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很多人心里一直有一个固定认知,电这个东西,发出来就要马上用掉,没法像粮食、汽油那样大批量存起来。风电遇上大风、光伏赶上正午,一下子冒出大量富余电力,如果电网消化不掉,就只能被迫弃电,白白浪费掉好不容易发出来的清洁电能。很长一段时间里,全世界都在头疼这件事。而现在国内落地的盐穴压缩空气储能工程,就是专门用来解决这个难题的方案。不少西方能源行业的从业者看到这套工程落地之后,给出一个很夸张的评价,把它称作反人类工程。这里先要说明白,这个说法并不是指这项工程违背道德,只是一种带有惊叹的调侃,意思是它打破了行业延续几十年的固有思路,把大家觉得很难实现的事情实实在在做出来了,把多余的电转化成高压空气,封存在地下一千米深处的空腔里面,等到用电紧张的时候,再重新变回电力送回电网。
很多人第一次听说这个项目,第一反应都会好奇,地下一千米,到底拿什么容器装这些高压空气?答案就是盐穴。过去开采岩盐的时候,工人用水溶的方式把地下岩层里面的盐溶解之后抽出来,时间久了,地下就会形成巨大、中空的洞穴。这种盐岩本身有一个非常特殊的属性,一旦岩壁出现细小裂纹,盐层遇水之后会慢慢流动,自动把缝隙补上,也就是业内常说的自愈特性,密封性非常靠谱,天然就适合存放高压气体。放在地面,如果要打造同等规模、可以承受上百个大气压的储气罐体,造价会高到难以承受,还会占用大片土地。废弃盐穴本来就是采盐之后留下的闲置空间,把它改造利用,等于把原本没有价值的地下空腔,改造成一座巨型地下电力仓库,这也是这套方案最巧妙的地方之一 。
整个工作流程,用大白话讲一点都不复杂。到了后半夜,大多数家庭、工厂用电量下降,电网里面就会多出不少用不掉的电,还有白天光伏出力爆棚、大风天风电猛增产生的富余电量,都会被引到储能电站。这些电用来驱动大型压缩机,就像我们给自行车打气,只不过规模放大成千上万倍,把常压空气不断压缩,变成高压状态,顺着深井管道,注入地下千米的盐穴当中。空气被强力压缩的时候,会释放大量热量。国外早年建成的压缩空气储能电站大多是补燃路线,等到释放空气发电的时候,需要燃烧天然气加热空气,不仅会产生碳排放,整体转换效率也偏低,早期项目效率甚至只有四成出头。而国内研发落地的非补燃路线,把压缩过程产生的热量全部收集起来,存进专门的储热装置,等到需要发电的时候,再把这部分热量还给膨胀的空气,全程不用额外燃烧化石燃料,实现零碳运行,能量转换效率稳定冲到七成左右,直接拉开和海外传统项目之间的差距,也是这项技术最核心的突破点 。
等到用电高峰来临,比如夏天午后开空调、傍晚家家户户做饭开灯,电网负荷快速往上走,供电压力变大的时候,地面阀门打开,封存在地底的高压空气顺着管道冲上来,配合之前储存的热量,推动大型透平机高速转动,带动发电机运转,原本存起来的压力势能,重新变回稳定的交流电,输送进国家电网。一存一放,完成一次完整的循环,也就是大家常说的削峰填谷。江苏金坛、山东肥城、湖北应城,现在都已经建成并且投运了示范电站,其中金坛二期项目,两座机组全部启动之后,一次储能可以存下二百八十万度电,足够十万台新能源汽车充满,一年发电量大约十亿度,一年下来可以省下二十七万吨标准煤,减少五十二万吨二氧化碳排放。肥城三百兆瓦示范电站,一次充电大约八个小时,可以持续向外供电六个小时,年发电量大约六亿度,能够稳定保障二十多万户居民的日常用电需求 。
很多读者会疑惑,我们已经有锂电池储能,还有抽水蓄能,为什么还要花大力气往地下修这种工程?其实每一种储能方式,都有自己适合的场景,不存在谁能够完全替代另外一种。锂电池储能响应速度快,部署灵活,适合短时间、小规模的调节,但是电池有充放电次数上限,使用多年之后容量会衰减,大规模堆砌电池,还有消防安全隐患,长时间大容量存储的时候,成本压力很大。抽水蓄能是目前国内成熟度最高的长时储能手段,但是它对地形要求苛刻,必须找到高低落差足够的两处水库,适合修建的地点数量有限,建设周期很长,很难快速铺开。盐穴压缩空气储能刚好补上中间这块缺口,它属于物理储能,理论上没有容量快速衰减的问题,设计使用寿命普遍可以达到三十年以上,维护成本偏低,适合长时间、大容量存放电力,还能给电网提供稳定的转动惯量,当电网出现波动的时候,稳住频率,提升整个电网的抗风险能力,哪怕遇到特殊情况,还具备黑启动的潜力,在大面积停电之后帮助电网逐步恢复供电 。
