新兴新能源设施[1]--盐穴压缩空气储能相关配套设施

• 前言
• 1. 什么是盐穴压缩空气储能？
• 2. 盐穴储气的相关应用案例
• • 2.1 江苏常州应用案例
  • 2.2 衡阳压缩空气储能项目
  • 2.3 山东肥城10MW盐穴压缩空气储能系统
• 3. 气-液、油-水界面信息探测和信息传输
• • 3.1 中子寿命测试油水界面（溶腔作业阶段）
  • 3.2 储气预警结节的信号传输和测量方式（注气排卤阶段）
• 参考文献资料

前言

这个系列将对一些国家新上马、落地开展的相关新能源、新进展项目进行一个简要报告，欢迎评论区对相关话题进行讨论以及一些项目、数据等方面进行讨论。

1. 什么是盐穴压缩空气储能？

盐穴储能这种新型技术，再用电低谷时可吸纳“弃能”，使之转化为空气分子的内势能；用电高峰到来之时，分子势能释放使之做功发电，可大幅改善发电用电的时空结构，实现“补峰应急”与“调频稳压”。盐穴压缩空气储能利用弃风、弃光或电网负荷低谷时的弃能压缩空气，将其高压密封在地下盐穴中，在用电高峰时再释放压缩空气推动空气透平发电，从而大幅改善发电用电的时空结构，助力电网削峰填谷、促进新能源高效消纳。下表是一些今年来发展的空气储能项目。

采用地下盐穴作为压缩空气储能系统的储气库具备建设成本低、占地面积小、密封性好、储气压力高、安全稳定。目前，全球盐穴压缩空气储能电站研究已有40多年历史，德国和美国的2座大规模盐穴压缩空气储能电站已经投入商业运行。
　　“结合项目所在区域负荷发展及可再生能源开发情况，我们有条件构建基于盐穴空气储能发电系统的微电网工程，远期具备百万千瓦级的盐穴压缩空气储能电源开发规模，可打造面向江苏全省的大型调峰电源基地，形成金坛区域优势产业集群，有效拉动地方经济发展。”江苏院发电工程公司总经理葛小丰介绍说。
　　“目前最大的困难就是，一切都是全新的，新工艺、新理念、新标准，需要高强度学习和消化。”该项目机务部负责人李季说。压缩空气储能是近年来快速发展的大规模新型储能技术。盐穴压缩空气储能是利用水溶采盐后形成的巨大腔穴，在电网低谷时将空气压缩到盐穴中，用电高峰时再释放压缩空气发电，从而实现削峰填谷，提升电网调节能力，是构建新型电力系统、实现碳达峰、碳中和目标的关键技术。

2. 盐穴储气的相关应用案例

2.1 江苏常州应用案例

11月25日，由东方汽轮机研制的国内首台压缩空气储能国家示范项目透平发电机组，在江苏省常州市金坛区盐穴压缩空气国家试验项目现场顺利完成性能试验，各项试验指标均优于合同要求，其中高压缸效率高于92%，低压缸效率高于94%，性能达到世界一流水平。
盐穴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”。项目由中盐金坛盐化有限责任公司投资，清华大学提供技术，江苏院负责设计。
据介绍，金坛盐盆是我国东部地区综合指标最佳的大型盐矿，借助盐穴压缩空气储能技术能充分利用地下盐穴资源，以压缩空气为主要机制实现能量存储转化。
金坛非补燃式压缩空气储能项目透平机采用东方汽轮机最先进的通流设计技术，保障了机组的高效性，为储能、发电过程中的电-电转化的高效性提供了至关重要的保障，创新的启动运行方式，兼顾机组的灵活性和安全性，能够实现电网的快速响应。
作为国内首个盐穴压缩空气储能发电国家示范项目，东方汽轮机于2020年5月与华能集团、清华大学、中盐集团等签署战略合作协议，共同为国家储能事业发展提供技术支撑，创新引领国内压缩空气储能行业发展及标准体系建设。东方汽轮机将继续发挥技术优势，推动能源向高效清洁方向发展，助推“双碳”目标顺利达成。

2.2 衡阳压缩空气储能项目

11月23日，衡阳市与中国电力、雪天盐业举行百兆瓦级盐穴压缩空气储能创新示范项目签约仪式。

据悉，该项目是利用电网负荷低谷时，通过压缩机将空气压缩至盐穴腔体储存，电网负荷高峰期时将高压空气释放，驱动膨胀机做功带动电机发电。该项目是湖南首个压缩空气储能项目，具备零排放、零污染、空气无毒无害、非易燃易爆等特点。项目示范成功后，将带动后续盐穴压缩空气储能项目的开发，助力湘南新能源规模化开发和“宁电入湘”平稳运行。

