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        鹽穴壓縮空氣儲能技術應用探討

        2018-08-14 01:03:54國興君馬華興
        中國鹽業(yè) 2018年10期
        關鍵詞:鹽穴壓縮空氣儲存

        ◎ 國興君 馬華興

        1.鹽穴利用概況

        鹽穴是巖鹽礦利用水溶開采方式開采后形成的地下空腔,具有體積巨大且密封良好的特點。由于巖鹽具有非常低的滲透性及良好的蠕變行為,能夠適應儲存壓力的變化;其力學性能穩(wěn)定,具有一定的結構強度;對構造裂縫或裂隙能夠自行關閉和密封,能夠保證儲存洞穴的密封性。巖鹽的上述物理化學特性,使得鹽穴能夠提供一個巨大而安全的地下空間,用于儲存那些不溶解鹽的物質,主要用于儲存石油、天然氣以及相關產(chǎn)品。

        目前世界上利用鹽穴改造的儲存庫主要集中在美國、法國、德國、加拿大等歐美國家。自上世紀六十年代起,國外一些鹽穴儲氣庫即投入運行,目前世界上在役的鹽穴儲氣庫已經(jīng)超過40座。在利用鹽穴儲存石油方面,美國走在世界前列,其所有石油戰(zhàn)略儲備庫全部采用鹽穴庫,歐洲的德、法等國也多為鹽穴庫。利用鹽穴壓縮空氣儲能方面的研究和應用,德國起步較早。在上世紀七十年代,德國亨托夫電站即投入運營,是世界上第一座商業(yè)運營的鹽穴壓縮空氣儲能電站。

        鹽穴作為一種不可再生資源,具有較高的經(jīng)濟價值和社會價值,市場前景廣闊。中國雖然有豐富的巖鹽資源,但由于受整體技術水平及重視程度的影響,在鹽穴利用方面的研究起步較晚,目前已被利用的鹽穴數(shù)量并不多,僅有中鹽金壇鹽化有限責任公司等少數(shù)企業(yè)涉足鹽穴利用的研究。

        2.鹽穴壓縮空氣儲能項目背景

        儲能技術能夠調(diào)節(jié)能量供求在時間、空間、強度和形態(tài)上的不匹配,為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務,可以顯著提高風、光等可再生能源的消納水平,促進能源生產(chǎn)消費開放共享和靈活交易,是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關鍵支撐技術。

        為促進儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,國家及地方給予了許多政策支持。2017年4月,國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)了《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》,其中將“先進儲能技術創(chuàng)新”列為中國未來15年的15項關鍵創(chuàng)新任務之一。國家發(fā)改委等五部委《關于促進儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》,明確了促進我國儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障措施等。國家能源局下發(fā)《關于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務補償(市場)機制試點工作的通知》,鼓勵發(fā)電企業(yè)、售電企業(yè)、電力用戶、電儲能企業(yè)等投資建設電儲能設施。各地政府也陸續(xù)出臺了許多政策支持儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,如山西能監(jiān)辦發(fā)布了《關于鼓勵電儲能參與山西省調(diào)峰調(diào)頻輔助服務有關事項的通知》,鼓勵電儲能參與調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務交易,提高電網(wǎng)整體調(diào)節(jié)性能;國網(wǎng)江蘇發(fā)布了《用戶側儲能并網(wǎng)管理規(guī)定(試行)》,為進一步支持用戶側儲能系統(tǒng)加快發(fā)展提供具體支持等。

        隨著儲能技術需求的不斷增加以及政策對儲能行業(yè)的支持力度不斷加大,研究機構預測未來四年內(nèi)國內(nèi)儲能市場規(guī)模將逾65GW,儲能行業(yè)將迎來蓬勃發(fā)展。2018年,山東新舊動能轉換綜合試驗區(qū)建設總體方案獲國務院批復,標志著山東新舊動能轉換綜合試驗區(qū)建設正式成為國家戰(zhàn)略,利用鹽穴壓縮空氣儲能成為能源領域投資新方向。面對新形勢新要求,山東肥城精制鹽廠有限公司采取外引內(nèi)聯(lián)的方式,將鹽穴儲氣與壓縮空氣儲能技術有機結合,推動鹽業(yè)這一傳統(tǒng)行業(yè)跨越式發(fā)展,爭取實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉型。

        3.項目概況及技術方案

        山東肥城精制鹽廠有限公司是山東省鹽業(yè)集團有限公司下屬企業(yè),公司巖鹽礦區(qū)位于泰安市大汶口盆地東向鹽礦。該礦位于東經(jīng) 116°53′-117°09′,北緯 35°58′-36°06′,礦床屬于古代內(nèi)陸湖相沉積巖礦床,構造上位于魯西隆起區(qū)汶蒙凹陷西端,礦區(qū)總面積36.44km2。公司目前擁有廢棄鹽穴2處,在用的連通礦井9對。公司擬利用廢棄鹽穴與某世界500強全資子公司探討合作事宜,投資3億元建設鹽穴壓縮空氣儲能項目,項目規(guī)劃總建設規(guī)模為25MW/200MWh。項目建成后,峰時日用量33000kWh,谷時日發(fā)電量20000kWh。項目建成后可以為地方電網(wǎng)提供調(diào)峰服務,以及提供200MWh的備用容量以及黑啟動容量。項目一期擬建設10MW/80MWh。

