“成功!”1月9日,伴随着最后一个控制开关被合上,宽敞明亮的集控室内爆发出热烈的掌声与欢呼声,中国能建主体投资建设的全球首座300兆瓦(MW)压气储能示范工程“能储一号”在湖北应城全容量并网发电成功。

湖北应城压气储能示范工程单机功率达300MW、储能容量达1500兆瓦时(MWh)、系统转换效率约70%,是目前世界单机功率最大的全容量并网发电压气储能示范工程。

“该工程创造了单机功率、储能规模和转换效率三项世界纪录,具有首创性、示范性和引领性的里程碑意义。”中国能建党委书记、董事长宋海良说。

创新采用“非补燃”技术实现零排放

压缩空气储能是一项新型蓄电技术,因其具有易建设、大容量、深调峰、强构网、全绿色、安全可靠等优势而成为能源行业追逐的热点,是目前除抽水蓄能之外最为成熟的物理储能技术之一,业内称其为“超级绿色充电宝”。

“风电、光伏等新能源比较‘调皮’。虽然我国新能源装机规模不断增加,但电力供应还存在有时过剩有时不足的问题,且频率忽高忽低。这就需要储能来担当‘绿电管家’,平衡电网供需。”中国能建数科集团副总经理李峻介绍,简单来说,就是利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气,将其储藏在高压密封设施内,在用电高峰释放出来发电。

近年来,我国压气储能产业化进程明显提速,相关技术经历了从无到有、从弱到强、从跟跑到领跑的发展转变,国内1.5MW、10MW、60MW级压气储能项目陆续投运。在湖北应城项目之前,压气储能工程项目的最大单机功率停留在几十兆瓦区间。湖北应城压气储能示范工程单机功率达300MW、储能容量达1500MWh,意味着其满负荷工作时,每日充放电循环吞吐的空气量达到1.35万吨,相当于320节高铁车厢的重量,年均发电约5亿千瓦时,可以满足25万家庭1年的生活用电需求。

“能储一号”通过创新采用“非补燃”技术,实现了零碳排放,极大提高了转换效率。目前世界上大部分已投运的盐穴型压气储能电站需要天然气来加热空气。这个过程叫作补燃,会产生污染排放并造成压缩热的损失。“能储一号”无任何化石燃料参与,是利用自身的内循环实现非补燃,能够做到真正的零碳。

“大家都知道打气筒在打气的时候会发热,即空气压缩过程中会产生热量。我们把这个热量巧妙地利用起来了。”李峻介绍,利用自主研发的先进技术,将空气压缩过程中产生的热量进行回收再利用,机组在“一呼一吸”间完成储电和发电,全过程无任何化石燃料参与,没有任何燃烧、排放,实现全绿色、非补燃、高效率和低成本,成为世界压气储能电站的标杆。

开展地下600米处能量存储转换

600米深度、300MW单机功率的条件,对地上部分的适配器要求非常高,研发团队还要设法减少盐分对管柱、叶片的侵蚀。“在这个项目中,团队首次使用了压裂连通井来储存高压空气,将盐穴沉渣空间利用理念变成了工程实践。此外,团队还首次提出并研发了高位注气—低位排卤等一系列新技术,高效利用了孔隙储气,建成了具有70万方左右的地下储气空间,保证30万千瓦机组的正常运行。”中国工程院院士杨春和说。

“能储一号”能实现单机功率大幅跨越的“杀手锏”之一是储换热球罐。“能储一号”的储热系统核心装备单罐直径19米、重量500吨。在此之前,国内还从未有过适用于压缩空气储能频繁储换热工况、储热温度能达到180摄氏度以上的大型球罐。

“球罐施工难度极大,为预防在焊接过程中球罐发生变形,必须由12位技术精湛的焊接工程师同时施焊,才能保证焊接平衡。”中国能建集团装备有限公司负责储换热球罐生产的工作人员回忆道。

“‘能储一号’能够每天蓄能8小时、释能5小时,使用寿命长达30年以上。其每年将节约标煤15.9万吨,减少二氧化碳排放41.1万吨,可有效应对新能源发电的波动性、间歇性和随机性问题,电力调峰能力是同规模火电机组的3倍,是新能源发展的‘最佳拍档’。”中国能建首席专家,数科集团党委书记、董事长万明忠表示,以“能储一号”为代表的新型储能具有长时间、大容量、强构网等特性,是构建新型电力系统的关键支撑,将为电网安全稳定运行和新能源消纳发挥重要作用。