空氣還能存電發電？已于2022年9月30日順利并網發電的張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目，將這件看似不可思議的事情變成了現實。
近日，筆者走進位于張家口壩上的張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目廠區，映入眼簾的是多個長約40米的儲蓄罐相互連接、依次排開。“這是儲存壓縮空氣的地方，相當于抽水蓄能的水庫。”項目辦公室工作人員王京京說，項目建有地上和地下儲氣庫，庫存量達到10萬立方米。
利用身邊無處不在的空氣，為電網打造“充電寶”。項目技術人員索文輝告訴筆者，壓縮空氣儲能基本原理其實很簡單，就是用棄風、棄光或者用電低谷的富余電能，通過電動機帶動壓縮機做功，把常壓空氣壓縮成高壓空氣，將它存儲在儲氣裝置中，然后在用電高峰時釋放高壓空氣驅動膨脹機并帶動發電機發電。
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張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目，由中國科學院工程熱物理研究所提供技術支持，張北巨人能源有限公司投資建設，中儲國能（北京）技術有限公司提供核心設備。項目總規模為100MW/400MWh，是國家可再生能源示范區示范項目和省重點項目，也是世界首座百兆瓦先進壓縮空氣儲能電站，每年可發電1.32億千瓦時以上，能夠在用電高峰時為約5萬用戶提供電力保障，為穩定電力供應、發展新能源發電、提高電力系統效率和經濟性起到重要支撐作用。
省委經濟工作會議提出，“構建穩定可靠、多能互補的能源格局”。張家口是國家級可再生能源示范區，張北有著豐富的風能、太陽能等新能源發電資源，然而風力、光伏發電具有“看天吃飯”的特性，容易導致電力供應出現波動。索文輝說，儲能系統相當于“蓄水池”，可以把不穩定的新能源電能轉化為穩定、可控的優質電能，同時實現電力調峰、調相、調頻、旋轉備用、應急響應、黑啟動等儲能服務，提升電力系統效率、穩定性、安全性。
空氣一壓一放，似乎并不復雜，不過張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目的技術團隊卻克服了不少前所未有的挑戰。為實現新型儲能技術的規模化應用，項目技術團隊先后攻克了寬負荷壓縮機、高負荷膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等關鍵技術，從而保障了儲能系統整體效率。
在廠房的外側有兩個巨型球狀蓄冷、蓄熱罐。銀色的罐體，在陽光的照耀下，閃閃發亮。“傳統壓縮空氣儲能系統通過燃燒化石燃料提供熱源。我們通過研發先進壓縮空氣儲能技術，突破了這一弊端。”索文輝說，他們首先在空氣壓縮的過程中，通過換熱器將壓縮機的壓縮熱交換、回收，再在蓄熱器當中存儲起來。在發電的時候，膨脹機再通過蓄熱器回收熱量，從而擺脫對化石燃料的依賴。
儲能系統車間內布置著很多管道和容器，乍一看感覺像進入了化工廠，運行維護人員張秀林與同事正忙著檢查設備運行狀態。據他介紹，系統工作過程只是空氣壓放的物理過程，沒有化學反應，也就沒有需要排棄的廢物，真正實現了綠色清潔無污染。
在能量轉換過程中，電能難免會有損耗。“我們項目的設計工況效率達70%。通俗來講，就是設計工況下，‘存10度電，發7度電’，這一水平在國際居于領先地位。”索文輝表示，該項目應用的先進壓縮空氣儲能技術2022年獲得第49屆日內瓦國際發明展金獎，是目前國際上規模最大、性能最優的先進壓縮空氣儲能電站，獲得第六屆國際儲能創新大賽“2022評委會大獎”等殊榮。
張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目建成，可配合風電、光伏、區域電網等聯合運行，形成大規模儲能系統運行新模式。“系統規模越大、儲能容量越高，系統的效率就越高，隨之單位成本越低、經濟性越好。”在索文輝看來，張北縣百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目的示范引領作用正在顯現，隨著壓縮空氣儲能產業化進程的提速，對于促進能源綠色轉型、保障能源安全、促進能源高質量發展、實現“雙碳”目標和構建新型電力系統，具有重要意義。 （河北日報記者 郭曉通 通訊員 宋海鑫）
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