西方直呼“反人类工程”!中国把多余的电,压进地下1000米存起来
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很多人看到这个标题,第一反应都会觉得夸张,西方口中所谓“反人类工程”,并不是说这件事违背道德,更多是一种带着惊讶的评价。在不少海外能源从业者眼里,把富余的电能,转换成高压空气,封存在地下一千米的盐穴里面,这个思路跳出了大家长久以来对存电的固有认知,看上去违背常规做法,才慢慢传出这样一个说法。但它不是什么天马行空的设想,现在已经实实在在落地,并且在国内多个地方稳定运行,正在悄悄改变我们整个电网的运行方式。
普通人平时用电,几乎感受不到背后的难题。风电、光伏有一个天生的短板,它做不到随用随发。太阳充足、风力稳定的时候,发电量会一下子冲到很高,电网消化不掉这么多电;等到晚上没太阳、风停下来,发电量又会快速往下掉,用电高峰的时候又容易出现电力紧张。早些年,遇到这种电用不完的情况,很多地方只能选择弃风弃光,辛辛苦苦发出来的清洁电能,只能白白浪费。大家可能不太清楚,电本身很难长时间储存,它发出来的瞬间,就要被消耗掉。过去大规模存电,最成熟的方案是抽水蓄能,简单说就是用电低谷把水抽到高处水库,高峰放水推动发电机。但抽水蓄能有一个绕不开的门槛,必须找到有高低落差、适合修建水库的山体,选址非常苛刻,建设周期往往要七八年,还会牵扯土地、移民、生态评估一系列问题,想要快速铺开,难度很大。锂电池储能虽然灵活,响应速度快,适合短时间调峰,但是大容量、长时间存电的时候,成本、使用寿命、回收压力都是绕不开的难题,很难单独承担起长时大规模储能的任务。
正是在这样的背景下,盐穴压缩空气储能走进了我们的视野。很多人会好奇,地下一千米,我们拿什么容器装高压空气?答案就是盐穴。过去开采岩盐的时候,工作人员用水把地下岩层里面的盐溶解抽出,开采完成之后,地下就留下巨大的空腔,也就是盐穴。盐岩本身有一个很特殊的性质,它具备自我修复的能力,如果岩壁出现细微裂纹,盐体会慢慢流动愈合,密封性非常适合存放高压气体,天然就是一个巨大、稳固的地下储气仓库。江苏金坛的示范电站,就是利用这样一处地下空腔,位置刚好就在地下接近一千米的地方,整个盐穴的容积,差不多相当于一百零五个标准奥运泳池,体量足够惊人 。山东肥城、湖北应城、还有正在推进的金坛二期项目,也都在沿着这套路线持续扩容,一步步把这项技术推向商业化。
它整套工作流程,用大白话讲并不复杂。等到电网里面电多、电价偏低的低谷时段,富余的风电、光伏或者电网多余电量,会驱动大功率压缩机,源源不断把空气加压,压进地下盐穴里面。空气被剧烈压缩的时候,会释放出大量热量,国外早期老式的压缩空气储能项目,会直接把这部分热量排走,等到释放空气发电的时候,还要额外燃烧天然气加热空气,才能推动机组运转,不仅效率低,还会产生碳排放,整体转换效率大多只有四成出头。国内科研团队走的是完全不一样的路线,也就是非补燃技术。压缩产生的热量不会丢掉,通过换热设备收集起来,存进专门的储热装置。等到白天或者傍晚用电高峰,需要向外送电的时候,再打开通道释放地下封存的高压空气,提前存好的热量同步释放,加热空气,推动膨胀机带动发电机,重新变回电能送回电网。整个循环全程不需要烧燃料,没有额外燃烧排放,这也是我们这套技术最核心的突破点。
很多人看到地下千米工程,第一反应会担心安全问题,会不会漏气,会不会造成地层塌陷,污染地下水。从已经运行多年的示范项目监测数据来看,成熟选址的盐穴,经过长期评估、腔体改造、压力测试之后,稳定性很强。盐岩缓慢蠕变的特性,刚好可以持续封住内部高压空气,只要控制好注入、排气的压力节奏,就不会破坏地层结构。项目建设前期,地质勘探、数值模拟、腔体密封性检测每一步标准都卡得很严,不是随便找一处地下空洞就能开工。而且我们选用的大多是已经废弃、原本没有其他用途的老盐矿空腔,等于把原本闲置、没有价值的地下空间重新利用起来,属于资源二次盘活,并不是专门打洞去破坏地下岩层。当然这项技术也不是万能,它同样有局限,优质、适合大型储能的盐穴资源分布并不均匀,集中在国内少数几个盐矿带,没有合适地质条件的区域,就很难大规模落地。
我们可以拿已经并网的项目,看一看真实的数据。山东肥城三百兆瓦的先进压缩空气储能示范电站,一次充电大约八个小时,可以连续向外供电六个小时,一年发电量大约六亿度,能够稳定保障二十多万户居民的用电需求,每年可以节约标煤接近十九万吨,减少接近四十九万吨二氧化碳排放 。它整套核心设备全部国产化,压缩机、膨胀机、换热器、蓄热装置都经过第三方严格检测,整套系统最高转换效率能够突破七成,已经追上不少抽水蓄能项目的水平,设计使用寿命达到三十年,全周期的度电成本控制在每千瓦时两毛到三毛区间,长期运营的经济性正在慢慢显现 。而江苏金坛二期项目,建成之后总装机达到七百兆瓦,是目前全球规模最大的盐穴压缩空气储能项目,一次储存电量可以达到两百八十万度,能够满足六十万户家庭一年用电,每年减少二氧化碳排放五十二万吨,它的落地,也代表国内这项技术正式进入大容量规模化阶段 。
