鹽穴“充電寶”別有洞天

■本刊記者 余璇/ 編輯 曲藝

在地下800—1000 米的鹽穴里，蘊含著大量的鹽礦資源。地下鹽穴經水溶采鹽后，通常會形成梨形的腔穴。如今，采挖后的廢棄鹽穴竟在儲能領域派上了大用場。

7 月14 日，江蘇淮安46.5 萬千瓦/260 萬千瓦時鹽穴壓縮空氣儲能項目可行性研究報告在京順利通過專家評審，該電站建成后，將成為國際上容量最大的壓縮空氣儲能電站，可實現年發電量8.5億千瓦時，為新型儲能發展再添新動能。

儲能產業高速發展地下鹽穴變身“充電寶”

近年來，隨著風電、光伏等清潔能源項目大規模開發，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。“風電、光伏等新能源發電出力具有隨機性、波動性、間歇性和反調峰特性，為新型電力系統的電力電量平衡和安全穩定運行帶來巨大挑戰。”南方電網能源發展研究院新能源研究所副所長楊再敏指出。

“儲能是通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放的過程，可將間歇的、不穩定的可再生能源電力轉換成穩定電力輸出，實現可再生能源大規模消納。同時，儲能還可實現電能的跨時間、跨空間轉移，解決電力供需平衡問題。”中國能源研究會儲能專委會主任、中科院工程熱物理所研究員陳海生介紹。

在“雙碳”目標背景下，鹽穴壓縮空氣儲能作為新型儲能重要形式之一，得到越來越多的關注。

鹽穴，即鹽礦開采后留下的廢棄礦洞。廢棄的鹽穴可進行壓縮空氣、天然氣、石油和氫氣等能源存儲。鹽穴壓縮空氣儲能作為“鹽穴家族”中的一員，將鹽穴“變廢為寶”，利用鹽穴儲氣的大容量物理儲能技術，低谷電時將空氣壓縮到鹽穴中，用電高峰時再釋放壓縮空氣發電，從而實現電網削峰填谷、提升電網調節能力和新能源消納能力。其具有容量大、成本低、壽命長、安全環保、占地面積小等優勢，是一種極具發展前景的大規模清潔物理儲能技術。

“我國鹽礦資源豐富，符合使用條件的有2000多個。但與歐美等國相比，我國在鹽穴儲能利用方面的研究起步較晚，鹽穴地下儲庫的建設數量和技術水平仍有較大差距。”楊再敏表示。

記者了解到，對于鹽穴壓縮空氣儲能電站的研究，全球已有40 多年歷史。據不完全統計，在國際方面，目前，全球已有2 座大規模鹽穴壓縮空氣儲能電站投入商業運行，分別是德國的亨托夫（Huntorf）電站和美國的麥金托什（McIntosh）電站。在國內方面，我國鹽穴資源豐富，主要分布于山東、河南、河北、江蘇、廣東、四川等地，據不完全統計，我國有上億立方米的鹽穴空間，且絕大多數處于閑置狀態，這些鹽穴承壓能力好，密封性能優越，是可作為高壓氣體儲存的極好空間場所。2021 年9 月，山東肥城鹽穴先進壓縮空氣儲能電站正式并網發電，進入商業運行狀態。2022 年5月，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目也正式投入商業運營。

值得關注的是，在經濟性方面，鹽穴壓縮空氣儲能項目建造成本有著較強優勢。

“隨著國家支持政策的支撐及相關產業研究應用的持續推進，鹽穴壓縮空氣儲能有望迎來加速發展。與新建鋼罐等壓力容器儲存的方式相比，利用鹽穴可顯著降低原材料、用地等方面的成本。”南方電網能源發展研究院新能源研究所研究員孫思揚表示，“我國最近投產的金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站的電能轉換效率已提升至60%以上。”