作为项目承载地的衡阳，该市盐矿储量巨大，开发盐穴压缩空气储能项目条件得天独厚。同时，该市具有独特的区位优势、便捷的交通条件、厚实的产业基础、丰富的资源禀赋，对项目落地与投产见效有着积极推动意义。

2.3 山东肥城10MW盐穴压缩空气储能系统

9月24日,“山东肥城盐穴压缩空气储能电站10MW示范项目运行一周年纪念暨300MW技术成果发布会”在山东省肥城市隆重举行,意味着300MW先进压缩空气储能电站正式开工,标志着我国先进压缩空气储能技术在长时大规模储能领域迈出了产业化具有里程碑意义的重要一步。
新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备,是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑,也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。
在众多储能技术路线中,压缩空气储能系统在功能、成本、寿命和效率等各方面具有显著优势,特别适合长时大规模储能,是实现可再生能源大规模开发利用、电力系统调控的重要手段。
山东肥城先进压缩空气储能示范项目,采用中国科学院工程热物理研究所自主知识产权技术,中储国能(北京)技术有限公司(以下简称“中储国能”)负责建设,总规模310MW。

其中,一期10MW为国际首台盐穴先进压缩空气储能国家示范电站,已并网发电一周年,并成功入选“山东省能源领域新技术、新产品和新设备目录”及“2021年度国家储能领域首台(套)重大技术装备项目名单”。今年7月,获批成为我国首座参与电力现货交易的压缩空气储能独立电站。

二期“山东肥城300MW先进压缩空气储能电站项目”,占地97943平方米,预计年发电5.94亿度,通过参与电力现货市场方式提供多种辅助服务获取收益,预计项目资本金内部收益率约为16.38%,投资回报周期约为7.1年。今年4月,成功获批山东省“2022年度储能示范项目”,容量规模居入选名单之首。目前,项目已完成项目备案、可行性研究报告编制、安评、环评、电力接入方案等手续办理,完成厂房、主体设备布置、工程设计等工作,具备开工建设条件。

中国科学院工程热物理研究所储能团队于2021年率先启动300MW级先压缩空气储能系统研发设计,于2021年底完成系统设计,系统规模适用范围为250MW-400MW;攻克了多级宽负荷组合式压缩机、多级高负荷轴流式透平膨胀机、高效阵列式蓄热换热器技术,完成了首套300MW系统核心装备设计,正在开展部件加工。

该项目建成后,能有效应对新能源开发规模快速增加、用电负荷峰谷持续拉大等问题,对提升电力系统调节能力,提高可再生能源发电比例和能源利用率,对保障电力系统安全运行、践行绿色可持续发展具有重要意义,助力新型电力系统构建及双碳目标的实现。

3. 气-液、油-水界面信息探测和信息传输

3.1 中子寿命测试油水界面（溶腔作业阶段）

在盐穴储气库造腔过程中，溶腔作业利用盐岩不溶于柴油的特点，使用柴油作为阻溶剂控制水与盐岩的接触面，保护上部盐岩层，达到按照设计要求造腔的目的。
中子寿命测井监测油水界面的基本原理就是利用柴油和卤水的热中子宏观俘获截面∑的不同，来确定油水界面的位置。其中宏观俘获截面∑指的是 1 cm3体积中该物质所有原子核的微观俘获截面 σi 之和。通过查询可以得知 σH =0.33b；σO =0.002b；可以根据单一化合物组成的物质热中子宏观俘获截面公式，计算纯水（H2O）及其他典型物质常温状态下的俘获截面值。

3.2 储气预警结节的信号传输和测量方式（注气排卤阶段）

这套系统是类似于随钻监测的泥浆脉冲信号，但不同于石油勘探的钻孔过程的钻头处信息回传，这个设备的作用在于基于卤水脉冲的信号传输实现对气-液面位置的监测与预警功能。这项技术已经有很长一段发展历史了。但这种技术现在在卤水（盐水）介质下的传输效率和可行性并没有相关测试。
根据泥浆脉冲信号的监测，存在一些工程性的难题，比如对于泥浆脉冲监测，存在含气导致的传输速率影响。

泥浆中气体含量对信号传输速度影响较大，随着气体含量增加，信号传输速度快速下降。信号衰减程度与钻柱尺寸、脉冲频率、泥浆参数、井深等参数相关，其中脉冲频率对正脉冲信号衰减影响相对较大，随着频率提高，信号强度快速衰减，这一特性使提高信号传输速率和保证信号质量发生冲突，为随钻测量工作带来挑战。

参考文献资料

【1】 国内首台盐穴压缩空气储能项目落地
【2】盐穴压缩空气储能项目落户衡阳
【3】肥城10MW盐穴压缩空气储能系统运行一周年
【4】 盐穴储气库中子寿命测试油水界面技术
【5】MWD泥浆正脉冲信号传输特性及现场应用分析
【6】 盐穴储气库基于DTS界面监测技术分析