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探访全球首台(套)300兆瓦级压缩空气储能电站“能储一号”
素有“膏都盐海”之称的湖北应城，前不久因为“能储一号”受到各界关注。
“能储一号”是中国能源建设集团有限公司(以下简称“中国能建”)牵头国内百余家产业链合作伙伴，联手打造的全球首台(套)300兆瓦级压缩空气储能电站，于1月9日在应城全容量并网发电。该项目不仅创造了单机功率、储能规模、转换效率等世界纪录，还填补了多项技术空白，是世界首个具备大规模非补燃压缩空气储能完整自主知识产权体系的新型长时物理储能解决方案，为大规模新型储能技术商业化应用提供了技术支撑和工程化实践样本。
与以往的压缩空气储能电站相比，“能储一号”有什么特殊之处，又取得了哪些创新突破？让我们一同探访了解。
储能8小时、释能5小时 “一呼一吸”即可把电“存”起来“发”出去
“当前，随着新型电力系统中可再生能源渗透率的逐步提升，风电、光伏等新能源随机性、间歇性、波动性使得电力供应峰谷问题更加突出，需要一位‘绿电管家’平衡电能调配。”在中国能建首席专家，中国能建数科集团党委书记、董事长万明忠看来，“能储一号”扮演的正是这样一个角色，通过压缩系统、储换热系统、储气系统、膨胀系统和发电系统等设备的协作配合来实现。
在发电功率、储气压力一定的情况下，储气库容积越大、储气量越大，持续释能的时间就越长。“能储一号”储能容量达1500兆瓦时，转换效率接近70%，全负荷工作时，每天可储能8小时、释能5小时，时长设置与国内电力系统日波动周期相匹配，充满一次电量可满足一个中小城市居民持续5小时的生活用电需求。
如此大规模的电能调配，完全以空气为介质，通过压缩空气储能技术，在“一呼一吸”中完成。
压缩空气储能技术是一种将电能转化为机械能储存，并在需要时再将其转化回电能的技术。当电力过剩时，富余的电能就好比给气球打气一般，驱动“能储一号”的压缩机组通过多级压缩，使空气压力骤增至大气压的百倍。
“空气被压缩时，温度会上升到近200摄氏度，这时‘能储一号’的储换热系统会将热能转移存储至储换热球罐中，实现热量的回收再利用。与此同时，‘退热’的高压空气则会通过约500米长的管道被储存到地下储气库中，等待用电高峰时被‘唤醒’，与储换热球罐中的热能相遇、膨胀，推动膨胀机叶片高速旋转，就像吹动风电机组的‘大风车’一样，进而驱动发电机产生电能。”中国能建一级管理专家，中国能建数科集团党委委员、副总经理李峻说，为了提高效率，压缩过程中产生的热量可以通过储热器存储，在膨胀发电时用于预热空气，从而将整体系统转换效率提升至70%。
“一呼一吸”即可把电“存”起来、“发”出去，操作看似简单，实则是有关键技术与核心装备做支撑。据了解，“能储一号”创造了多项行业示范、数十项国际首创，实现关键核心装备和深地空间利用产品100%国产化，形成专利、专有技术、标准规范共计200余项。
攻克三大世界级技术难题 单机功率跃升至300兆瓦级
近年来，我国压缩空气储能技术逐步成熟、落地项目逐渐增多，进入了规模化发展阶段。如今，“能储一号”单机功率一举跃升至300兆瓦级，创造了压缩空气储能领域单机功率的世界纪录。
“我们具备将单机功率提升至300兆瓦级、打造系统解决方案的条件和能力。”结合国内产业链和工业基础情况以及中国能建全产业链业务优势，李峻向记者解释，之所以选择“单机功率300兆瓦级”，是因为通过充分调研和科学论证，发现在技术创新和设备生产方面并没有不可逾越的障碍，反而具有较高经济性。同时，300兆瓦级容量可便于电力系统直接调度、可快速迭代更多容量机型、可实现产业链国产自主化、可带动传统火电装备升级。此外，按照实践经验，“300兆瓦级作为长时储能可有效推动大规模新能源发展，符合新型电力系统构建需求，是我国压缩空气储能产业实现快速平稳发展的有效路径。”
单机功率的跃升意味着系统复杂度和工程化难度呈指数级上升。为了实现这一目标，“能储一号”研发团队在10年时间里，携手攻坚，攻破了最核心的三大世界级技术难题。