專家分析，目前壓縮空氣儲能每千瓦的造價為5000—6000 元，與抽水蓄能建造成本基本持平。未來隨著規模效應的不斷體現，規模越大、效率越高、單位成本越低。

安全穩定優勢明顯技術、機制層面仍有提升空間

鹽穴壓縮空氣儲能具有顯著降低系統建造成本、大幅減少系統占地面積、可提高系統效率和穩定性等多方面優勢。

“首先，壓縮空氣儲能系統的儲能介質為空氣等，具有無毒無害、不易燃易爆、無污染物排放、安全環保等優點；其次，鹽穴多分布在地下500—1500 米，承壓壓力達20 兆帕以上，具有良好的承壓特性，而且鹽穴自愈性和蠕變性良好，高壓空氣不會出現泄漏，具有良好的密閉特性，能夠滿足壓縮空氣儲能電站的儲氣要求；最后，壓縮空氣儲能系統設備屬于傳統葉輪機械和換熱設備，有可供參考的設計標準和規范，而且國際上傳統壓縮空氣儲能設備已經運行40多年。”陳海生表示。

“鹽巖的力學性能穩定，具有損傷自我恢復功能，能夠適應儲存壓力交替變化。”孫思揚介紹，以德國亨托夫電站的鹽穴儲氣庫為例，該電站1978年投入運行，在成功運行超過20 年后，2001 年檢測了2 個儲氣鹽穴的形狀，發現其與1984 年形狀并沒有太大差別。其鹽穴體積收縮率為每年0.15%，平均沉降速率為每年3.24 毫米，未發現氣體泄漏，這一事實充分表明鹽穴儲氣技術應用于壓縮空氣儲能的安全性、可靠性、穩定性。

不過，在技術發展方面，多位專家表示仍面臨諸多挑戰。

“鹽穴壓縮空氣儲能系統的關鍵技術包括寬負荷壓縮機、高負荷透平膨脹機、高效蓄熱換熱器、鹽穴高壓儲氣、儲能與電力系統耦合控制等關鍵技術。”陳海生建議應重點開展兩方面研究：一是開展廣泛示范，形成適合壓縮空氣儲能的鹽穴高壓儲氣庫的成套技術及其標準體系；二是開展更大規模等級壓縮空氣儲能系統裝備研發與示范，滿足電網削峰填谷等方面需求。

“非補燃應用壓縮空氣蓄能（CAES）系統是壓縮空氣儲能技術的發展趨勢，國內外均有一定的技術積累，但仍存在兩個問題：其一，高性能離心壓縮機、透平膨脹機等關鍵設備的研制均處于起步階段，技術難度大；其二，集成與控制尚未涉及各組件協同自律特性及機網協調性，嚴重制約了‘儲網一體化’系統的高效穩定運行。”孫思揚表示。

他認為，為加快我國大規模物理儲能技術發展，推動智能電網建設，亟須在大規模CAES 電站設計、集成及并網運行方面開展基礎理論和關鍵技術研究以及核心設備的研制工作。

目前，我國鹽穴壓縮空氣儲能還處于商業化發展初期，規模化推廣仍有一定難度，主要制約因素包括儲氣庫適宜選址受限、人工儲氣庫成本較高、電價政策尚不明朗等。

“天然鹽穴儲氣庫由于具有密封性和經濟性好等顯著優點，在國內外被作為地下高壓儲氣庫的首選，然而我國適合建設地下儲氣庫的巖鹽礦藏主要分布在長江中下游、山東和廣東局部地區，而光伏和風電裝機規模巨大、對于大規模儲能需求迫切的‘三北’地區，則缺少適宜于建設鹽穴地下儲氣庫的巖鹽地層。”孫思揚表示，除了鹽穴等天然地下空間外，人工開挖硬巖洞穴儲氣庫是較為理想的替代儲氣庫方案，其優點在于適合建庫的硬巖巖石類型多、分布廣，選址相對容易，然而其綜合建設成本相對較高。除此之外，目前我國暫未出臺針對壓縮空氣儲能電站上網電價的支持性政策文件，壓縮空氣儲能電站的定價機制還在探索階段，這也在一定程度上影響了投資意愿。

對未來鹽穴壓縮空氣儲能發展，陳海生建議，一是鼓勵開展示范項目建設，給予相關的政策支持，建立示范應用基地等，通過示范帶動推廣應用進程。二是綜合考慮調峰、調頻、調相等功能，形成合理的儲能價格機制。建立合理的成本分攤和收益機制，為鹽穴儲能發展創造有利條件。三是在地下空間二次開發利用方面，出臺相應的規范、標準和政策引導支持。■