程醉

2021年9月30日，我國(guó)自主研發(fā)的首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)組，在江蘇常州市金壇區(qū)鹽穴壓縮空氣國(guó)家試驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)順利實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，向國(guó)家電網(wǎng)發(fā)出我國(guó)首個(gè)大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站的第一度電。

你們是不是看得云里霧里？現(xiàn)在，我向大家介紹“儲(chǔ)能電站”“壓縮空氣儲(chǔ)能”“非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站”“空氣透平發(fā)電系統(tǒng)”這4個(gè)相關(guān)概念，幫助大家理解。

在談儲(chǔ)能電站之前，我們先搞清楚為什么要儲(chǔ)能。簡(jiǎn)而言之，儲(chǔ)能就是把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，儲(chǔ)能電站主要解決高峰時(shí)段用電問(wèn)題。

過(guò)去，人們常用抽水蓄能電站儲(chǔ)能，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期利用電能將水抽到上水庫(kù)里儲(chǔ)存起來(lái)，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期放水至下水庫(kù)發(fā)電。這個(gè)方法有效，但有明顯的缺點(diǎn)——抽水蓄能電站建設(shè)周期長(zhǎng)，并且對(duì)環(huán)境有很高的要求。近幾年，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電所占比例不斷上升。但它們存在不穩(wěn)定的缺陷，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)一到晚上就“罷工”，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在沒(méi)風(fēng)或風(fēng)小的時(shí)候會(huì)歇菜，人們用這兩種系統(tǒng)發(fā)電要“看天吃飯”。

因此，我們得用好辦法把多余的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，盡快建成技術(shù)成熟的、對(duì)環(huán)境友好的、性?xún)r(jià)比更高的儲(chǔ)能電站。

壓縮空氣儲(chǔ)能并非新技術(shù)，德國(guó)早在1978年便建成世界上第一座示范性壓縮空氣儲(chǔ)能電站。它的工作原理和抽水蓄能電站工作原理大致相同，利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷期的電能帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮并儲(chǔ)存，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣發(fā)電。

壓縮空氣儲(chǔ)存在什么地方很有講究。人們一般會(huì)把它密封在報(bào)廢的礦井、山洞、巖穴中，有時(shí)也會(huì)將它儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐或儲(chǔ)氣井中。我國(guó)常州市的非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站，是將壓縮空氣儲(chǔ)存在地下鹽穴中。

鹽穴指鹽礦被開(kāi)采后留下的礦洞。人們采用水溶方式在地下鹽層或鹽丘中采鹽之后，在高溫高壓的環(huán)境中，鹽穴里剩余的鹽會(huì)將裂縫補(bǔ)上。過(guò)一段時(shí)間，鹽穴便成為比較好的密封庫(kù)房。利用鹽穴儲(chǔ)存石油、天然氣等物資費(fèi)用較少，還非常安全。常州市金壇區(qū)的鹽穴大約在地下1000米深的地方，周?chē)貨r穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生泄漏，并且空間很大，能儲(chǔ)存1000萬(wàn)立方米壓縮空氣。

目前，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)大致可以分為以燃料為熱源的、自帶儲(chǔ)熱的、無(wú)熱源的這三類(lèi)。

國(guó)外已經(jīng)投產(chǎn)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站幾乎都采用以燃料為熱源的系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)最成熟。但它對(duì)化石燃料的依賴(lài)程度很高，碳排放量很大，對(duì)環(huán)境并不友好。

我國(guó)常州的非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站采用的是自帶儲(chǔ)熱系統(tǒng)：壓縮機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，回收并儲(chǔ)存壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。在需要發(fā)電時(shí)，電站利用儲(chǔ)存的熱量對(duì)壓縮空氣進(jìn)行補(bǔ)熱，從而摒棄燃燒化石燃料補(bǔ)熱的環(huán)節(jié)。

科學(xué)家研究后發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能電站的電能轉(zhuǎn)換效率比較低，而常州的非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站可以將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上。

無(wú)熱源壓縮空氣儲(chǔ)能，也被稱(chēng)為等溫壓縮空氣儲(chǔ)能，特點(diǎn)是空氣在被壓縮和膨脹過(guò)程中無(wú)限接近等溫。目前，相關(guān)技術(shù)還有待優(yōu)化。

透平，是外文turbine的譯音，指將流體介質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器。根據(jù)對(duì)應(yīng)的流體介質(zhì)，它們一般分為水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)馔钙胶涂諝馔钙降取?/p>

傳統(tǒng)的空氣透平發(fā)電系統(tǒng)由點(diǎn)火系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃燒室等部分組成。它工作時(shí)，外力讓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值后，壓縮空氣進(jìn)入燃燒室，和燃料一起燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓、高速的燃?xì)饬饕园l(fā)電。

我國(guó)常州市的非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站用的是新型空氣透平發(fā)電系統(tǒng)，沒(méi)有燃料燃燒環(huán)節(jié)，使用對(duì)空氣進(jìn)行壓縮時(shí)儲(chǔ)存的熱量加熱輸出后膨脹的壓縮空氣，再用其后形成的氣流發(fā)電。