千年“盐穴”华丽转身绿色能源中心
——探访“盐穴压缩空气储能发电系统国家示范项目”
前往工业区的道路两旁是返青的农田，其中还穿插着许多错综复杂的管道，有运输天然气的，也有运输盐矿采出的卤水的。进入到中盐金坛盐化有限公司的园区，庞大的真空制盐工厂和发电厂高高的烟囱占据了整个视野。而这一切都和地下的盐穴紧紧地联系着。
近日，笔者赶到江苏省常州市金坛区，实地探访位于该地的盐穴压缩空气储能项目。它是国家级试验示范项目，被称为储能领域“前沿中的前沿”。盐穴压缩空气储能电站相当于给电网加了一块巨型“电池”，可以储能也可以发电。由于使用的是空气这一清洁的储能介质，不会产生污染排放，是非常优异的大规模储能技术方案。
我国能源结构转型的目标是不断提升清洁能源占比，在能源生产、输送、储存和使用等各环节大力贯彻节能环保理念。盐穴压缩空气储能电站改变了传统电力“即发即用”的状态，为能源结构转型及传统电网的升级改造提供了有效技术支撑。
削峰填谷 空气压缩储能发电大有可为
盐穴压缩空气储能电站是一种大规模储能发电技术的应用，其原理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，利用电能将水抽到上库；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上库换成了盐穴，将水换成了空气。
水可以储能发电，空气也能实现储能发电。盐穴压缩空气储能技术是以压缩空气为储能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，通过换热器回收压缩热，回输的热量储存在储热装置中。
用电高峰到来之时，释放空气驱动透平膨胀机即可做功发电，将电能回馈至电网，完成空气压力势能到电能的转换。在此过程中，利用储热装置中存储的压缩热加热透平膨胀剂进口空气，提高系统的循环性能。压缩空气储能可以实现电能的大规模清洁储能，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，其设计的能量综合效率为85%，除供电外还包括供暖和供冷。其中电转电的储能效率相对较小，仅为60%，随着技术研发的推进，未来系统的储能效率会进一步提升至70%以上。”
梅生伟掰起手指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达到数十万千瓦甚至百万千瓦，能够更好地发挥储能作用。此外，盐穴压缩空气储能电站的运行寿命长，例如德国亨托夫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也可达40年以上。
地下造腔 建设盐穴面临多重技术挑战
金坛盐穴压缩空气储项目是“中国创造”有力证明。由于这是国际率先采用非补燃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。该项目副总工程师王国华介绍说：“我们走的是与国外压缩空气储能电站完全不同的技术路径，所以一切都得靠自己摸索创新。”
当问及使用何种具体技术时，清华大学薛小代博士表示，由于涉及技术机密，他不能做深入介绍，不过可以向外界透露的是，他所在的项目团队已经探索建立了一个拥有百余项专利的完善的自主知识产权体系，涵盖核心技术环节如高负荷空气压缩机、高效蓄热/换热、大容量稳定储气、宽工况空气透平、高效空气膨胀、大容量空气注采器等。
对项目推进过程中遇到的问题，中盐金坛总经理管国兴说，在建设地下盐穴储气库方面，大家都没有经验，需要攻克的技术难题很多，其中最大的有两个：一是如何在无法直接窥探盐穴的情况下完成地下造腔工艺；二是如何消化造腔过程中产生的大量卤水。
王国华解释说，由于盐穴在上千米深的地下，开采只能通过管道井进行，无法直接窥探其内部真实场景，只能从地面管道和控制机械略知其中一二。在施工过程中，保持盐穴墙室的形状至关重要。理论和实践证明，将其塑造成“梨形”可以承受更高压力，因此在施工过程中，综合利用声纳探测等各种手段，及时了解掌控形状变化状况，引导其向“梨形”拓展。经过10多年探索和实践，中盐金坛掌握了国内一流、世界领先的盐穴造腔工艺，在此基础上，建成三大盐穴天然气储气库群，成绩斐然。”
对于造腔过程中的卤水处理问题，中盐金坛有大规模综合利用渠道。管国兴说：“对于中盐金坛来说，建腔过程中采出来的卤水可是宝贝，是公司制盐的原材料。”
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，为项目实施带来了一定的困难。对此，王国华表示，“现在项目团队正在着手准备起草非补燃压缩空气储能电站的相关标准。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”。
多年积累 从储气到压缩空气储能发电
对中盐金坛来说，建设国家试验示范项目，起草相关标准，积累成功经验，既是一项光荣的任务，也是一项重大使命。为争取建设该项目，中盐金坛早在本世纪初就审时度势地推进相关工作。彼时，国家西气东输工程正在如火如荼建设中，有关方面要在沿线建设一批储气库。中盐金坛利用自身盐矿资源丰富的优势，向有关部门上报自己的盐穴资源非常适合做储气库。
为了证明盐穴储能的可行性，中盐金坛方面收集整理了详实的资料，并钻取了盐芯样本一起送到相关研究检测机构。经过论证，评审专家一致认可盐穴适合做储气库。中盐金坛抓住机会，趁势而上，于2007年在金坛建成了亚洲第一个盐穴天然气储气库。
盐穴储存天然气成功后，中盐金坛把盐穴资源的用途瞄准了盐穴压缩空气储能。实际上，在此领域，中盐金坛的相关科研人员早在2006年就开始关注了，只是当时国内相关技术非常薄弱，不具备基本建设条件。时间到了2011年，清华大学开始推进相关技术攻关，并在2年后取得重大突破。
中盐金坛方面与清华大学技术团队合作建立联合研究中心，推动新技术的研发。2017年5月，“盐穴压缩空气储能发电系统国家示范项目”获国家能源局批复。2017年底，中盐金坛携手有关方面，组建了以清华大学梅生伟教授为项目首席科学家的技术专家团队，协力推进盐穴压缩空气储能国家示范项目。2018年10月取得当地政府建设许可并于当年底开工建设。至此，我国盐穴压缩空气储能项目进入真正的工业实施阶段。
盐穴储能项目创建了具有完全自主知识产权的压缩空气储能技术体系，推动储能产业自主创新水平的提升，引领智能电网向低碳、绿色的方向建设与发展，促进我国能源结构的清洁化转型。以盐穴作为新的储能载体，不仅是消除工业盐穴地质灾害风险最有效、最经济的手段之一，也是盐行业实现结构转型发展的良机，推动中国丰富的盐穴资源的开发利用。
赖 杰