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      分時電價實施 加快壓縮空氣儲能商業演化

        日前,發改委印發了《關于進一步完善分時電價機制的通知》,部署各地進一步完善分時電價機制。主要內容包括:1.科學劃分峰谷時段;2.合理確定峰谷電價價差。峰谷電價價差原則上不低于4:1,其他地方原則上不低于3:1;3.建立尖峰電價機制。尖峰電價在峰段電價基礎上上浮比例原則上不低于20%;4.健全季節性電價機制;5.明確分時電價機制執行范圍。將分時電價機制執行范圍擴大到除國家有專門規定的電氣化鐵路牽引用電外的執行工商業電價的電力用戶。鼓勵工商業用戶通過配置儲能、開展綜合能源利用等方式降低高峰時段用電負荷、增加低谷用電量,通過改變用電時段來降低用電成本。
        此次政策大幅提升了峰谷電價價差,考慮到尖峰電價還要更高,對于工商業用戶而言用電成本預計將有明顯上升。但是,工業生產又不能完全根據用電峰谷去安排,比如白天休息夜間上班,這不符合大多數企業的經營現狀。因此,工商業用電側為節省用電成本而配置儲能設備的意愿將會明顯提振,預計將為國內儲能市場帶來新的需求增量。儲能的發展一定意義上解決了電力的供需時差,也就是調峰;另外也保證了電網的輸出頻率,這就是調頻,減少電網側的輸送壓力。
        為什么要重視儲能?關鍵是要實現碳達峰、碳中和。要想實現碳中和,就不得不改變當前的能源結構,從化石能源轉為依靠清潔能源,包括:太陽能、風能。但是,風電和光伏存在明顯的季節性和波動性,其發電占比提升將影響電力系統的穩定,儲能作為存放電力的裝置,可以平衡電能在時間上的供需關系,維持電能供需平衡和電網的穩定。同時對于用戶端而言,通過儲能裝置,可以實現峰谷電價套利,特別在那些供電不穩定、高電價以及峰谷電價差高的地區,更有必要性。
       
        壓縮空氣儲能仍處于商業化初期
        儲能技術有很多,包括抽水蓄能、電化學儲能、壓縮空氣儲能、熱儲能(熔融鹽儲能)等。但各有各的優缺點,目前正大規模商用的主要是抽水蓄能,而壓縮空氣儲能的商業化正如火如荼的在開展中。
        壓縮空氣儲能利用電網負荷低谷時的剩余電力壓縮空氣,將其儲藏在高壓密封設施內,在用電高峰釋放出來驅動膨脹機帶動發電機發電。早在1978年,德國建成了世界首座大規模壓縮空氣蓄能示范電站,之后,美國、日本和以色列也相繼建設了相關項目。經過多年技術沉淀,當前無論是裝機規模、技術水平,還是系統效率,我國新型壓縮空氣儲能均走在世界前列。
        數據顯示,截至2020年底,我國已投運的儲能項目累計裝機規模35.6GW,其中抽水蓄能占比達89.3%,壓縮空氣儲能的占比僅為0.03%。世界領先的技術,為何沒能大規模推廣?
