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    2021年壓縮空氣儲能裝機暴增15倍,這一賽道前景到底如何?
    發布時間: 2022-05-05

    來源:界面新聞

    什么是壓縮空氣儲能?

    壓縮空氣儲能具有裝機容量大、儲能周期長、系統效率高等優點,且一般可儲釋能上萬次,壽命達40-50年,被認為是最具有廣闊發展前景的大規模儲能技術之一,可以與抽水蓄能相媲美。

    但該技術比較適合于大型系統,需要特定的地理條件建造大型儲氣室,例如報廢的礦井、巖洞、廢棄的油井或者人造的儲氣罐等,因此限制了使用范圍。

    通常來講,該技術原理是在用電低谷時,用電壓縮空氣,使電能轉化為空氣內能;用電高峰時,釋放高壓空氣并驅動渦輪發電,將存儲的空氣壓力能再次轉化為機械能或者電能。

    中國能源研究會儲能專委會副主任兼秘書長、中關村儲能產業技術聯盟常務副理事長俞振華表示,目前壓縮空氣儲能發展有重大突破,超長時的單機10MW級和100MW級壓縮空氣儲能已經并網,正在向單機300MW規模前進。

    壓縮空氣儲能可分為傳統與新型兩大技術路線。光大證券報告顯示,傳統壓縮空氣儲能系統(CAES)是基于燃氣輪機技術開發的一種儲能系統,但其依賴儲氣洞穴與化石燃料,系統效率較低,存儲與轉換過程可能會帶來新污染。

    該技術路線下,釋放高壓空氣進入燃氣輪機燃燒室進行發電時,通常需要同燃料一起燃燒。

    壓縮空氣儲能自上世紀70年代后期開啟真正應用。1978年,全球第一座壓縮空氣儲能電站在德國建成,隨后美國、日本等國家在此領域的發展速度也在不斷加快。

    目前,全球真正商業化運行的壓縮空氣儲能電站共有兩座,分別為德國Huntorf電站、美國Mcintosh電站,兩者裝機分別為290MW和110MW。它們均是帶有燃燒室和洞穴儲氣室的傳統壓縮空氣儲能系統。

    新型壓縮空氣儲能則通過三種技術實現進步,分別是絕熱壓縮空氣儲能、液態空氣儲能、超臨界壓縮空氣儲能,三者分別解決需要化石燃料補燃、儲氣洞穴依賴以及效率問題。

    絕熱壓縮空氣儲能,是指利用蓄熱回熱技術回收再利用氣體壓縮過程所產生的壓縮熱,在壓縮空氣發電時不需再燃燒化石燃料,即非補燃式的壓縮空氣儲能技術。目前在中國江蘇金壇建設的非補燃式壓縮空氣儲能電站,為全球首個非補燃壓縮空氣儲能電站。

    液態空氣儲能,是指將高壓空氣經蓄冷器預冷后節流液化,將電能以常壓低溫液態空氣形式儲存,同時存儲壓縮熱,可擺脫對儲氣洞穴的依賴。2021年10月,國內首套10兆瓦先進壓縮空氣儲能系統在貴州畢節并網發電,該套系統配備集氣裝置。

    超臨界壓縮空氣儲能,是在低谷期將電能將空氣壓縮至超臨界狀態,并利用存儲的冷能將超臨界空氣冷卻液化儲存;在用電高峰,液態空氣加壓吸熱至超臨界狀態,并進一步吸收存儲的壓縮熱后通過膨脹機驅動發電機發電。

    根據中國科學院的相關專利說明,超臨界壓縮空氣儲能采用了必要的儲熱、儲冷設備,系統效率比傳統壓縮空氣儲能系統更高。

    中國技術突破

    光大證券報告指出,國內壓縮空氣儲能技術研究起步較晚,2005年才開始發展,但進步迅速。2016年,中國建立了示范工程項目,技術進入全球先進水平。

    2021年9月23日,山東肥城壓縮空氣儲能調峰電站項目正式實現并網發電,這標志著國際首個鹽穴先進壓縮空氣儲能電站已進入正式商業運行狀態。

    去年,國內壓縮空氣儲能系統在效率和成本兩方面,均達到了商業化發展的水平。

    去年12月,中儲國能(北京)技術有限公司(下稱中儲國能)表示,從目前已建成和在建的項目看,兆瓦級壓縮空氣儲能的系統效率可達52.1%,10兆瓦的系統效率可達60.2%,百兆瓦級別以上的系統設計效率可以達到70%,先進壓縮空氣儲能系統效率能夠逼近75%。此前壓縮空氣儲能效率約在40%-50%之間。