放到普通人的日常生活里,这项工程离我们并不遥远。它最直观的作用,就是平滑电网里面忽高忽低的电力供给。夏天空调集中开启、傍晚家家户户做饭开灯,就是典型的用电高峰,这个时候如果单纯依靠火电调峰,不仅响应慢,还会增加化石能源消耗。有了这些地下储能电站,高峰时段就可以释放储存好的清洁电力,分担电网压力,减少拉闸限电的风险。等到深夜用电少、风光发电量富余的时候,再把多余的电存进去,形成一个稳定循环。同时,它还可以提供调频、备用电源这类服务,如果电网出现短暂波动,储能电站可以快速输出电力,稳住电网频率,提升整个供电系统的韧性。长远来看,想要持续提高风电、光伏在我们能源结构里面的占比,长时储能就是绕不开的一块拼图,如果存电跟不上发电的增长速度,大量新建的风电场、光伏电站,都会面临发出来的电消纳困难的问题。
不少海外能源机构之所以会给出那种带有冲击感的评价,本质上是因为过去几十年,国外压缩空气储能一直停留在老式补燃路线,商业化推进速度很慢。当他们看到我们依靠自主研发,跳出原来的技术框架,把废弃盐穴改造成大型电力仓库,还接连落地多个世界级规模的电站,自然会觉得颠覆以往认知。但我们的科研人员,并不是追求花哨的工程噱头,而是根据国内能源现状,踏踏实实寻找适合自己的储能方案。抽水蓄能、压缩空气储能、锂电池、液流电池,它们之间不是谁取代谁,而是互相搭配。抽水蓄能依旧是大规模储能的主力,压缩空气储能作为补充,用来填补长时储能的缺口,锂电池更多偏向短时快速调节,大家各司其职,一起搭建更稳定的新型电力系统。
当然我们也要客观看待这项技术现阶段存在的短板。虽然现在已经实现并网发电,但整体产业还处在规模化起步阶段。优质盐穴资源有限,如果想要在没有盐矿的地方建设,人工开挖地下硐室,前期投入成本会明显抬高。整套系统设备繁多,压缩机、大型换热器、高压管道制造门槛高,初期一次性投资不小。虽然三十年的寿命足够长,但想要进一步压低造价,还需要更多项目落地,依靠产业链规模化,持续迭代设备工艺。另外,地下腔体长期运行之后的老化监测、运维标准,也还在依靠已投运电站持续积累经验。它是一条很有潜力的路线,但不会一夜之间解决所有储能难题,后续还有很长的技术打磨之路。
很多人可能会问,这些存进地下的电,能不能直接降低我们家里的电费?短期来看,很难立刻体现到居民电价上面。储能电站前期投入巨大,现阶段它更多的价值,是提升整个电网接纳清洁能源的能力,减少弃风弃光,降低整体能源体系对煤炭的依赖,带来长期的环境效益和能源安全收益。等到未来储能项目足够多、成本持续下降,整个电力市场更加成熟之后,峰谷电价的调节空间进一步打开,普通人才会慢慢感受到它带来的红利。它不是一个短期赚快钱的项目,属于为未来几十年能源转型打下基础的长线基建。
从最早实验室里面的小型样机,到江苏金坛世界首座非补燃示范电站并网,再到三百兆瓦、七百兆瓦级别的大型项目陆续启动,国内压缩空气储能只用了短短十几年,走完别人几十年的路。很多人容易把它当成一个猎奇的工程新闻,但它背后,是一整条国产装备产业链的突破。如果核心压缩机、膨胀机全部依赖进口,这项工程根本没有办法大规模铺开。现在从设计、装备制造、施工、腔体监测到运营控制,整套体系已经实现自主可控,这才是这件事最值得留意的地方。
能源转型这件事,很少有什么惊天动地、一眼就能看懂的奇迹,更多就是这样藏在地下、安静运转的工程。地面上看不到高耸的大坝,没有成片的电池柜,但是在地下千米深处,一座座盐穴正在变成一座座看不见的电力银行,把多余的绿色电能收好,等到需要的时候再释放出来。西方那句流传很广的评价,与其说是批判,不如说是一种侧面印证,印证我们正在走出一条不一样的储能道路。它不违背自然规律,更不是什么匪夷所思的操作,只是把能量转换的场地,从地表挪到了地下闲置空腔,用物理方式,帮我们留住那些原本会浪费掉的清洁电力。
未来几年,国内还会有更多盐穴压缩空气储能项目开工投产,同时科研团队也在尝试其他路线,硬岩硐室储能、人工储气库方案都在试点,尽可能摆脱对天然盐穴的依赖。随着技术持续成熟,这类地下储能,会慢慢变成国内电力基础设施里面常规的一部分,就像今天大家已经习惯抽水蓄能电站一样。我们普通人不用深入弄懂里面复杂的热力循环,只要知道,正是这些看不见的工程,在默默让供电更稳,让清洁能源占比越来越高。
对于这种把富余电力压进地下千米盐穴储存的长时储能方案,你觉得它未来能不能成为国内储能赛道里面的主力?如果以后有更多这类地下储能工程落地,你更关心它的安全,还是最终能不能拉低用电成本?欢迎在评论区留下你的看法,感兴趣也可以点个关注,后续继续和大家分享国内能源基建的新进展。
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