在压缩空气储能领域，对于地上工程，寻找与300兆瓦级压缩空气储能电站相匹配的转动设备是其中一大难题。以空气透平膨胀机为例，它是“能储一号”能实现单机功率大幅跨越的“功臣”之一。针对空气透平膨胀机多次再热、大流量、频繁启停等诸多技术难点，“能储一号”采用了多项前沿技术和创新设计，首次在压缩空气储能领域应用了超高补气流量的全工况满负荷高效透平配气与调节技术，开发出适用于高负荷、大流动系数的高效压缩空气透平通流设计技术、宽负荷叶片等，保证了机组运行的高可靠性及经济性。
“能储一号”大规模储电和发电过程全绿色、无污染、零碳排放，秘诀是创新采用“非补燃”技术。
“‘能储一号’共配有8个用于储存冷热水介质的储换热球罐，体量达国内最大。通过这些储换热球罐，‘能储一号’将空气压缩过程中产生的热量进行回收再利用，解决了不借助任何化石燃料，就能使压缩空气储能电站高效回收和释放热能的难题。”李峻介绍。
对于地下工程，素有“地下决定成败，地上决定好坏”的说法。“能储一号”在世界范围内首次成功应用了盐穴沉渣空间储气技术，同时首创国内最大口径注采井方案，通过设置井身结构、井下封隔器和井口采气树，大幅提高了盐穴空腔利用率和注采井的注采气量，并降低了工程造价、缩短了建设工期。这对于我国推进压缩空气储能领域高质量发展，具有首创性、示范性、引领性意义。
“变废为宝” 地下600米盐穴成巨型储气库
“能储一号”占地面积约190亩，但实际使用面积不止于此。在距离地面600米的地下空间里，还藏着一座“地下宫殿”。这原是一个废弃盐穴，经过开发形成了一个深地储气库，其可利用储气空间达70万立方米，相当于260个标准游泳池容积大小。
盐穴是利用水溶开采方式在地下500—2000米深度的盐层中采矿后形成的地下空腔。我国盐矿资源丰富，存在大量盐矿地下采空区。作为全国井矿盐主产区，应城的地下盐穴空腔容积达4000余万立方米。
“以往盐矿开采利用完还要对废弃盐穴进行回填，现在我们‘变废为宝’，把它变成储气库。”中国能建数科集团技术总监、首席专家商浩亮解释道，盐穴深埋地下，且在产生局部地层裂缝条件下可通过盐的重结晶功能实现自愈合，能够保证储存空腔的密闭性，这些特性可为储气提供一个巨大而稳定的地下密闭空间。
深地储气库是压气储能工程的决定性因素，要将如此大空间的盐穴改造成储气库，还要确保空气压得进、储得住，并非易事。
应城地区地质条件复杂，当地盐穴多是以水平压裂方式造腔。中国能建牵头，联合中国科学院武汉岩土力学研究所杨春和院士团队，以及中国石油、长江设计集团等建造单位，进行跨界融合、协同创新，把工程现场作为实验室，边工程实践、边科技创新，经过联合技术攻关与实验论证来解决工程实际难题，不断优化盐穴利用方案、钻井工程系统方案，成功攻克复杂盐穴空间高效利用成套技术、数智化选址技术，形成了一系列国际尖端技术和配套产品包。
“能储一号”的成功建设，验证了水平压裂形成的盐穴水平腔用于存储高压空气的可行性，也为我国在盐穴采空区推广大规模储氢、储氦、储天然气等奠定了坚实的基础。在其建设过程中创造的数十项国际首创和专利技术，有力推动了压缩空气储能向更高效率、更低成本、更大规模方向发展。例如，该项目创新采用的盐穴沉渣空间储气技术扩大了盐穴的有效储气空间，为未来的盐穴压缩空气储能电站建设提供了可行的技术路径。
在废弃盐穴建设地下空间综合利用项目，都面临一个重大难题——天然盐穴空腔中存在大量沉渣，其下部的沉渣空隙体积无法利用。这极大地限制了盐穴空间的大幅度利用。“能储一号”研发团队通过建立气液界面计算的理论基础，提出沉渣空间计算的新方法，首次采用高位注气、低位排卤的新方案。
商浩亮解释，“高位注气、低位排卤”就是选择在盐穴底部沉渣层深处进行井筒植入，通过高位注气，把卤水从沉渣缝隙中“逼”出来，形成沉渣空隙空间，不仅确保盐穴压气储能电站沉渣空间注气排卤的安全运行，还突破了盐穴空间的利用瓶颈，使盐穴地下空间的利用率从20%提高到70%以上。
逐“绿”而兴。该项目还开创了“盐Welcome back. It's good to see you. Click below to log in to the rewards program at your property.电联营”新模式，将在推动当地新能源消纳、实现废弃盐穴综合利用、破解资源环境约束、优化经济结构、实现可持续发展上发挥重要作用，助推地方绿色转型发展。
中国纪检监察报 本报记者 陈瑶 通讯员 赵雪明