    此外,在系統規模增加后,單位投資成本也持續下降,系統規模每提高一個數量級,單位成本下降可達30%左右。

    中儲國能是中國科學院工程熱物理研究所100MW先進壓縮空氣儲能技術的產業化公司,專注于壓縮空氣儲能技術的推廣應用。

    2020年中儲國能獲得中科創星、株洲高科領投的1.6億元天使輪投資。2021年,招銀國際領投,中科創星追投,聯想之星、普華資本、華控基金、南京麒麟等機構跟投,融資金額達1.8億元。

    CNESA發布的《儲能產業趨勢》報告指出,壓縮空氣儲能的關鍵技術主要包括壓縮機技術、蓄熱換熱器技術、膨脹機技術、系統集成與控制技術等。

    2021年,中國對于上述技術的研發也有突破性進展。

    去年,中國科學院工程熱物理所依托國家能源大規模物理儲能研發中心建成了壓縮機實驗與檢測平臺。

    依托該實驗平臺,中國科學院工程熱物理所(下稱中科院)研制了10MW先進壓縮空氣儲能系統用10MW級六級間冷離心式壓縮機、10MW級四級再熱組合式透平膨脹級、高效超臨界蓄熱換熱器,并應用于肥城10MW鹽穴壓縮空氣儲能商業電站。這幾項產品的效率均在85%以上。

    此外,中科院還攻克了100MW級先進壓縮空氣儲能系統的寬工況組合式壓縮機技術、高負荷軸流式膨脹機技術、高效蓄熱換熱器技術,以及系統集成與控制技術,研制出國際首套100MW系統壓縮機、膨脹機和蓄熱換熱器,目前正在開展張家口示范系統的集成調試。

    落地項目

    在技術突破的基礎上,越來越多的項目在逐漸落地。

    2021年8月,中科院在山東肥城建成了國際首套10MW鹽穴先進壓縮空氣儲能商業示范電站,通過項目驗收,并正式并網發電商業運行,系統效率達60.7%,創造了新的世界紀錄。該項目由中儲國能投資建設,葛洲壩中科儲能技術有限公司提供設備、技術并負責工程。

    中科院還在張家口市建設了國際首套100MW先進壓縮空氣儲能國家示范項目,2021年12月底并網。該項目由巨人能源旗下張北巨人能源投資建設,中儲國能提供全套設備,中國電建集團水電四局負責工程總承包。

    此外,位于貴州畢節的集氣裝置儲氣10MW先進壓縮空氣儲能系統于2021年10月完成并網發電;江蘇金壇建設了60MW/300MW·h鹽穴壓縮空氣儲能示范項目,2021年10月開展了并網試驗。

    其中,江蘇金壇項目由華能集團承擔建設、調試和運維。國家電網、東方電氣、哈爾濱電氣、上海電氣、中國能建、中國電建、中國石油、中國石化、沈鼓集團和浙建集團均參與了項目建設。

    據界面新聞記者不完全統計,自2021年以來,已有八個已簽約待建壓縮空氣儲能項目,分別位于浙江省溫州市蒼南縣、河南葉縣、江蘇淮安、遼寧朝陽縣、山東泰安、湖北孝感、江西瑞昌、湖北應城。

    從簽約方及建設方來看,主要為華能集團、中國機械設備工程股份有限公司、中科院工程熱物理所、中儲國能、中能建數字科技集團、葛洲壩能源重工有限公司、國家電網地方公司及項目當地企業。

    目前從事壓縮空氣儲能產業的上市公司主要有三家,分別為國內透平機械龍頭陜鼓動力、金通靈和東方電氣。

    陜鼓動力成立于1999年,專注于透平機械及系統的研發、制造、銷售服務等。透平即為渦輪,是壓縮空氣儲能流程上不可或缺的設備。

    今年1月,陜鼓動力與中能建數字科技集團簽約300MW壓縮空氣儲能重大示范項目。

    金通靈成立于1993年,專注于大型工業鼓風機、壓縮機、蒸汽輪機等流體機械領域。該公司曾與中科院合作研發壓縮空氣儲能項目,并在肥城、畢節完成兩個中試項目,取得了試驗成功。在這兩個項目中,金通靈負責空氣膨脹機產品的結構設計和工藝以及生產制造。

    東方電氣是國內發電設備龍頭。它曾與哈爾濱電氣一起,完成了全球首個非補燃式壓縮空氣儲能電站的空氣透平、油氣換熱器等核心設備的研制。

    截至4月29日收盤,陜鼓動力報收7.62元,市值為132億元,歷史最高達258億元。去年,該公司營收達103.6億元,同比增長28.47%,凈利潤約8.5億元,同比增長25.22%。

    金通靈同日報收3.55元,市值為52.9億元,歷史最高達103億元。去年該公司實現營業收入17.5億元,同比上升22.2%,凈利潤1986萬元,同比下降66.13%。

    東方電氣同日報收12.62元,市值為375億元,歷史最高達696億元。去年該公司實現營收478.19億元,同比增長28.26%,創歷史新高;凈利潤22.89億元,同比增長22.93%。

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