        壓縮空氣儲能是一項高門檻的領域,目前大多研發機構仍處于理論研究和系統分析階段。首先是技術門檻高,壓縮空氣儲能是多學科交叉、多過程耦合的系統工程,在壓縮膨脹設備、空氣換熱、系統控制集成方面存在較高技術壁壘;其次是單機規模大、總投資較高,系統規模在10MW—100MW級示范工程的建設資金高達數億元,產業化還需要一個過程。
        相關預測顯示,作為新能源發展的關鍵支持技術,到2025年,我國儲能裝機將較目前水平增長10倍以上。
        要滿足電網系統對大規模、長時間儲能的需求,新型壓縮空氣儲能當仁不讓。與同屬物理儲能方式的抽水蓄能相比,新型壓縮空氣儲能在建設周期和投資成本上更具優勢,抽水蓄能建設周期為6—8年,新型壓縮空氣建設周期僅為1.5—2年,且不涉及移民搬遷問題?;诔樗钅軐Φ乩項l件的要求,未來市場增量有限。壓縮空氣儲能同抽水蓄能一樣,都屬于長時大規模,并與電化學儲能及飛輪等形成互補關系。未來壓縮空氣儲能將主要應用于電網側,其次是大規模百萬機組發電側、核電機組和一些火電的靈活性改造方面。
       
        壓縮空氣儲能項目發展勢頭迅猛
        1.金壇鹽穴壓縮空氣儲能發電系統國家示范項目
        近日,由中鹽集團、中國華能集團和清華大學共同開發建設的金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目已完成土建工作,正在進行主設備及相關輔助系統安裝。據了解,該項目一期總投資約5億元,是我國壓縮空氣儲能領域唯一國家示范項目,也是國家能源局和江蘇省重點推進項目。
        2017年5月27日,金壇鹽穴壓縮空氣儲能發電系統國家示范項目獲國家能源局批復;當月,中鹽金壇公司與中科院院士、清華大學教授盧強成立院士工作站,致力于鹽穴綜合利用等方面的研究;次月,成立清華大學—中鹽金壇壓縮空氣儲能技術聯合研究中心;2017年底,中鹽金壇、華能江蘇公司和清華大學電機系三方精選骨干力量,組建了以清華大學教授梅生偉為首席科學家的技術專家團隊,協力推進項目建設;2018年12月25日,金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家示范項目在薛埠鎮舉行奠基儀式。金壇擁有約1000萬立方米地下鹽穴儲氣庫,相當于100個10萬立方米標準儲罐,相應庫容地面儲罐占地面積3300畝左右,而鹽穴庫占地僅400畝左右,節省了大量土地資源,保障資源安全。
      分時電價實施 加快壓縮空氣儲能商業演化
      分時電價實施 加快壓縮空氣儲能商業演化
        一期項目發電裝機60兆瓦,建成后將成為世界首個非補燃式壓縮空氣儲能電站。非補燃式壓縮空氣儲能技術,由清華大學教授盧強首先提出。該技術一改傳統電力“即發即用”現狀,是全國首個商業化應用的鹽穴壓縮空氣發電站通過非補燃壓縮空氣儲能技術,使豐富的地下鹽穴轉變為綠色能源存儲庫,實現電力供需的“削峰填谷”。
        “一期項目發電裝機60兆瓦,也就是說我們每天發一次電,可以產生30萬度電。” 中鹽華能儲能科技有限公司總工程師薛小代表示,“項目的經濟效益更多地體現在對我區電網安全性的支撐、對電網‘削峰填谷’的支撐,體現在對國家能源未來儲能技術的探索上。”
        “我們想利用金壇的鹽穴資源,建設國家大規模的儲能清潔電站,以此消納更多的海上風電、消納更多的清潔電力,提升清潔能源電力的占比。”薛小代說道,“這也是該項目的意義所在。
        工程建成后將通過釋放儲存于地下近千米鹽穴中的高壓氣體推動發電機發電,實現節地、環保、安全的目的,打造成為我國壓縮空氣儲能項目的標桿,建立壓縮空氣儲能領域的標準體系,最終建成華東地區大型儲能基地。
        2.張家口的國際首套100MW壓縮空氣儲能項目
        今年6月初,位于河北張家口的國際首套100MW壓縮空氣儲能項目儲熱子系統已完成安裝,包括儲熱罐體安裝、管道和附件安裝、設備壓力試驗、設備防腐等。各項工作進展順利,設備性能達到設計指標。
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        “壓縮空氣儲能具有規模大、周期長、單位投資小等優勢,極具發展潛力。傳統壓縮空氣儲能技術來源于燃氣輪機技術,我國相關技術與國外水平相比有較大差距。”中儲國能(北京)技術有限公司CEO紀律表示,壓縮空氣儲能依賴化石燃料燃燒提供熱源,需要特定的地理條件建造大型儲氣室,如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等,且系統效率僅在50%左右,經濟性相對較差。
