9月28日上午,全球最大規模的350兆瓦鹽穴壓縮空氣儲能示范工程在山東泰安市舉行開工儀式。
該項目采用全球首創的低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術,由中國能建數科集團聯合中國能建華東建投、泰安市泰山新能源發展有限公司等單位共同投資建設,工程建成后將在壓縮空氣儲能領域實現單機功率全球第一、轉換效率全球第一、儲能規模全球第一等三個全球第一。
該項目一期建設一臺350兆瓦/140萬千瓦時機組,總投資約22.3億元,采用低溫熔融鹽儲熱高溫絕熱壓縮系統方案,設計儲能/充電時間8小時,釋能/放電時間4小時。項目投運后年發電量約為10億千瓦時。
依托中國能建自主研發的大容量非補燃壓縮空氣儲能技術,全球首創的低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術,該項目的系統綜合轉換效率可達70%以上,效率水平全球第一;更經濟的工程造價水平,核心經濟指標單位造價降至6000元/千瓦左右;更智慧的數字化電站,全過程數字技術賦能,打造儲能電站數字孿生,實現“智能、協同、融合、安全、柔性”的智慧電廠。
而其中最具創新性的當推其全球首創的低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術。那么,這種技術到底是怎樣的運行原理?
首先要了解的是,按照運行原理,壓縮空氣儲能分為補燃式和非補燃式兩類。
補燃式壓縮空氣儲能需要借助于燃料的補燃,從而實現系統的循環運行,儲能時,電機驅動壓縮機將空氣壓縮至高壓并存儲在儲氣室中,完成高壓空氣的存儲;釋能時,儲氣室中的高壓空氣進入燃氣輪機,在燃燒室中與燃料混合燃燒,驅動燃氣輪機做功,帶動發電機對外輸出電能,從而完成發電過程。
非補燃式壓縮空氣儲能基于常規的補燃式壓縮空氣儲能發展而來,通過采用回熱技術,將儲能時所產生的壓縮熱收集并存儲,待系統釋能時用以加熱進入渦輪機的空氣,從而摒棄了燃料補燃,非補燃壓縮空氣儲能消除了對化石燃料的依賴,實現了有害氣體的零排放。
▲非補燃式壓縮空氣儲能原理圖
理想情況下,空氣在壓縮機中進行絕熱壓縮,會產生大量的壓縮熱,例如,將常溫常壓空氣直接壓縮至5MPa,溫度將達到650℃左右。若在壓縮過程結束,100%的壓縮熱被回收利用,系統將達到最高效率。蓄熱式非補燃技術可回收再利用氣體壓縮過程所產生的壓縮熱,這種系統的理論系統效率能達到70%~80%。
當前,其中采用的蓄熱介質多為高溫導熱油,導熱油的最高工作溫度僅為350℃~400℃,更高的運行溫度有望實現更高的系統效率,而熔鹽則可以實現550℃的儲熱溫度,有望在壓縮空氣儲能系統中發揮關鍵作用。但總體來看,熔鹽作為蓄熱介質目前還在研發示范階段。這也是中國能建為何宣稱該項目采用了全球首創的低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術的原因。
需要指出的是,采用熔融鹽蓄熱的非補燃壓縮空氣儲能發電系統,熔融鹽的能量來源可以來自于空氣的壓縮熱,同時也可以來自于低谷電、棄風/光電等廉價電能。
中國能建稱,該項目采用低熔點熔鹽,拓寬了熔融鹽的溫度使用區間,降低了工程總造價。這是因為熔鹽作為儲熱介質,根據Q=cm△t這一熱量計算公式,溫差越大,存儲同等熱量消耗的熔鹽量就越小。目前尚不清楚該項目采用的低熔點熔鹽的運行溫度區間,但其定然應該比傳統的二元熔鹽(60%硝酸鈉+40%硝酸鉀的混合物)220~550攝氏度的運行溫差要更大,因此也將能實現更高的系統效率。
由此可見,山東泰安350MW鹽穴壓縮空氣儲能示范工程的開建,其意義不僅僅是將創建單機功率全球第一、轉換效率全球第一、儲能規模全球第一的“三個第一”,其更是壓縮空氣儲能技術創新示范的新里程碑。在壓縮空氣儲能技術商業化的歷史進程中,該項目首次商業化應用低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術,將值得被歷史銘記。