近日，記者通過中儲國能了解到，其在河南信陽打造的300MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站地下儲氣庫開挖已順利完成50%，這標志著我國首個30萬方量級大型儲氣建設取得了重要階段性進展。
說起30萬方的地下儲氣庫，大家可能沒有概念。但如果換算一下，它相當于130個奧運會標準泳池注滿水的體積，你定會和我一樣，感到驚訝。
那為什么要建造如此規(guī)模的地下儲氣庫，它對壓縮空氣儲能又意味著什么呢？
可以毫不夸張地說，地下儲氣庫在壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，扮演著核心基礎設施的角色，它決定著儲氣量、系統(tǒng)效率以及安全性、穩(wěn)定性等重要因素。因此，它也是發(fā)展長時大規(guī)模壓縮空氣儲能的關鍵技術之一，一直備受業(yè)界關注。
信陽地下儲氣庫，30萬方“內藏乾坤”
河南信陽300MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站，是國家新型儲能試點示范項目，并成功入選國家能源局第四批能源領域首臺（套）重大技術裝備。建成后，預計發(fā)電量可達4.2億度/年，能有效提高當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的效率、經(jīng)濟性和可靠性，在壓縮空氣儲能領域，具有技術開創(chuàng)性及重大示范意義。
信陽項目部負責人向記者透露，“該電站地下儲氣庫采用了‘高效自流排水系統(tǒng)’和‘突破性超大洞徑’等獨特設計”。
高效自流排水系統(tǒng)顯奇功
他進一步解釋說：“地下儲氣庫因地質原因引發(fā)積水，一直是困擾壓縮空氣儲能地下儲氣庫安全及施工效率的關鍵技術難題之一。這次，技術人員開創(chuàng)性設計的高效自流排水系統(tǒng)，通過合理設計儲氣庫的縱坡度、降低儲氣庫內部水位，從根本上解決了這一技術難題，顯著提升了系統(tǒng)的長期安全性和運行穩(wěn)定性，為復雜地質條件下的儲氣庫內排水系統(tǒng)建設，提供了全新解決方案”。
降本增效，國內首個15米超大洞徑設計
信陽項目還有一大亮點——國內首次突破性開展15米超大洞徑設計，這一創(chuàng)新設計使儲氣庫的有效容積提升到30萬立方米，相較以往最大設計，規(guī)模提升了300%。在確保結構穩(wěn)定性同時，為300MW級大規(guī)模儲氣系統(tǒng)提供了充足空間支撐，大幅提升了單位硐室儲能密度和工程經(jīng)濟性。洞徑擴大了50%，經(jīng)簡單測算，僅此一項，成本降低2億元，真正做到了安全、高效、經(jīng)濟三駕馬車，并駕齊驅。
首創(chuàng)水平進洞施工，完美解決地質難題
壓縮空氣儲能系統(tǒng)的水平進洞地下儲氣庫，與傳統(tǒng)方式究竟有何差異，又有什么優(yōu)勢呢？
傳統(tǒng)的垂直進洞或斜井進洞施工，施工周期長，成本高，而水平進洞施工風險相對較低，與豎井相比，成本更低，施工交通運輸更為便利。
中儲國能在壓縮空氣領域首次采用的水平進洞技術，可沿著巖層走向或穩(wěn)定地層延伸，靈活避開斷層，有效解決涌水帶等不良地質問題。相較于垂直豎井，其能更精準地選擇圍巖完整性好、抗壓強度高地巖層作為洞身主體，減少因深部地質突變（如軟巖夾層、高水壓區(qū)）導致地施工風險，在環(huán)境影響、經(jīng)濟性等方面也具有明顯優(yōu)勢。
平江地下儲氣庫，開地下儲氣庫突破創(chuàng)新之端
河南信陽300MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站地下儲氣庫的精妙設計，只是中儲國能近些年深耕壓縮空氣儲能技術及工程應用的一個小小縮影。
