中盐金坛建压缩空气储能电站，储能领域“前沿中的前沿”

郑明阳 赖 杰

（作者单位：中盐金坛盐化有限责任公司）

位于江苏省常州市金坛区的盐穴压缩空气储能项目是国家级试验示范项目，是储能领域“前沿中的前沿”。2018年12月25日，该项目在金坛奠基。

金坛盐盆是我国东部地区综合指标最佳的大型盐矿，中盐金坛盐化有限责任公司（以下简称“中盐金坛公司”）自2007年与中石油合作建设第一座盐穴天然气储气库以来，一直坚持盐穴的综合利用开发。目前，金坛盐穴压缩空气储能项目是继天然气储气库后又一个盐穴再利用方式。

空气也能用来储能发电

盐穴压缩空气储能电站是储能电站的形式之一。其类似于目前常见的抽水蓄能电站。抽水蓄能电站在夜间用电低谷时，用电将水抽上大坝；白天用电高峰时再将水释放发电。盐穴压缩空气储能电站则将大坝换成了盐穴，将水换成了空气。

水可以储能发电，空气也能用来储能发电。盐穴压缩空气储能技术是以压缩空气为工作介质实现能量的存储转化。通过这种新型技术，可从电网吸纳用电低谷时的 “过剩电能”——电动机驱动多级压缩机将空气压缩至高压并储存至地下盐穴中，完成电能到空气压力势能的转换，从而实现电能的储存。在此过程中，各级压缩机同时产生压缩热，通过间冷器换热回收这部分压缩热并储存在蓄热介质中，蕴含热量的蓄热介质则储存在热罐中。

用电高峰到来之时，释放空气进入透平膨胀机即可做功发电返回电网，完成空气压力势能到电能的转换。在此过程中，来自热罐的高温蓄热介质通入各级膨胀机的级前换热器，加热各级膨胀机进口空气，释放完热量的蓄热介质储存到冷罐中。

盐穴压缩空气储能电站这种工作模式可大幅改善发电用电的时空结构，实现电力供需的“削峰填谷”。

清华大学教授梅生伟介绍说：“目前，金坛盐穴压缩空气储能电站采用非补燃先进绝热压缩空气储能技术，其电电储能效率达到60%以上，除供电外还能够实现供热和供冷，能量综合效率可达85%。而随着技术研发的推进，未来系统的储能效率会进一步提升，有望突破70%。”

清华大学电机系薛小代博士细数了盐穴压缩空气储能在容量、寿命、成本和环保上的各种优势。盐穴压缩空气储能采用空气作为清洁的储能介质，是无燃烧的纯机械物理储能装置，具有清洁环保的特性。它前期的生产和后期的报废都不会产生任何排放和污染。压缩空气储能电站配置的盐穴储气库容量大，使其单机容量就可以做到二三十万千瓦，能够更好地发挥储能作用。压缩空气储能电站的运行寿命长。德国亨托夫（Huntorf）补燃压缩空气储能电站自1978年建立至今已运行40 余年，且仍在正常运营。金坛压缩空气储能电站的设计寿命就是四十年以上。压缩空气储能还具有特殊功能特性，其除了依靠电机运转发电之外，还对电网有无功支撑、调相的作用，另外也可以供冷和供热。

建设盐穴空气储能项目的挑战

金坛盐穴压缩空气储能项目是中国创造的优秀代表。由于这是国际率先采用非补燃压缩空气储能技术的压缩空气储能电站，项目团队没有相关技术经验可以借鉴，只能自行研发。中盐金坛公司副总工程师王国华介绍道：“由于项目采用了非补燃技术，与目前国外的两座补燃压缩空气储能电站有技术上的差异，我们也只能借鉴参考一小部分，几乎所有技术都要从零开始进行研发、创新。”据了解，目前项目所有的核心系统都是项目团队创新攻关的成果。薛小代表示：“在项目的核心系统，如空气的高效高温压缩技术、大流量空气的高效传热技术、空气高效膨胀技术、空气大容量注采器、电力调度控制技术等，我们都拥有自主知识产权，大概有五十余项发明专利。”

项目团队还遇到了地下工程的问题。中盐在项目建设过程中，中盐金坛公司总经理管国兴说：“地下建设盐穴储气库大家都没有经验，不知道怎么做。需要各种各样的资料去论证。专家过来论证的时候，有两大问题，第一个，地下造腔工艺复杂、难度高；第二个，建腔会出来大量的卤水，消化平衡卤水怎么解决？”

金坛盐盆的盐穴平均深度达一千多米，开采只能通过一口管道井，操作起来十分困难。王国华解释说：“在造腔过程中，首先需要不断监测腔室情况。中盐金坛和德国搜空声纳盐穴测量公司合作使用声呐探测来看清地下的情况。另外还需要根据不同的存储需求塑造可承受不同压力的不同形状的盐穴。盐穴压缩空气储能电站需要利用钻井、造腔等工艺将盐穴塑造成“梨形”的储气库。自2007年以来，中盐金坛就已建成三大盐穴天然气储气库群，现在公司的盐穴造腔工艺在国内属于一流的，甚至是处于引领地位的。”

