實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，儲(chǔ)能是關(guān)鍵支撐技術(shù)。其中，被稱為“空氣充電寶”的壓縮空氣儲(chǔ)能，因具備長時(shí)間、大規(guī)模儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。
3月的南京，國際首套“百兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與集成驗(yàn)證平臺(tái)”正在抓緊建設(shè)。面對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的首要任務(wù)，該重大科技創(chuàng)新平臺(tái)肩負(fù)怎樣的使命、進(jìn)度如何？記者提前探訪。
先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能平臺(tái)落地南京
(資料圖片僅供參考)
遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，與一般建設(shè)工地相比，中科南京未來能源系統(tǒng)研究院施工現(xiàn)場并沒什么大區(qū)別，但其實(shí)內(nèi)有乾坤。“整個(gè)研究院包括4棟廠房、1棟辦公樓，共占地84.45畝、建筑面積約5萬平方米，其中試驗(yàn)和測(cè)試平臺(tái)區(qū)約4萬平方米。”國家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)中心主任、中科南京未來能源系統(tǒng)研究院儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人陳海生介紹，這里正在重點(diǎn)建設(shè)國際首套“百兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與集成驗(yàn)證平臺(tái)”，該平臺(tái)針對(duì)傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要技術(shù)瓶頸，建成后將開展大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)集成研發(fā)，推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)我國構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系。
什么是壓縮空氣儲(chǔ)能？簡單來說，就是在用電低谷的時(shí)候，通過壓縮機(jī)把空氣壓縮成高壓空氣存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣裝置中；在用電高峰的時(shí)候，再釋放高壓空氣驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電。
壓縮空氣儲(chǔ)能為何重要？2020年底，美國能源部發(fā)布《儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)》，將壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種典型的大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，特別指出當(dāng)其利用鹽穴等大型儲(chǔ)氣洞穴時(shí)，有望成為全生命周期成本最低、最具潛力的大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。
“儲(chǔ)能是解決可再生能源大規(guī)模利用，發(fā)展智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。”陳海生說，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，主要手段就是提高可再生能源的應(yīng)用比例，用以替代化石能源，但是可再生能源具有不可控性，這就要靠儲(chǔ)能來解決問題。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，壓縮空氣儲(chǔ)能具有規(guī)模大、壽命長、儲(chǔ)能的周期不受限制、建設(shè)和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，因此被公認(rèn)為兩種適合大規(guī)模長時(shí)電力儲(chǔ)能的技術(shù)之一。但是，傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能存在三個(gè)發(fā)展瓶頸：一是依賴于地理?xiàng)l件，需要天然儲(chǔ)氣洞穴，如鹽洞、巖石洞穴、廢棄礦井等；二是依賴于化石燃料提供熱源；三是系統(tǒng)的效率相對(duì)較低。對(duì)此，各國都在積極研發(fā)新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。
做出世界最強(qiáng)“空氣充電寶”
江蘇是經(jīng)濟(jì)大省、制造業(yè)強(qiáng)省，能源消耗總量大，人均用能基數(shù)高。2020年江蘇率先提出“碳達(dá)峰”目標(biāo)，2021年又率先啟動(dòng)“雙碳”科技專項(xiàng)。
面向國家和江蘇省能源領(lǐng)域的重大需求，中科南京未來能源系統(tǒng)研究院圍繞能源的源頭、轉(zhuǎn)換和利用全過程，聚焦大規(guī)模物理儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫等領(lǐng)域，前瞻性布局“低碳、智能、高效”的未來能源發(fā)展方向，開展核心技術(shù)攻關(guān)和科研平臺(tái)體系建設(shè)。
其實(shí)，在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域，“國家隊(duì)”中國科學(xué)院工程熱物理研究所已深耕18年，原創(chuàng)性地提出了先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)新原理，可同時(shí)解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能三個(gè)主要技術(shù)瓶頸問題，先后建成國際首套1.5兆瓦、10兆瓦和100兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，其中100兆瓦系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率達(dá)70.4%，為目前世界單機(jī)規(guī)模最大、效率最高的“空氣充電寶”，其核心裝備自主化率達(dá)100%，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和裝備完全自主可控，避免了“卡脖子”問題。
“提升性能、降低成本對(duì)于推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。”陳海生坦言，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)模越大，單位成本越低，效率越高；所以進(jìn)一步提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的單機(jī)規(guī)模，是提高效率、降低成本、促進(jìn)該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用推廣的有效途徑。因此，團(tuán)隊(duì)正瞄準(zhǔn)300兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)開展研發(fā)和工程示范，而“百兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與集成驗(yàn)證平臺(tái)”將在相關(guān)研發(fā)中發(fā)揮重要作用。
搶占?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能國際戰(zhàn)略新高地
該平臺(tái)選擇南京落戶，自有其考量。陳海生分析，南京區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，輻射面強(qiáng)；高校和科研機(jī)構(gòu)眾多，人才優(yōu)勢(shì)突出；創(chuàng)新氛圍活躍，支持和培育戰(zhàn)略科技力量的政策發(fā)力早、力度大。大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種戰(zhàn)略性能源技術(shù)，系統(tǒng)復(fù)雜、集成度高、產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及多個(gè)學(xué)科和多種高技術(shù)，技術(shù)研發(fā)和平臺(tái)建設(shè)的前期投入大、周期長，在南京落地可以充分發(fā)揮上述優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)也是典型的裝備制造業(yè)，江蘇的制造業(yè)發(fā)達(dá)，二者可以很好地互相支撐、促進(jìn)和發(fā)展。江蘇還擁有豐富的地下鹽穴資源，是目前大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)最好的儲(chǔ)氣資源。而在新能源資源方面，風(fēng)能、太陽能2022年雙雙突破1000GW，新能源發(fā)展?jié)摿艽螅@些對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展無疑是巨大的天然優(yōu)勢(shì)。
記者了解到，該研究院落地以來，堅(jiān)持技術(shù)引領(lǐng)，服務(wù)地方企業(yè)和能源行業(yè)，已承擔(dān)江蘇省碳達(dá)峰碳中和科技創(chuàng)新專項(xiàng)重大創(chuàng)新載體建設(shè)項(xiàng)目、江蘇省碳達(dá)峰碳中和科技創(chuàng)新專項(xiàng)產(chǎn)業(yè)前瞻與關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目等研發(fā)任務(wù)。
目前，“百兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與集成驗(yàn)證平臺(tái)”已攻克核心部件設(shè)計(jì)與集成技術(shù)，完成系統(tǒng)布局、工藝設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)，主要設(shè)備今年就將陸續(xù)進(jìn)場安裝調(diào)試，預(yù)期2025年平臺(tái)正式投入運(yùn)行。
未來，該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)壓縮空氣系統(tǒng)全尺寸、全工況實(shí)驗(yàn)，支撐國家大規(guī)模先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程，有效解決儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模、效率、成本、壽命等瓶頸問題。研究院還將通過產(chǎn)學(xué)研的示范引領(lǐng)，帶動(dòng)能源技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，搶占?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能國際戰(zhàn)略新高地。
新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 蔡姝雯
