“江蘇鹽穴壓縮空氣儲能”試題設計

云南 沈洪健 肖順云

一、命題背景

新湘教版教材選擇性必修三第二章“自然資源與國家安全”中第二節特別關注中國的能源安全，除開發利用新能源、多渠道進口能源外，特別強調能源儲備庫的建設。

有效地存儲能源，是全世界共同面對的難題。作為推動能源生產和利用方式變革的重要技術之一——儲能，將為能源轉型帶來機遇，而壓縮空氣儲能更是儲能技術領域“前沿中的前沿”。如果將千年鹽穴“喚醒”，在其中壓縮空氣發電，便更稱得上是一次穿越古今的“能源對話”。

鹽穴壓縮空氣儲能在實現電網削峰填谷、促進新能源高效消納、提升電力系統安全性和靈活性等方面將發揮重要作用，未來在我國能源電力領域具有廣闊的應用前景。

分析地理新事物有利于開拓學生思維，介紹儲能新技術可讓學生多角度認識能源儲備庫的特點，通過“江蘇鹽穴壓縮空氣儲能”試題的問題設計可引導學生思考能源利用的時間變化規律、儲能的原理和意義，可開拓學生的視野、培養創新意識。

二、試題設計

閱讀圖文材料，完成下列要求。

鹽穴是古人利用水溶開采方式在地下較厚的鹽層或鹽丘中采礦后形成的地下洞穴，體積巨大、密封性好，高溫高壓下的鹽穴有將裂縫自動愈合的特點，一段時間后地下鹽穴就能夠成為很好的密封儲存庫，可用于儲存石油、天然氣以及相關產品。

鹽穴壓縮空氣儲能技術以壓縮空氣為儲能介質實現能量的存儲轉化(圖1)。儲能時，電動機驅動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勢能的轉換，可吸納電網低谷時的“棄能”儲存；用電高峰到來時，釋放空氣驅動發電機發電，將電能傳回至電網。該技術大規模清潔儲能，可改善發電、用電的時空結構，實現電力供需的“削峰填谷”。

近年來，江蘇清潔能源電源快速發展，給電網帶來巨大的新能源消納和電力供需平衡壓力。江蘇金壇區擁有地下鹽穴儲氣庫約1 000萬立方米，理論上可以建設容量超過400萬千瓦的壓縮空氣儲能電站。2018年中鹽金壇“鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目”開工，2021年8月工程送電成功。其成為我國壓縮空氣儲能領域唯一的國家示范工程。

圖1

(1)指出儲能電站采用鹽穴儲能的原因。

(2)分析該系統中壓縮機與發電機的晝夜運行時間并說明原因。

(3)分析開發建設鹽穴壓縮空氣儲能電站的積極意義。

(4)說明江蘇省建設“鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目”的有利條件。

三、試題解析

(1)該題主要考查學生獲取地理圖文信息的能力，關注空間資源的利用特點，突出占用地面少，廢棄空間資源化利用的優勢。

(2)該題主要考查學生對發電量與用電量變化規律的認識，目前除太陽能發電外，發電的晝夜變化受自然條件影響小，主要由需求決定發電量，而生產生活中白天為用電高峰期，夜間為低谷，這樣會給發電企業帶來“棄能”。認識壓縮機是儲能工作，發電機是供電工作，即可得出空氣儲能的晝夜運行規律。

(3)該題主要考查學生的綜合思維能力，需要學生認識電網中的電能儲存，是全世界共同面對的難題。結合材料可知鹽穴壓縮空氣儲能技術可減少電網“棄能”，實現“削峰填谷”，清潔儲能，保障生產生活用電。

(4)該題主要考查學生的區位分析能力，需要從江蘇省屬經濟發達省份，經濟發達，能源需求量大、有廢棄的鹽穴、政策支持、技術條件好等角度去說明。

四、參考答案

(1)鹽穴結構穩定、密封性好、儲氣空間大；廢棄空間資源化利用；占用地面空間少。

(2)壓縮機是儲能工作，發電機是供電工作。夜間為用電低谷期，多余的電量驅動壓縮機將空氣壓縮至鹽穴儲存；白天為用電高峰期，釋放空氣推動發電機發電來滿足用電。

(3)減少電網“棄能”，降低能源損耗；實現電力供需“削峰填谷”，保證電網平穩運行；清潔儲能，有利于環境保護；保障生產生活用電，促進社會經濟發展。