如果回溯這段創(chuàng)新探索之路，每一項工程都閃爍著珍珠般的光彩，串聯(lián)起來就是中儲國能、我國乃至世界壓縮空氣儲能地下儲氣庫的璀璨珠鏈。而回顧這個開端，則需倒回到2018年……
2018年，正是中儲國能的企業(yè)元年，也正是這一年，其孵化母體——中國科學院工程熱物理研究所參與到電建中南院湖南平江淺埋地下儲氣實驗庫的實驗工作，這也是國內首個針對壓縮空氣儲能的硬巖淺埋儲氣實驗庫。
它突破了傳統(tǒng)鹽穴儲氣的局限，為壓縮空氣儲能淺埋儲氣庫的工程實踐提供了重要的技術支撐，這也是我國壓縮空氣儲能地下儲氣庫開發(fā)之端。
探索路上不停歇，張北國際首個百兆瓦項目迎來新突破
平江項目不久，2018年起，中儲國能和中國科學院工程熱物理研究所啟動了河北張家口國際首套100MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站的相關課題研究及項目建設。其中，地下儲氣庫的建設是全球首個面向百兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)的地下人工硐室，也是全球首個10萬方量級地下儲氣庫。
張北項目是世界新型壓縮空氣儲能邁向百兆瓦級工程的里程碑，它極大推動了新型壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)化、工程化的步伐，為長時大規(guī)模儲能再添利器。電站建設獲得國家發(fā)改委國家可再生能源示范區(qū)重大項目等項目支持，入選國家能源領域首臺（套）重大技術裝備、京津冀綠色低碳技術典型案例，意義非凡。
多種技術手段并用，解決軟弱夾層復雜地質難題
采用地下人工硐室，使壓縮空氣儲能選址更靈活，能更好地配合風光發(fā)電基地，但我國幅員遼闊，復雜多變的地質條件，也為地下儲氣庫開挖帶來了各式各樣的挑戰(zhàn)。
張北項目所處的玄武巖，含有軟弱夾層的復雜地質，包括巖層破碎帶和節(jié)理密集帶，這對施工安全、儲氣庫穩(wěn)定性帶來了極大挑戰(zhàn)。技術人員創(chuàng)造性采用了系統(tǒng)錨噴支護、超前錨桿等手段，解決了巖層系列問題，還采用超前地質預報、混凝土置換等技術提高了硐室開挖的安全性，以及圍巖在長期高壓空氣循環(huán)荷載下的穩(wěn)定性，為壓縮空氣儲能在復雜地質條件下建設地下儲氣庫，積累了寶貴的第一手資料。
獨特的密封層技術確保安全高效運行
中儲國能首次在張北項目儲氣庫采用高強鋼，有效解決了儲氣庫運行期間的高氣壓安全穩(wěn)定運行和密封性問題，同時解決了運行及檢修期較高水頭的外水壓力問題，有力保障了地下儲氣庫在復雜地質條件下的安全與高效運行。
因地制宜的排水技術方案
就像天氣難以準確預測一樣，地質狀況也很難通過事前勘測了如指掌。在解決地質滲水、漏水問題方面，技術人員在實踐中設計并總結出了一套專業(yè)的防滲、排水技術方案，這套方案遵循“先堵后排，堵排結合”的原則，解決了地下水對施工安全的影響。
突破軟巖限制，夯實中寧地下儲氣庫示范作用
2023年10月，大唐中寧100MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站開工建設。它是國家發(fā)改委專項基金支持項目，在科研創(chuàng)新、裝備研制、工程建設等方面，具有示范、引領作用。其建成后預計發(fā)電量達1.2億度/年，為寧夏建設國家新能源綜合示范區(qū)提供重要支撐。
打造國內首個軟巖全人工硐室地下儲氣庫
西北是我國風光能源的集中地，西電東送是我國能源的一大戰(zhàn)略，因此西部地區(qū)的長時大規(guī)模儲能，成為業(yè)界普遍關注的焦點。而解決西部地區(qū)軟巖地質的限制，能極大釋放新型壓縮空氣儲能在長時大規(guī)模儲能領域的潛力，對產(chǎn)業(yè)以及國家戰(zhàn)略發(fā)展都具有重大意義。
