命大于30年，是目前全球运行效率最高的压缩空气储能系统，处于国际领先水平。

 

空气压缩机的原理是将空气从大气压环境下的1个大气压压缩至140个大气压并送到地下盐穴，产生的热能存储在导热油管中持续8个小时，电站就完成了一个储能周期。

 

盐穴压缩空气储能电站高峰时放电，低谷时储能，有效避免电力系统“忙闲不均”，保障电力供应稳定性，这就相当于一个藏在地下的大型充电宝。该电站一个周期可存储30万度电，相当于六万居民一天的用电量。

 

全国首台套压缩空气储能电站项目运行平稳，电站的成功并网可以有效提升区域电网的调峰能力，同时还能促进电网消纳更多的风电、光伏等新能源，对于“双碳”目标的实现具有划时代的示范引领意义，成为推动中国可持续发展的有力支撑！

 

参考资料：

《城市里的“绿色充电宝”》央视网

《千年“盐穴”华丽转身绿色能源中心》人民日报

《清华大学电机系承担的“压缩空气储能发电项目”取得重要进展》清华大学电机系

《常州金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目开工》中国储能网

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