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平时储能用时取出 盐穴竟然是能量银行?

实验室资讯网时间:2019-07-08 点击: 百度搜索 | 必应搜索 | 搜狗搜索

【导读】说到能源每个人都不陌生,但你知道盐和能源有什么关系吗?对,我说的就是那个我们每天都要吃的盐。要说清这个问题,我们首先要来了解一下,什么是压缩空气储能。 盐穴中的压缩空气储能银行 压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)属于一种物理方式的储能,即空气在整个过程中只存在温度、压......
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说到能源每个人都不陌生,但你知道盐和能源有什么关系吗?对,我说的就是那个我们每天都要吃的盐。要说清这个问题,我们首先要来了解一下,什么是压缩空气储能。

“盐穴”中的“压缩空气储能银行”

压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)属于一种物理方式的储能,即空气在整个过程中只存在温度、压强等状态的变化,而不会发生化学方面的变化。储能的意义在于吸纳电网低谷时的“弃能”,而在用电高峰时回馈给电网。

平时储能用时取出 盐穴竟然是能量银行?

  TICC-500压缩空气储能电站效果图(文献【3】)

简单来说,就是将低谷电、弃风电、弃光电等不易储藏的电力储存在压缩空气中,将其转化为空气分子的内势能。当用电高峰到来之时,再把高压空气的分子势能释放出来做功发电,从而改善发电与用电的时空结构。

储存了众多电力的压缩空气需要放在一间封闭性极好的“屋子”里,而这间“屋子”的“主人”就是盐。食盐开采后会自然留下一个场所,学名叫做“盐穴”。“盐穴”是一种极其宝贵的不可再生资源,并且密封性能良好。然而,长期以来这种资源的利用系数很低。由于盐岩具有良好的蠕变特性、自愈合特性以及极低的渗透率,并且不会与空气中的氧气发生反应,因此是储存高压空气的理想场所。

理想方案储能,“买空卖空”就能赚钱

压缩空气储能具有储能密度大、存储周期长、投资成本较少等优点。按照运行方式的不同,压缩空气储能系统可以分为补燃式和非补燃式两大类(如图)。

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压缩空气储能系统示意图(文献【3】)

补燃式压缩空气储能系统在膨胀做功时需要燃气补热才能维持系统的循环运行,因此存在能耗大与碳排放的问题。而非补燃式则采用了回热技术,能够收集利用储能时产生的压缩热,来加热透平进口的高压空气,因此摆脱了对燃气的依赖。这样既提高了能源利用效率,又可以实现零碳排放。

看来,依托地下盐穴资源优势,采用非补燃压缩空气储能系统,不失为一个实现大规模压缩空气储能的理想解决方案。

此外,我国实行的峰谷电价制度,为储能产业发展创造了一个有利的政策环境。以平时段电价为基础电价,高峰时段用电电价上浮,低谷时段用电电价下浮,以此来鼓励用户错峰用电。

对于储能产业来说,峰谷电价差套利是一种最为成熟的盈利模式。也就是说,“买空卖空”(即存进空气再释放空气)就能赚钱。

“能源银行”托起智慧能源

随着风能、太阳能等清洁能源的高速发展,建设大规模“能源银行”就显得十分迫切。而建设“能源银行”,可以采用不同的运行模式。一般来说,“能源银行”大体上可分为物理储能、电化学储能、电磁储能等多种模式。

像“压缩空气储能银行”就属于物理储能模式。物理储能模式还包括抽水蓄能和飞轮储能等,其特点就是储能介质不发生化学变化。 电化学储能模式包括铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、镍氢电池等,其特点是在充放电过程中伴随有储能介质的化学反应或者变化。电磁储能则包括超导储能、电容储能等。

建设盐穴“能源银行”不是只有压缩空气储能这一条路。目前,德国利用地下盐穴建造世界上最大的液流电池项目已取得了一定进展。该电池为氧化还原液流电池,以液体电解质的形式储存能源。

液流电池的蓄电系统一般包含两个储液罐,内装两种不同的电解液。两种电解液隔着一层薄膜进行离子交换,从而实现电能的储存与释放。为了解决电解液的环境问题,德国研究人员开发出了一种聚合物,将其溶于盐水后可作为电解液,现在已通过了初步测试。

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德国计划建造世界上最大的电池

(图片:https://www.deingenieur.nl/artikel/energie-opslag-in-zoutkoepel)

把“能源银行”放到智慧能源这个大的背景,它调峰的意义就不只是局限于电网本身了。比如,我国天然气的生产和消费就具有不平衡性,并且长距离的管道运输也存在一定的时间差。因此,调峰的重要性不言而喻。

为了提升天然气的调峰能力,利用盐穴储气简直就是一个绝佳的选择。事实上,在世界上盐穴储气库一直被用作天然气的调峰手段。进入21世纪之后,我国也开始着手进行盐穴储气库的论证和建设。

2007年,金坛率先建成亚洲盐穴储气第一库。据测算,一个20万立方米的标准盐穴可以储备3000-4000万立方米的天然气。2018年10月31日,我国城镇燃气首个大型地下盐穴储气库在江苏建成投运。

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我国首个燃气企业盐穴储气库(图片:www.yidianzixun.com)

尽管投入商业应用的大规模储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能两种。但随着生态文明的建设,“能源银行”仍旧前景广阔。目前国内盐穴在存储石油、天然气、压缩空气等方面都取得了长足进步,为智慧能源做出了重要贡献。随着我国煤改电、煤改气的推进,未来开发盐穴“能源银行”大有可为!

参考文献:

【1】江苏省发改委.《江苏鼓励在电网侧和用户侧建设储能电站》,OFweek智能电网, 2018-08-29.

【2】常州市发改委.《发改委:金坛盐穴压气储能国家示范工程通过可研审查》,常州市人民政府, 2017-09-19。

【3】电力系统自动化  清华大学梅生伟等.《压缩空气储能发电》,中国储能网,2017-07-07。

【4】国家发展改革委 国家能源局.《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,2016 年3 月。

【5】韩红静,梅生伟,王国华,陈留平,韩月峰,朱闯,王文慧.《大规模储能技术 盐穴电池储能技术及发展前景》,2018-09-11。

【6】张毅荣.《德国用地下盐穴建全球最大液流电池取得进展》,新华网,2017-11-26。

(本文来源:科普中国-科普融合创作与传播 制作:沧海一粟@KP)

(责任编辑:子豪)

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