黨的二十屆三中全會提出，加快規劃建設新型能源體系，完善新能源消納和調控政策措施。近年來，可再生能源在我國能源體系中占比越來越高，新型儲能技術在促進新能源消納和電力系統安全穩定運行等方面的作用逐步顯現。與傳統的電化學儲能相比，新型儲能技術路線處于示范、試運行階段，需要不斷提高與電網的適配性和經濟性，探索規模化、商業化道路。
近年來，隨著新能源大規模開發，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。風、光等新能源發電需要“看天吃飯”，受環境影響很大，為提高新能源消納能力，建設大規模儲能設施顯得尤為迫切。目前已有的儲能技術大致可分為兩大類：一類是物理儲能，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等；另一類是化學儲能，主要包括各種電池，如鉛酸電池、鋰電池等。
壓縮空氣儲能技術被比喻為“空氣充電寶”，近年來實現較快發展，性能指標不斷提高，成為較早進入規模化推廣階段的新型儲能技術之一。在山東泰安肥城市，300MW先進壓縮空氣儲能電站首次成功并網發電，進一步推動了壓縮空氣儲能技術與產業發展，標志著壓縮空氣儲能進入商業化探索階段。“空氣充電寶”有何特點，如何規劃布局建設，這一新型儲能技術規模化應用還有哪些待突破的難題？
走向示范應用
2024年4月30日，在山東省泰安市肥城經開區儲能產業園，國際首套300MW/1800MWh先進壓縮空氣儲能國家示范電站首次并網發電并一次成功。中儲國能（山東）電力能源有限公司項目經理侯虎燦介紹，該電站是目前國際上規模最大、效率最高、性能最優、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站，在系統設計、裝備研制、工程實施等領域實現10余項關鍵技術突破；年發電量約6億千瓦時，用電高峰可為20萬至30萬戶居民提供電力保障，每年可節約標準煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸。
作為一種物理儲能技術，壓縮空氣儲能是通過物理變化即對空氣的壓縮和膨脹來實現能量的儲存和釋放。在儲能階段，利用電網富余電力驅動電動機帶動壓縮機，把常壓空氣壓縮成高壓狀態，儲存到地下鹽穴，完成由電能向勢能的轉化。當電力緊張時釋放高壓空氣，推動膨脹機做功，帶動發電機發電，對電網進行調峰，實現調度。與電化學儲能相比，壓縮空氣儲能技術使用壽命更長，可達30年至50年，因而成本更低。
與鋰電池、抽水蓄能等相比，壓縮空氣儲能技術非常“年輕”，但發展迅速。中國科學院工程熱物理研究所所長陳海生說，2004年他開始研究該技術時，我國可再生能源裝機占比不足1%，未出現并網難題。2010年，陳海生帶領一支新成立的小團隊，3年完成1.5MW示范項目，5年建成10MW示范項目，7年建成100MW示范項目。2021年9月23日，10MW鹽穴壓縮空氣儲能電站在肥城成功并網發電，成為國際首個商業化運行的先進壓縮空氣儲能調峰電站。2022年7月，該電站獲批成為我國首座參與電力現貨交易的壓縮空氣儲能電站，通過參與電網調峰、調頻，對提升供電質量和優化電網運行起到很大作用。
“從1.5MW到10MW，每一次規模放大，都不是簡單地技術疊加，而是需要從底層開始重新研發設計。”陳海生介紹，肥城300MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站首次采用自主研發的300MW級多級寬負荷組合式壓縮機、多級高負荷透平膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等新產品，將形成一系列技術標準及操作規范，有效促進并規范壓縮空氣儲能技術及產業的發展。
參與電網統一調度與優化配置，成為衡量新型儲能技術能否實現規模化、商業化應用的關鍵指標之一。侯虎燦說，自并網發電以來，電站順利轉入試運行階段，目前正緊鑼密鼓地進行電網耦合實驗與測試工作。在此過程中，電站積極與山東省國網合作，依托國家重點研發計劃等多個項目與課題，全力推進300MW先進壓縮空氣儲能系統的實驗與測試。
“壓縮空氣儲能作為一種新型儲能技術，在電網中具有廣闊應用前景。”國網山東肥城市供電公司發展建設部工作人員孫衍偉表示，儲能系統運行必須嚴格遵循電網調度中心指令，確保電力系統運行效果最優化。并網試運行階段，首要任務是讓電站適應電網結構，更有效吸收電能。同時，電網方面也需要深入了解壓縮空氣儲能技術特性，以確保穩定高效應用。
在肥城項目加速發展的同時，壓縮空氣儲能技術不斷迭代升級。陳海生說，中國科學院工程熱物理研究所和中儲國能研發團隊已開展面向更大規模、更高效率、更優性能的先進壓縮空氣儲能核心技術的研發及裝備制造，在系統設計、設備研發、工程示范方面取得了階段性突破，將為下一步提高效率、降低成本提供技術支持。
充分利用資源
