盐穴储能“零碳”技术实现商业化突破，具备盐穴资源的纯碱公司受益

盐穴压缩空气储能是一种助力电网削峰填谷、优化能源结构的先进技术，我国应用前景巨大：盐穴压缩空气储能是指利用弃风、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。以高压容器为主的储气模式建设成本较高，限制了其装机容量和推广应用；而盐穴储气具有建设成本低、占地面积小、技术成熟、密封性好、储气压力高、安全稳定、具有损伤自我恢复功能等优点，可以满足大规模先进绝热压缩空气储能的储气技术需求。据CNKI，我国盐穴资源丰富，现有盐穴约1.3 ×108 m3 ，其中大部分经过造腔后密封性良好，但是目前已利用的盐穴仅有40多个，仅占总量的0.2%，绝大多数的盐穴资源处于闲臵状态，可利用的空间巨大。 非补燃压缩空气储能电站符合零碳发展趋势，正持续大型化、商业化：目前，全球已有2座大规模盐穴压缩空气储能电站投入商业运行，分别是1978年建设的德国Huntorf电站（输出功率321 MW，运行效率29%）和1991年建设的美国McIntosh电站（输出功率110MW，运行效率54%），至今仍运转良好。但由于这两座电站都采用天然气进行补燃，故存在燃料依赖和排放污染等问题。非补燃压缩空气储能增加回热系统，将压缩热循环利用，实现无燃烧、零碳排。目前我国已有2座盐穴压缩空气储能电站分别于2021年9月和2022年5月成功并网发电，分别是山东肥城10MW示范电站和中盐金坛60 MW/300 MWh国家试验示范项目，运行效率达到60%以上。后续河南平顶山市叶县200MW盐穴先进压缩空气储能电站和江苏淮安465MW/2600MWh（一期单机 115M W，二期单机350MW）盐穴压缩空气储能项目有望陆续投产，我国非补燃盐穴储能技术持续往大型化、商业化发展，具备广阔应用前景。 系统效率的提升以及成本的下降，将推动压缩空气储能经济化发展，具备盐穴资源的纯碱公司有望受益：不考虑运行效率，金坛盐穴压缩空气储能国家示范电站一期的储能容量300 MWh，理论上在一个运行周期内可以存储30万度的电能，预计年发电量约1亿kWh，投资额约5亿元。据中能电研，目前从已建成和在建的压缩空气储能项目来看，兆瓦级的系统效率可达52.1%，10兆瓦的可达60.2%，百兆瓦级别以上的系统设计效率可以达到70%，先进压缩空气储能系统效率能够逼近75%。系统规模增加后，单位投资成本也持续下降，系统规模每提高一个数量级，单位成本下降可达30%左右。盐穴储能项目向经济化发展，有望利好具备盐穴的纯碱公司，符合造井条件的闲臵盐穴加以利用，将打造新的利润增长点，建议关注中盐化工、和邦生物、雪天盐业、双环科技、云图控股、苏盐井神等。 风险提示：技术商业化进度不及预期、盐穴地质条件受限等。 1.盐穴压缩空气储能系统在我国能源电力领域将具备广阔前景 1.1.压缩空气储能技术可促进清洁能源高效消纳、实现智能电网削峰填谷 大规模储能技术是实现电网削峰填谷、解决风光等波动性可再生能源消纳问题的有效手段之一。构建以新能源为主题的新型电力系统是保障我国电力安全、能源安全的核心，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键。以风能、太阳能为代表的可再生能源是能源低碳转型的重要方向，据国际能源署（IEA）预测，2030年全球可再生能源发电量占全球总发电量的比例将达到33%。2020年，我国弃风电量约1.66×1010 kW〃h，弃光电量52.6×108 kW〃h。可再生能源固有的间歇性使得其消纳困难，弃风、弃光现象严重，造成了极大投资浪费。同时，我国电网峰谷差呈逐步扩大的趋势，而可再生能源的比例增加使得该问题进一步恶化。在我国风能、太阳能等可再生能源与消费中心地区严重逆向分布的背景下，先进的大规模储能技术能够实现能量的时空转移，平滑新能源波动性，从而为解决弃风弃光问题，并为电网削峰填谷和能源结构清洁化转型提供支撑。 压缩空气储能技术是大规模储能技术极具潜力的发展方向。目前较为成熟的大规模储能技术主要有抽水蓄能、蓄电池储能以及压缩空气储能3种。抽水蓄能技术成熟、效率较高、成本较低，然而其建设受到严格的地理生态条件限制，不仅需要丰富的水资源，还需具备可以建设上库下库的地理地质条件，推广应用存在一定局限性。蓄电池储能具有响应迅速、转换效率高等优点，但是受制于造价、寿命以及环保等问题，其大规模的应用受到一定的限制。与上述2种储能技术相比，压缩空气储能(compressed air energy storage，CAES)对地理条件要求较低，成本也与抽水蓄能相似，并且储能容量大，技术可靠，运行寿命长，是目前大规模储能领域极具潜力的发展方向之一。 