对于造腔过程中的卤水问题，中盐金坛本身即能消化平衡卤水。管国兴说：“中盐金坛可以消化建腔过程中采出的卤水，将其作为真空制盐的原料。”

对于压缩空气储能这一新型的技术，目前国家没有现成的技术标准，也没有运营机制和价格机制可以参照。对此，王国华表示：“现在我们正在着手准备起草非补燃压缩空气储能电站的全套相关标准。这也是国家试验示范项目给我们的一个重要任务，以便后期压缩空气储能电站的快速推广。”

盐穴储能前景广阔

盐穴是地下岩盐矿利用水溶开采方式开采后形成的地下空腔，具有体积巨大且密封良好的特点。由于岩盐具有非常低的渗透性及良好的蠕变行为，能够适应储存压力的变化；其力学性能稳定，具有一定的结构强度；对构造裂缝或裂隙能够自行关闭和密封，能够保证储存洞穴的密封性。岩盐的上述物理化学特性，使得盐穴能够提供一个巨大而安全的地下空间，用于储存那些不溶解盐的物质，如石油、天然气以及相关产品，空气、氢气，甚至核废料等。

“中盐金坛一直引领我国盐行业的发展，在盐穴天然气储气库、做盐穴压缩空气储能方面，我们都是国内第一个做的。”王国华说。同时中盐金坛还在积极开发盐穴战略储备石油库和液化天然气储存库，并积极研发盐穴电池储能技术、和氢气储存库技术。

盐矿企业采完盐之后，会留下闲置的盐穴。而盐矿企业需要对这些盐穴进行定期检测，并对地下保持一定的压力，防止盐穴变形和相应的地质灾害。将盐穴开发利用，也是一种维护措施，而且有利于盐矿企业进一步发展。王国华解释说：“盐穴开采是在一个盐丘里面，用水溶法把盐融化，再把卤水抽出来，形成一个空洞，再把空洞注满水，所以相应的地质结构没有被破坏。盐穴的再利用其实就是一种修复措施。而且盐穴开采利用，早在上世纪50年代欧美国家就已经开始，没有出现过问题。”

重庆大学姜德义教授也曾在第四届盐穴利用国际研讨会报告中指出，我国盐矿资源丰富，已探明的矿区约150 处，井矿盐总储量约7 万亿吨， 井矿盐年产量近5000 万吨，累计形成地下盐穴空间超过2.5 亿方。现有记录的盐穴约1500 个，仅江苏淮安、河南平顶山等地有盐穴老腔500 余个，大部分充满卤水，处于废弃闲置状态，且主要集中分布在我国中东部地区，与我国主要的油气消费区重叠。利用盐穴作为能源储备具有广阔前景，如果能充分利用这些盐穴，将为我国能源储备提供大规模宝贵空间。

储能是能源革命的重要技术支撑

“未来的能源系统主要以清洁能源为主，储能就成为支撑未来能源系统的关键，在未来的发电、用电、输电和配电这几个环节发挥重要作用。未来的能源系统是离不开储能的。”薛小代指出，储能是能源革命的重要技术支撑。

在国家能源局印发的《2018年能源工作指导意见》中，要求加快先进储能技术示范项目建设，推动先进储能技术应用。出台关于提升电力系统调节能力的指导意见，切实提高电力系统调峰和消纳清洁能源的能力。扎实储能技术试点等示范项目建设，在试点基础上积极推广应用。表明了储能是我国未来能源发展方向之一，以及国家对储能产业发展的支持。

电的存储是比较麻烦的，尤其是这种大规模的电力存储技术更是复杂。薛小代表示，目前发展储能技术，主要是应对我国电网的几个需求。一是大电网的削峰填谷。二是新能源的消纳：风电、光伏发电具有波动性，直接消纳的话会对电网造成冲击；储能技术相当于给电网加了一个适配器，很好的缓解了这种冲击。三是未来智能电网的灵活性：不管是分布式的还是集中式的，都需要储能来灵活处理，以支撑未来智能电网的发展。

对为应对国家能源工作储能技术的发展需求，金坛将被江苏省规划为大型的储能调控基地。而金坛盐穴空气储能项目正是储能调控基地走出的第一步。

管国兴指出：“目前我国储气罐技术很完备，但是地面储气罐不可能做得很大。压缩空气储能电站和地下盐穴相结合又是另外一条发展路。地下盐穴储气空间特别大，盐穴压缩空气储能电站的规模也可以跟着做得很大，盐穴储能潜力非常大。”

王国华表示，我国目前的储能产业主要依赖抽水蓄能电站，产业单一，急需大规模储能新技术。而盐穴压缩空气储能项目的出现突破了这一困境。盐穴压缩空气储能项目的建设还能促进储能相关产业的发展，如大规模压缩机技术、空气透平技术等。