在參觀壓縮空氣儲能電站壓縮機、變電站等主要設施后，侯虎燦告訴記者，儲存壓縮空氣的罐子不在電站，而是在鹽穴中。
從電站出發，向南行駛約兩公里，鹽穴的“洞口”就“藏”在一片玉米地中。說是“洞口”，其實更像“管口”，只見一對猩紅色的采集束矗立其中。工作人員介紹，這里是連接地面與地下鹽穴的通道，每個鹽穴平均體積為50萬立方米至80萬立方米，相當于20多層建筑物的大小。
鹽穴是鹽井開采完后，地下形成的巨大空腔。因其特有的蠕變性，可作為天然的能源密封存儲罐，用于儲氣、儲油、儲氫等能源儲備。從2009年江蘇常州金壇部署天然氣地下儲氣庫開始，我國對地下鹽穴的開發利用已經有10多年的歷史。利用鹽穴進行壓縮空氣儲能具有顯著經濟優勢，與人工制造的壓力容器相比，這種自然形成的空間減少了對外部材料和資源的依賴，大大降低了建設成本。
肥城礦產資源豐富、種類齊全，是山東最大的井礦鹽生產基地之一，已探明巖鹽儲量52.2億噸。在此次建設300MW空氣儲能電站項目之前，肥城做了大量天然氣儲能項目前期探索工作，多次邀請全國儲能領域權威研究機構對地下鹽穴開展實地勘探，反復論證。中儲國能相關負責人表示，當地除了鹽穴資源豐富，獨特的鹽穴特征對企業來說也頗具吸引力。當地鹽井深平均在800米至1000米，儲氣容量超過50萬立方米，可承受壓力達170個大氣壓，具有地質穩定、埋深適中、氣密性好等特點，很適合開發利用。
2022年以來，越來越多產業鏈項目落戶肥城。肥城先后招引前端制鹽建穴項目4個，年建穴能力擴大到500萬立方米，制鹽規模突破千萬噸級；中端鹽穴儲能項目4個，儲能規模達千兆瓦級；天然氣儲氣庫項目1個，儲氣規模達10億立方米；后端延伸建設儲能裝備智能制造產業園項目2個，全力打造集鹽穴儲能、儲能裝備制造、能源配套服務等于一體的全鏈條鹽穴儲能產業集群。近年來，泰安新型儲能產業實現了從無到有、從弱到強，逐步構建以抽水蓄能、鹽穴儲能儲氣、電化學儲能為主，以制氫儲能、儲熱儲冷等為輔的新型多元儲能體系。預計到2025年，泰安市儲能規模將發展到400萬千瓦，到2030年力爭達到1000萬千瓦，建成全國知名的多元儲能基地。
肥城市委書記張莉表示，肥城將以新型儲能科創中心為引領，壯大新型儲能全產業鏈集群，同時融合商務服務、未來社區等功能，建設新型儲能未來產業城，聚力打造高質量發展新的強力引擎。
直面商業化難題
從整體趨勢看，新型儲能技術正由初步探索階段逐步走向產業化、規模化。中儲國能（北京）技術有限公司總經理紀律介紹，繼肥城300MW項目并網以來，一批壓縮空氣儲能項目在國內紛紛上馬，僅中儲國能就已在河北、新疆、寧夏、河南、山東等地啟動項目共計1500MW，規劃項目超4000MW。此外，各地對重力、飛輪、液流等技術路線項目的投資建設也在加速。
隨著新型儲能技術步入大規模商業化推廣階段，市場更加關注其千瓦時電成本是否具有競爭力。多位行業分析師指出，由于當前國際市場碳酸鋰價格處于歷史低位，加上國內市場競爭激烈，所以在成本方面，新型儲能技術路線目前還難以與傳統儲能方式相抗衡。因此，部分投資方采取謹慎觀望態度，等待成本下降和市場進一步明朗。
但很多人依然持樂觀態度。“我們看中的是壓縮空氣儲能的發展潛力。”山東電力工程咨詢院有限公司山東省能源大數據中心副主任裴善鵬認為，山東是新能源大省，新型儲能發展迅速，3年來電網新型儲能裝機量由55萬千瓦增長至566萬千瓦，裝機規模居全國第二。截至今年9月10日，山東省電網風光發電量突破1000億千瓦時，用時較去年提前70天。當前，山東省儲能配置以2小時儲能時長為主流。未來隨著新能源裝機比例持續攀升，對4小時至6小時儲能的需求將顯著增強。在此背景下，以壓縮空氣儲能技術為代表的長時儲能方案將得到廣泛應用。
在新型儲能技術商業化進程中，政策支持尤為重要。通過制定針對性政策措施，可以有效促進新型儲能技術示范應用，帶動成本下降，為進一步推廣新型儲能技術奠定堅實基礎。“山東發展新型儲能是新型電力系統建設的必然選擇，也有電力現貨市場支撐等優勢，但新型儲能建設成本高的現象會在一段時間內持續存在。為促進全省新型儲能發展，能源主管部門出臺相關支持政策，充分體現了政府重視和政企密切協同的特點。”國網山東電力調度控制中心水電及新能源處負責人劉軍說。
“以肥城壓縮空氣儲能項目為例，山東省在并網發電盈利方面積極引導。參考山東省印發的促進新型儲能示范項目健康發展的若干措施，壓縮空氣儲能成本回收機制主要來源于現貨電價差、容量補償、容量租賃三種形式。”孫衍偉介紹。據測算，鹽穴壓縮空氣儲能項目全生命周期為30年至50年，預計10年至12年可收回成本，盈利空間可觀。
“發展初期可以通過政策‘扶上馬送一程’，最終目標是促進產業獨立發展并實現盈利。”裴善鵬說，山東省電力現貨市場發展4年來，已探索出一條比較成熟的路徑。從長遠來看，在構建新型電力系統過程中，最終目標是建立與新型儲能相適應的市場機制，從而促進整個行業可持續發展。 （經濟日報記者 崔 浩）
手機看中經
經濟日報微信
中經網微信
