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全球首个煤矿巷道压缩空气储能电站开工

   2019年8月16日,大同市同煤集团云冈矿北大巷废弃巷道压缩空气储能电站项目在云冈矿北五立井广场开工。这是全国首个基于煤矿巷道压缩空气储能电站,建成后对满足大同市能源安全储备、促进新能源健康发展、增强电力系统运行灵活性具有重要意义。

全球首个煤矿巷道压缩空气储能电站开工
 
  大同市委副书记、市长武宏文宣布项目开工。同煤集团总经理崔建军,中科院院士卢强,山西省能源局总经济师房世全,大同市委常委、常务副市长薛明耀,大同市副市长马安全,同煤集团领导武望国,启迪军民融合研究院院长彭顷砡等参加了开工仪式。
  这条废弃煤矿巷道巷道总长度9000余米,可用总长度约7000余米,可用容积达9万余立方米。从决策到开工仅用了不到2个月时间,首期建设60兆瓦,总规模达100兆瓦的压缩空气储能电站,总投资约5亿元。项目利用清华大学电机系卢强院士团队研发的零排放压缩空气储能技术,通过启迪科技成果转化平台,结合山西省、大同市当地资源禀赋,利用废弃煤矿巷道作为储气库,搭建基于煤矿巷道压缩空气储能系统。该项目作为国家支持发展的能源储备示范性项目落地云冈矿,给这座老矿井创造了探索“减、优、绿”发展之路的良好契机。
  山西大同同煤集团云冈矿压缩空气储能项目正式开工,中国科学院院士、清华大学教授卢强的团队又开始了新一阶段的忙碌。长期致力于压缩空气储能技术的科研和工程实践,卢强成功主持了安徽芜湖、江苏常州等多个压缩空气储能项目。那么,压缩空气到底如何储能?它的技术前景又如何呢?
  “后半夜的风电、小水电和正午的光伏发电,不小的一部分在不少地区都被丢弃了。用一句外交辞令可以说是‘令人遗憾’。须知,节约的能源就是最绿的能源——The greenest energy is the energy saved,这是外企的一位专家说的。用这些被弃的电能,当然还有低谷电去启动空气压缩机,把电能转化成空气分子势能存储到一个空间里,等到用电高峰时段把这些高温、高压气流释放出来,喷入涡轮机做功,带动发电机发电,这就是压缩空气储能。”卢强用能量转换的知识科普了压缩空气储能的原理。
  国家能源局统计数据显示,2019年前三季度,我国主要流域弃水电量244亿千瓦时,全国弃风、弃光电量分别达到128亿和32.5亿千瓦时。在卢强看来,压缩空气储能是减少弃电、提高可再生能源利用效率的最佳方式:“其实就是物理变化,基本原理就那么简单。当然,做起来还是有点复杂,要下点功夫。”
  卢强说的“下点功夫”是从“热力学”开始的。“带动发电机发电的是高温、高压的空气,要想提高储能效率,到底该把注意力放在温度上还是放在压力上?”带着这样的问题,自称“热力学初学者”的卢强说,“我发现在一定范围内,随着压力增加,气压超过110个大气压后,效率曲线的上升出现‘饱和’现象;但是随着温度的增加,效率曲线基本上是直线上升(我只算到450℃)。那我们为什么不把主要精力放在提高温度上?”
  因此,卢强决定,加压到100个大气压即可。
  “国家电网公司是第一个支持我们做试验示范工程的企业。当时他们没有给我们很大压力,只说‘电效率能达30%就不错了’,结果实测效率略大于40%。”卢强说。
  卢强一直想把压缩空气储能的第一个工程项目放在他家乡安徽,当地政府和地方电力公司也给予了大力支持,于是世界首台无补燃500kW压缩空气储能示范工程就在安徽做成了。
  “接着我们团队又在青海大学做了第二个工程项目,压缩机的导热介质不再是水,而是导热油,发电效率到了50%。再往后,在国家发改委、国家能源局下达的60兆瓦示范工程中我们采用了导热熔岩,温度提到380℃,电效率将达到60%以上。”
  得益于项目电效率连上台阶的大好势头,清华大学电力系统国家重点实验室的压缩空气储能也受到了越来越多的关注。
  日前,启迪清洁能源集团正联合同煤集团,利用同煤集团大同云冈矿北巷道作为储气库,计划在大同兴建数百兆瓦级的压缩空气储能工程,首期60兆瓦工程已经开工。
  “云冈矿周围环山,山体稳定,能耐高压气体。”卢强团队研究技术,也注意经济性,“废弃的煤矿巷道本来对企业来讲是‘包袱’,现在就会变成资源了,一举多赢。”
  对于中国版的压缩空气储能优越性,卢强说该创新工程有六大优点:第一,成为电网削峰填谷的主力,逐渐做到不让高效火电机组(超临界、超超临界机组)“深度调峰”,以免降低其效率;第二,以1:100配置,可在现有基础上大幅提高风电、光伏发电等天然绿能的利用率约20%。以2018年约332亿千瓦时的弃风、弃光电量计算,每年可减少弃电量超过60亿千瓦时;第三,自始至终零排放。大力发展后,我国还可在碳交易中受益;第四,长寿命,全寿命周期为40—50年;第五,电、热、冷、磁四联供。这里的“磁”指的是调相。把这四者用好,总效益可达约90%以上;第六,在紧急情况下,可有力支撑和控制电网有功、无功,防止大停电事故发生。
  “总之,让我们共同努力,给中国和‘一带一路’国家一个分散的但总能量巨大的天然绿能库——压缩空气储能,这是新时代能源革命的主要组成部分。”卢强说。
 
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