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电从盐穴来

——金坛盐穴压缩空气储能国家示范项目建设纪实
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发布时间:2022-07-14    信息来源:中国华能


5月26日上午10时整,“金坛盐穴压缩空气储能发电国家试验示范项目的研发取得圆满成功!今日投入运营!”当压力超过100个大气压的空气从地下千米深处的盐穴奔涌而出,驱动世界最大的空气透平做功发电时,每一个建设者的心都随之激扬澎湃。

世界首个非补燃压缩空气储能电站的正式投运,为我国新型储能技术发展再下一城。

三年的淬火铸剑,中国华能以高水平科技自立自强的使命担当,推动我国压缩空气储能领域从“跟跑、并跑”走向“创新、主导”。江苏公司坚持创新是第一动力,为地下废弃矿井闲置空间的综合利用提供新的思路和解决方案,为我国压缩空气储能乃至能源产业的高质量发展提供了强有力的科技支撑,走在了标准的“最前沿”。 

开辟路径,拓展储能技术新方向

压缩空气储能是近年来快速发展的大规模新型储能技术,是构建新型电力系统、实现“碳达峰、碳中和”目标的关键技术。我国压缩空气储能系统研究起步较晚,经过清华大学团队10年攻关已取得重大突破,但在规模化和商业化的道路上仍是一片空白。

2017年5月,金坛盐穴压缩空气储能项目正式列入国家示范试验项目之一。作为世界首个非补燃压缩空气储能电站,所有设备均为国产化首台套,项目既有设备研发难题,又有首次集成困难,和其他示范项目一样,金坛盐穴储能试验示范项目不仅存在技术风险和挑战,还面临商业模式的不确定性,正是挑战激发了斗志,也是转型的迫切需求推动了发展脚步。对江苏而言,抽水蓄能厂址资源缺乏,但盐穴资源丰富且优质,盐穴储能是江苏构建新型电力系统的重要发展方向,这也成为了江苏公司布局重要大规模储能技术发展、服务江苏能源绿色转型的方向。道阻且长,行则将至,华能坚持产学研用相结合,联合央企和高校,组成了名副其实的“国家队”,共同探索我国储能技术领域的蓝海。

世界最大的空气动力透平、全球最大的多台串联大型空压机、世界首创的高效纯逆流发夹式换热器……在金坛盐穴压缩储能项目这片充满希望的“储能实验田”里,多项“第一”和“唯一”落地生根。

0.01%,打磨储能建设“高精尖”

2018年12月25日,随着项目的奠基,金坛盐穴压缩空气储能项目徐徐拉开序幕。在项目建设初期,江苏公司就遇到了意料之外的“卡脖子”难题。

项目团队在计算核实工程图纸时发现,主气管道上的减压阀设计将导致“气”转化为“电”的效率大大降低。但作为储能电站,高效的换电效率是重中之重,同时也是项目最具示范意义的根本属性。

江苏公司坚持以0.01%的效率偏差为精度,打磨技术路线。金陵电厂多名精兵强将即刻行动与科研、设计等单位组成专业团队沉下心来解决“减压阀”难题。调研设备结构、计算沿程损失、优化管路设计,最终创造性地提出了压缩空气母管旁路设置,以详实的数据和可行的方案,打了一场漂亮的创新攻坚战。

2020年11月28日上午10时18分,示范项目主体工程正式开工仅3个月后,工程团队就完成了最关键的一“吊”——空气透平吊装。

“现场地基土质松软,路况复杂,车辆空载下陷车都时有发生,吊装作业半径狭小,通道间隙不超过20厘米,操作难度非常大。”透平专业负责人杨清格勒介绍。

为确保万无一失,项目团队提前一个月通宵达旦论证,吊装作业空间有限,就让吊机进入厂房内,面对透平机岛侧向站位,极限让出吊装通道;土壤液化现象严重,就沿路换新土、铺石子、垫钢板……

吊装当天,冬雨绵绵,不到两公里的路程,空气透平在泥泞的村道上“爬行”了整整5个小时,才到达指定位置。当160多吨重、9米长的空气透平缓缓落在透平岛上,团队成员心里的大石头也随之落下,因熬夜红肿的眼眶里尽是喜悦。

项目第一个主设备顺利吊装就位,让大家信心倍增,在接下来的全面安装阶段,示范工程势如破竹。2021年9月30日,伴随着大屏幕上变化的负荷,透平发电机组于成功进行并网试验,发出我国首个大型压缩空气储能电站第一度电。看着这来之不易的阶段性胜利,大家紧紧相拥,“所有的辛苦与付出,值了!”

就在项目如火如荼地推进时,核心设备——压缩机却屡次“失约”。为项目量身定做的全球最大多台串联大型压缩机组是备受行业瞩目的一大难点,“我们确实遇到了疫情反复、制造厂家排产计划滞后等多方面不利因素,但按期交货,质量满分是我们的底线。”江苏公司派出的制造厂家“最佳编外人员”——监造组轮流驻厂,从厂家项目经理的办公室到安装车间,从试验操作台到设计作图室,“我们要点检钢材预处理、齿轮箱安装、叶轮制作、转子动平衡情况等,确保每一个部件都‘零’失误。”压缩机专业负责人房久正至今还记得,2021年12月30日,这个大家伙在电站完美就位的那一刻,他长长舒了口气。


屡创“首次”,打好调试运维“组合拳”