        3.1 項目技術方案

        3.1.1 工藝流程

        儲能時,電動機驅動多級壓縮機將空氣壓縮至高壓并儲存至地下鹽穴中,完成電能到空氣壓力能的轉換,實現(xiàn)電能的儲存。在此過程中,各級壓縮機的壓縮熱通過間冷器換熱回收并儲存在蓄熱介質中,回收熱量后的蓄熱介質儲存在熱罐中。

        當釋能時,壓縮空氣從地下鹽穴中釋放并通過節(jié)流閥將壓力降至膨脹機進口壓力,隨后通入多級透平膨脹做功,完成空氣壓力能到電能的轉換。在此過程中,來自熱罐的蓄熱介質通入各級膨脹機的級前換熱器,加熱各級膨脹機進口空氣,釋放完熱量的蓄熱介質儲存到冷罐中。

        該壓縮空氣儲能技術,儲能和發(fā)電均利用空氣進行,能量轉換過程中沒有燃燒或電化學環(huán)節(jié),實現(xiàn)了零碳排放、100%環(huán)保。系統(tǒng)儲能采用常規(guī)的電動機,發(fā)電采用常規(guī)的同步發(fā)電機組,發(fā)電機組的發(fā)電形式及運行特點與常規(guī)火力發(fā)電廠相似,系統(tǒng)響應速度優(yōu)于常規(guī)的火力發(fā)電廠和抽水蓄能電站,有益于改善電力系統(tǒng)的電能質量和功率平衡,尤其適于與新能源項目配套或吸納新能源的多余電力。此外,該系統(tǒng)為純機械系統(tǒng),壽命長;主要設備均為常用類型工業(yè)設備,經(jīng)試驗驗證,可靠性高;系統(tǒng)無高溫部件,維護成本低。

        3.1.2 裝機方案

        根據(jù)公司可用鹽穴技術參數(shù),結合當?shù)仉娋W(wǎng)運行情況及結合負荷消納情況,擬建設規(guī)模為壓縮空氣儲能系統(tǒng)25MW/200MWh。壓縮機總功率45000kW(10kV),膨脹發(fā)電機發(fā)電功率25000kW。該系統(tǒng)在谷電時段,壓縮機運行約8h,進行充電。在峰電及尖峰時段,膨脹發(fā)電機運行8h,進行放電。項目年運行天數(shù)330天,年耗電量11000×104kWh,年發(fā)電量6600×104kWh。項目可以為地方電網(wǎng)提供調(diào)峰服務,以及提供200MWh的備用容量以及黑啟動容量。

        3.1.3 電氣方案

        項目廠址位于XX鎮(zhèn),負荷消納區(qū)位該鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)內(nèi)。該鎮(zhèn)電網(wǎng)以220kV和35kV為主,220kV變電站一座容量為2×180000kVA,35kV變電站兩座。該鎮(zhèn)相鄰電網(wǎng)目前情況為距500kV某站10KM,距110kV某站6KM,110kV某站7KM。境內(nèi)共有過境線路500 kV線路兩條、220kV 2條。

        (圖 壓縮空氣儲能與電力系統(tǒng)耦合示意圖)

        接入系統(tǒng)設想方案:壓縮空氣儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的耦合如圖1所示,35kV經(jīng)1臺雙繞組變壓器降壓到10kV,接入儲能電站10kV母線。壓縮空氣儲能電站的電源電壓分為10kV和0.4kV兩個等級,采用1臺10/0.4kV變壓器將10kV降壓到0.4kV,作為系統(tǒng)自用電的電源。10kV電壓母線接入壓縮機的四極同步電機,平均功率16.8MW,啟動方式采用變頻啟動。10kV電壓母線還要接入透平發(fā)電機,發(fā)電機的有功功率為10MW,并網(wǎng)電壓為10kV、頻率50HZ。

        4.投資收益

        4.1 投資估算

        根據(jù)工程投資概算,25MW/200MWh壓縮空氣儲能系統(tǒng)工程總投資3億元,其中設備投資2.5億元。

        4.2 總成本費用估算

        每年發(fā)電成本約6660萬元,主要包括折舊費、修理費、職工工資及福利費、勞保統(tǒng)籌費、住房基金、材料費、保險費、利息支出、攤銷費、電網(wǎng)租賃費及其它費用。

        每年發(fā)電經(jīng)營成本約4550萬元,其中不包括折舊費、攤銷費和利息支出的全部費用。過網(wǎng)費參照國家能源局《關于開展分布式發(fā)電市場化交易試點的通知》(發(fā)改能源【2017】1901號)的規(guī)定估算。

        4.3 發(fā)電收入

        暫不計電網(wǎng)輔助服務盈利。測算的發(fā)電收入主要為利用電網(wǎng)峰谷電價差,協(xié)助削峰填谷所得。系統(tǒng)每天運行一個周期,谷電儲能、尖峰時段及高峰時段釋能,年發(fā)電收入6300萬元。

        4.4 盈利能力分析

        本項目每年收益約1730萬元,靜態(tài)投資回收期為15.44年,總投資利潤率為6.48%,財務內(nèi)部收益率為4.96%。

        5.目前制約項目建設存在的困難

        由于山東省谷電價格較高,使得儲能項目成本高,制約了項目給企業(yè)提供更低的用電電價,導致為企業(yè)節(jié)約的用電費用有限(每年節(jié)約電費僅約200萬元),以及項目投資收益指標不理想,需要向國家電網(wǎng)公司爭取一些政策支持。如能夠爭取到更優(yōu)惠的低谷電價或電網(wǎng)容量電價,或購買周邊棄風電量進行儲存,將顯著提升項目收益率。

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