当然,这项技术也不是没有短板,我们不需要刻意美化它。第一个门槛就是合适的盐穴资源并不多,不是所有产盐区域的地下空腔都能够拿来改造,岩层结构、密封性、体积、埋藏深度都要经过层层筛查,很多地方就算有盐矿,符合储能标准的盐穴也寥寥无几。除了盐穴之外,虽然理论上也可以使用废弃矿井、人工开凿岩洞,但是人工打造密闭储气空间,造价会明显抬高。其次,整套系统设备链条很长,压缩机、换热器、膨胀机都属于高端装备,前期一次性投入不小,只是随着国内多条示范项目落地,产业链慢慢成熟,设备国产化率持续走高,单位造价正在稳步往下走。另外,它的能量密度比不上电池,占地规模更大,更适合放在具备地质条件的区域,没有办法像电池柜那样灵活分散布置。正是因为有这些门槛,海外很多研究机构很早就盯上压缩空气储能,却很难实现大规模商业化落地,大多停留在小型试验项目,很难做到国内这种连续落地、持续扩容的节奏 。
放在国内能源转型这个大背景下面,这项工程的实用价值会看得更加清楚。最近这些年,国内风电、光伏装机量一路上涨,清洁能源占比越来越高,但是风和光本身不受人为控制。太阳落山,光伏立刻停止出力;风忽大忽小,风电输出跟着起伏。如果储能跟不上,大量清洁能源就没法放心并网,只能限制发电出力,也就是大家听说过的弃风弃光。过去想要缓解这个矛盾,很大程度要依靠火电随时启停来兜底,不仅增加碳排放,火电机组频繁变负荷运行,设备损耗也更大。盐穴储能电站就相当于给电网装上一个巨型缓冲器,风光发得多的时候,把富余电量存起来,风光出力不足的时候,平稳向外送电,减少对火电调峰的依赖,让更多清洁电能真正送到千家万户。
对于普通老百姓来说,这项工程看似离日常很远,其实潜移默化影响着用电体验。到了夏天、冬天用电高峰,电网调节手段越丰富,大面积限电、停电的概率就越低。同时,更大规模消纳风光电力,长期下来也有助于拉低整体供电成本,推动电价保持稳定。还有一点,废弃盐矿改造,属于资源循环利用,过去水溶采盐留下的地下空腔,如果不去处理,本身就存在地质管控的压力,把它改造成储能空间,相当于把环境负担,转变成能源资产。整套产业链还会带动压缩机、换热装备、特种管材这些高端制造产业发展,创造新的产业岗位,形成一条全新的绿色产业赛道,这也是它附带的社会效益。
现在国内已经不是只停留在一两个示范电站阶段,除了江苏、山东、湖北已经落地的标杆项目,不少具备盐矿资源的省份,都已经启动前期勘测和规划,除盐穴路线之外,科研团队也在持续探索其他储气载体,降低这项技术对地质条件的依赖。从最早从国外引进思路,到我们率先把非补燃路线做成大型商用工程,核心装备逐步实现全部国产,走完一条从追赶、并跑到部分领域领跑的道路。西方口中那句所谓反人类工程,说到底,本质是对这种工程思路的惊叹。很多国家不是想不到这个办法,而是受限于地质条件、产业链配套、工程整合能力,很难把设想落地成稳定运行、持续发电的大型电站。
能源转型这件事,没有捷径,不是依靠单一一项技术就能完成。抽水蓄能、压缩空气储能、锂电池储能、重力储能,还有其他各类新型储能,各自找准适合自己的位置,一起搭建起多层次的储能网络,才能支撑起未来以清洁能源为主的电力系统。盐穴压缩空气储能,就是这张大网络里面非常关键的一块拼图。它不会彻底取代其他储能方案,但是给我们提供了一条全新的、可持续的长时储能路径,让我们手里存放电力的手段变得更加丰富。
很多人平时很少关注这类地下工程,但是正是这些藏在地下、平时看不见的基建,在默默托举我们日常稳定用电,让越来越多清洁电能真正被用好。随着后续更多项目投产,技术持续迭代,建设成本继续下降,未来这种地下超级充电宝,还有更大的成长空间。
说到这里,想问问大家,你觉得这类地下长时储能,未来能不能大规模普及?相比于电池储能,你更看好哪一条储能路线?欢迎在评论区留下你的看法,觉得内容值得一看,也可以点个关注,后续持续给大家分享国内能源基建相关资讯。
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