        近年來,為解決壓縮空氣儲能技術瓶頸問題,國內外學者開展了新型壓縮空氣儲能技術研發。目前中科院工程熱物理研究所取得了一系列國際領先的技術成果,不僅可以解決傳統壓縮空氣儲能依賴大型儲氣室、依賴化石燃料、系統效率低三個主要的技術瓶頸,還能以儲氣罐替代儲氣室,沒有場地限制,系統效率提升了10%—15%。從2013年開始,中科院工程熱物理研究所技術團隊分別在河北廊坊、貴州畢節建成1.5MW、10M級新型壓縮空氣儲能示范項目,后者系統效率達到60.2%,是目前全球系統效率最高的壓縮空氣儲能系統。
        “在新型壓縮空氣儲能技術上,我國與國外發達國家的起點一致。目前全球已建成的兆瓦級新型壓縮空氣儲能項目的機構有4家,我國處于領先地位。張家口市 100MW先進壓縮空氣儲能示范項目預計年底投運,系統設計效率可提升至70.4%,將進一步鞏固我國在壓縮空氣儲能領域的國際地位。”紀律稱。
        目前新型壓縮空氣儲能仍處于示范階段,隨著張家口100MW示范項目的建成,將完成百兆瓦先進壓縮空氣儲能型壓縮空氣儲能產品的定性,此后再致力于規?;慨a和推廣。“1.5MW項目系統效率為52%,10MW項目系統效率為60%,100MW系統設計效率達到70%。未來隨著系統規模擴大,其效率將進一步提升至75%以上。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。”在他看來,100MW級項目最具商業推廣條件,是大規模壓縮空氣儲能的真正“賽道”。
        3.多源蓄熱式壓縮空氣儲能關鍵技術研究項目啟動
        8月1日,由中國廣核新能源控股有限公司蒙古分公司負責的2021年內蒙古自治區科技重大專項“多源蓄熱式壓縮空氣儲能關鍵技術研究”項目啟動會在呼和浩特召開,來自中國科學院、內蒙古自治區科學技術廳及項目主管單位和課題單位的30余位領導、專家參會,圍繞項目實施方案開展研討交流。
        該項目以“攻克10MW級多源蓄熱式壓縮空氣儲能系統全工況設計、關鍵部件、系統集成及其與電力系統耦合控制”等關鍵技術為核心,從多源蓄熱式壓縮空氣儲能系統優化設計、關鍵部件研發與電力系統的協調控制技術研究、10MW級多源蓄熱式壓縮空氣儲能系統集成示范四個方向,對技術路線、計劃安排和考核指標論證了該項目實施的可行性。
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        4.泰安10兆瓦壓縮空氣儲能商業電站并網
        8月4日,山東泰安肥城10兆瓦壓縮空氣儲能電站一次送電成功,標志著國內首家壓縮空氣儲能商業電站順利實現并網。
        肥城10兆瓦壓縮空氣儲能電站設備由中國科學院研發。該項目充分利用泰安肥城邊院地區地下鹽穴密閉性好、穩定性高的天然優勢,在電網負荷低谷時壓縮空氣至鹽穴腔體,在電網負荷高峰時排氣推動發電機發電,起到輔助電網削峰填谷的作用。
        2019年11月23日,山東肥城壓縮空氣儲能電站項目開工奠基儀式隆重舉行。該項目總建設規模為1250MW/7500MWh,總投資約60億元,分期建設實施。這次開工的為第一期工程,項目規模50MW/300MWh。項目所用儲能系統由葛洲壩聯合中科院工程熱物理研究所共同開發生產,額定運行效率達到60%以上 。
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        國家為壓縮空氣儲能發展作頂層設計
        經濟性是壓縮空氣儲能大規模推廣的前提。日前,國家發改委發布《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》,明確以競爭性方式形成電量電價,將容量電價納入輸配電價回收。此舉有利于提升抽水蓄能電站的盈利能力。新型壓縮空氣儲能同樣具備抽水蓄能的功能,價格機制和市場環境將助推行業進一步發展,相關政策必須盡快出臺。
        7月15日,國家發改委和能源局聯合發布了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》?!兑庖姟分赋?,主要目標是到2025年,實現新型儲能從商業化初期向規?;l展轉變?!兑庖姟繁硎?,要強化規劃引導,鼓勵儲能多元發展。研究編制新型儲能規劃,進一步明確“十四五”及中長期新型儲能發展目標及重點任務。省級能源主管部門應開展新型儲能專項規劃研究,提出各地區規模及項目布局,并做好與相關規劃的銜接。推動技術進步,壯大儲能產業體系。堅持儲能技術多元化,推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用,實現壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期,加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規?;囼炇痉?,以需求為導向,探索開展儲氫、儲熱及其他創新儲能技術的研究和示范應用。
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