距离项目投运仅有5个月的时间,从金陵电厂走出的“金牌运行操作天团”却在调试为项目量身定做的全球最大压缩机组时犯了难。

“压缩机简单来说是将空气压缩进盐穴的关键设备,但它一般用于化工行业,对于电力人来说有些陌生。”在生产准备部负责人庞里波眼里,熟悉这个大家伙不难,难的是让它安全启停。

“3台压缩机是低、中、高压串联的机组,温度最高可达340多摄氏度,很难掌握压力和温度的平衡,启停对机组考验极大。”庞里波介绍,压缩机串联运行,涉及大功率压缩机组的启动加载、防喘振控制、防阻塞控制、串联控制、停机卸载控制等众多技术难点,以及空气储能项目所特有的高频次启停机加卸载操作问题,其技术难度和复杂性远高于常规机组水平。

“全球就这么一台,一个不小心,轻则跳机,重则损坏设备。”听着压缩机内气流令人不安的“喘动”,和齿轮来回碰撞的声音,每次尝试启停都是在考验团队的心理承受能力。为了达到理想中压缩机“平缓顺滑的启停”,庞里波只能带领团队从100摄氏度左右的低温开始一度一度尝试着将温度调高,努力在压力、温度、导热油中间找到平衡点。

谁知波折不断,调试难度再度升级,团队发现制造厂家原有的密封设计会对压缩机造成严重磨损。“密封装置是封住100多公斤压力、300多度气体的堤坝,如果出现泄漏,将会造成严重安全事故。”庞里波的心提到嗓子眼儿,时间异常紧迫,项目团队果断推翻原有密封设计,全部“归零”,与生产厂家一起从初始设计开始,一路优化,仅用一个月就让压缩机重新穿戴上了新的密封装置。

“没有撞击声了!”在压缩机最后的调试现场,40分钟的停机过程,每个人都竖起耳朵仔细聆听,运行人员的背后全部湿透……在历经几十次的尝试后,压缩机启停“喘动”终于消失。

庞里波记得,在今年的春夏之交,疫情之下,150天里,300余名工程建设者封闭管理,实现了疫情防控“零感染”,设备交付“零滞后”和安装调试“零差错”。调试运行团队总计无差错完成操作1000余项;纠正了主气管路改道、备用电源设计缺失、UPS电源设计错误等多项设计和施工漏项、错误;发现了生产和土建缺陷132条,同时通过督促建设单位消缺,现场设备健康水平进一步提高。

今年5月15日,金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目整套设备,实现连续4天满负荷、满时长“储能-发电”运行,完成一次调频性能、AGC功能等涉网试验,各项指标优良,具备投入商业运行条件。

“中国标准”,让世界听到“中国储能故事”

从“无标准可依”到“我们就是标准”,江苏公司走出了一条“科技成果凝练成金”的标准引领之路。

创建标准是一项专业性极高的工作,对国际标准来说,更是如此。项目科技创新负责人陈辉感慨良多:“超越现有实际基础提出创新理论,一味地追求新奇的概念和技术只会成为‘空中楼阁’。”

为打造压缩空气储能领域首个国家标准,陈辉带领专业团队对项目功能、作用、技术结构、指标进行深入提炼,“要熟悉金坛盐穴项目,也要对当前技术发展路线非常熟悉,才能将电站全流程通过标准的形式展现出来。”陈辉介绍。

联合十几家国内核心制造商对每一条标准进行修订是陈辉的日常,“要保证标准先进性的同时兼具合理性,还要能够反映当前技术发展的情况。”陈辉说,“有时为了一个数据,我们要咨询同领域的多个制造商反复沟通,找到一个平衡点。”

依托金坛储能项目,充分发挥华能产业链“链长”作用,江苏公司积极组织创建压缩空气储能标准体系,截至今年6月,金坛储能项目参与发布IEC国际标准一项,立项IEC国际标准一项。并拿下了多项“第一”:主导发布国内首个压缩空气储能电站KKS编码类和并网类团体标准各一项,获批国内压缩空气储能领域首个国家标准和行业标准。

在标准体系建设的同时,江苏公司推动形成具有自主知识产权的压缩空气领域“专利群”,截至今年6月,金坛储能项目自主申报共50项核心专利,其中发明专利占比达60%,已授权专利21项,逐步形成储能的知识产权保护屏障。

与此同时,一支结构完整、梯队明显的储能专家队伍逐渐成型。江苏公司深度挖掘工程推进过程中的创新点,深造属于储能的人才高地。项目三名专家四人次当选IEC可再生能源并网和电力储能技术委员会注册专家,一名专家入选全国电力储能标准化技术委员会压缩空气专家组,完成全国首批压缩空气储能电站值长的取证工作。金陵电厂国际标准化青年专家、IEC注册专家陈俊彦在国际电工委员会术语与定义技术委员会(IEC\TC1)2021年会上,代表中国向各国专家介绍金坛压缩空气储能项目,讲述了属于中国的“储能故事”。

项目投运后,江苏公司将继续优化运行方式,围绕压缩空气储能技术试验、标准创建、工程及商业运营示范三大目标,持续打造新型储能行业标杆。“江苏公司将以科技创新为引领,在绿色工厂、绿色校园、绿色办公、绿色交通和分布式方面加大研发和投入力度,加大‘绿色储能’创新和实践力度,助力打造以新能源为主体的新型电力系统”。江苏公司党委书记、董事长曹庆伟说。

文字:新闻中心 李昕葳 江苏公司 杨清格勒