傳統(tǒng)儲氣庫建設多選擇鹽巖或硬巖等特殊地質，這嚴重限制了儲能電站的選址范圍。而大唐中寧項目通過多種創(chuàng)新設計，解決了這一嚴重制約壓縮空氣儲能適用范圍的限制，打造了國內首個軟巖地層的全人工硐室地下儲氣庫。
首創(chuàng)國內環(huán)形儲氣庫結構設計
技術人員在中寧項目中，首次創(chuàng)新性采用了環(huán)形地下硐室結構，通過閉合回路設計顯著提升了圍巖應力分散效率，實現(xiàn)了在軟巖中穩(wěn)定構建大容積儲氣空間的技術突破，大幅提高了地下空間的利用率，為我國軟巖分布區(qū)域的儲能電站靈活選址，提供了更多可能。
獨特的進洞、密封設計
在大唐中寧項目，技術人員一改傳統(tǒng)豎井進洞方式，將豎井與斜井巧妙結合，有效提高了施工效率，使之更加方便通風、排水，同時減少了硐室出渣、鋼襯組拼等工序的干擾，提高了施工效率和效果。
在密封層設計方面，考慮到軟巖地層容易產(chǎn)生變形的問題，科研人員采用了復合設計，即在采用柔性材料應對變形問題的同時，也借助剛性材料提供穩(wěn)定支撐，保障150米深處的高壓空氣得到安全的儲存，以及系統(tǒng)的密封性和安全性。
首創(chuàng)多環(huán)形陣列設計 江西鉛山項目建設再升級
江西鉛山300MW先進壓縮空氣儲能國家示范電站，是國家新型儲能及能源領域的重點項目、入選“新型儲能試點示范項目名單”、國家第四批能源領域首臺套重大技術裝備。
從單環(huán)形到多環(huán)形 釋放壓縮空氣儲能無限可能
在大唐中寧項目地下儲氣庫“環(huán)形列陣”設計的基礎上，江西鉛山項目又實現(xiàn)了新的突破、升級，首次采用了“多環(huán)形列陣”設計。
在保證儲氣庫穩(wěn)定性的同時，該設計可實現(xiàn)多條儲氣庫獨立運行的功能，可靈活梯次投運，從容應對多種復雜地質狀況，同時提高了項目施工、運行效率，為壓縮空氣儲能在更復雜、多元的地質條件下應用，提供了充足的技術支撐。
首次在壓縮空氣儲能地下儲氣庫采用數(shù)字孿生技術
出于對壓縮空氣儲能電站“數(shù)智化”管理需求的不斷提升，2024年，中儲國能率先在國內壓縮空氣儲能地下儲氣庫采用了“大規(guī)模儲能與監(jiān)測自動化管理體系設計”，以提高管理的精細化、智能化水平，不斷提高電站管理水準。
多項重大工程 磨礪強悍地下儲氣庫建設實力
我們可以看到，2018年中儲國能成立之初，就是伴隨著我國首個壓縮空氣儲能淺埋地下儲氣實驗庫——平江儲氣庫，一路走來的。
歷經(jīng)張北國際首座100MW、大唐中寧100MW、河南信陽300MW、江西鉛山300MW等多座先進壓縮空氣儲能電站的不斷優(yōu)化，中儲國能針對不同地域、地質條件下開展大量級地下儲氣庫總結出一整套適用于不同工程條件的解決方案，在壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)、核心裝備研制及系統(tǒng)集成方面的突出優(yōu)勢之外，又掌握了地下儲氣庫的核心競爭力，為未來持續(xù)在壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)做大做強，奠定了堅實基礎。
創(chuàng)新永不停歇，中儲國能總經(jīng)理紀律向記者表示，壓縮空氣儲能是一個系統(tǒng)工程，每一處都需要精細打磨、不斷迭代升級，未來企業(yè)還將繼續(xù)在地下儲氣庫領域加強科研投入，積極參與國家、行業(yè)標準制定，為壓縮空氣儲能及其他相關領域，提供富有價值的技術、工程服務。
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