1.2.盐穴储气库极具成本与性能优势，可利用空间巨大 盐穴即盐矿开采后留下的矿洞；建设盐穴储库进行压缩空气、天然气、石油和氢气等能源存储，是世界上许多国家普遍采用的方法。盐穴储气是采用人工方法在地下较厚的盐岩层或盐丘层中制造洞穴形成空间以储存气体的技术。盐穴储气库的建设一般采用水溶开采方式，其深度、容量、间距和压力等参数根据不同的地形和地质条件而定。盐穴储气作为一种优良的大规模储气方式，可以与压缩空气储能系统充分结合，解决大型压缩空气储能电站的大容量储气问题。 图1：盐穴内部形态 采用地下盐穴作为压缩空气储能系统的储气库具有诸多优点： 1）建设成本低。盐穴储气的压缩空气储能发电系统储气的成本约为6~10 USD/(kWh)，其投资大约只相当于地面压力容器库的1/10。 2）占地面积小。盐穴储气库的地面设备简单，占地面积小。例如，建设容积为3 ×105 m3 盐穴储气库，其地面井口装臵占地不超过100 m；对比而言，储气量5 ×104 m3 的地面压力容器储气库，需占地8 ×104 m左右。 3）技术成熟。作为一种常规大容量的储气技术，盐穴造腔技术十分成熟，且施工方法简单可靠。此外，可以较为精确地控制盐穴的构造形状，以满足高储气压力对于盐穴储气库结构稳定性的要求。 4）密封性好。盐穴具有非常低的渗透率与良好的蠕变特性，能够保证储存溶腔的密闭性，盐穴储气泄漏量仅为总储气量的10~10。 -6 -5 5）储气压力高。盐穴储气库深埋于地下数百米至上千米，可以承受较高的储气压力。此外，岩盐与高压空气接触时没有化学反应，同时不会溶解，从而不影响储存介质的质量。 6）安全稳定。盐岩的力学性能稳定，具有损伤自我恢复功能，能够适应储存压力交替变化。 以德国Huntorf电站的盐穴储气库为例，该电站在成功运行20年后检测了2个储气盐穴的形状，其形状没有太大差别，盐穴体积收缩率平均仅为0.15%/a，平均沉降速率3.24mm/a，未发现气体泄漏，这一事实充分表明盐穴储气技术应用于压缩空气储能的可靠性。 图2：德国Huntorf电站1984年和2001年2个盐穴形状对比 目前世界上利用盐穴改造的储存库主要集中在美国、法国、德国、加拿大等欧美国家。自20世纪60年代起，国外一些盐穴储气库即投入运行，目前世界上在役的盐穴储气库已经超过70座。 我国盐穴资源丰富，现有盐穴约1.3 ×108 m3 ，其中大部分经过造腔后密封性良好。但是目前已利用的盐穴仅有40多个，仅占总量的0.2%，绝大多数的盐穴资源处于闲臵状态，可利用的空间巨大。 盐穴储气库一般选择在盐层厚度大、分布稳定的盐丘或盐层上，选择盐穴建库要遵循以下几条原则：①盐层厚度大，无断层影响；②盐层品位高，便于水溶造腔；③顶板强度大，有利气库安全；④盐层内部夹层少、厚度小，有利造腔；⑤埋深大于 400m ，保证一定储气能力； ⑥水源充足，保证造腔用水。 图3：我国东部盐穴资源分布示意图 表1：我国东部盐穴资源容量 2.非补燃CAES技术具备大规模发展条件 2.1.盐穴压缩空气储能电站正逐步往大型化、商业化发展 全球盐穴压缩空气储能电站研究已有40多年历史。目前，全球已有2座大规模盐穴压缩空气储能电站投入商业运行，至今仍运转良好。1978年，德国率先建成世界上第1座商业性盐穴压缩空气储能电站——亨托夫（Huntorf）电站；该电站输出功率为321 MW，运行效率为29%，储气库容积3.1 ×105 m3 。美国于1991年建成了世界上第2座商业性的压缩空气储能电站——麦金托什（McIntosh）电站；该电站输出功率为110 MW，运行效率为54%，储气库容积5.6 ×105 m3 。 表2：Huntorf电站与McIntosh电站技术参数对比 但由于这两座电站都采用天然气进行补燃，故存在燃料依赖和排放污染等问题。随着能源结构调整、气候环境变化及可再生能源发展等多方面压力的不断增大，国际上随后掀起了非补燃CAES技术研究热潮，以期减少乃至摒弃燃料补燃。考虑到我国天然气资源和环境条件约束，非补燃CAES也成为国内大规模物理储能技术研究的重点。 非补燃CAES系统是在传统补燃式压缩空气储能的基础上发展而来，主要包括2个核心技术环节：一是压缩储能时，通过增加回热系统，将压缩过程中产生的压缩热回收并储存；二是释能发电时，利用存储的压缩热加热进入透平的高压空气，以摒弃燃料补燃。通过压缩热的循环利用，非补燃CAES摒弃了传统压缩空气储能的燃料补燃技术路线，实现了系统运行过程中无燃烧、零碳排，因而是一种清洁的大规模物理储能技术。 近年来，美国、加拿大等国都部署了盐穴压缩空气储能项目。美国贝瑟尔能源中心（APEX Bethel）开发的压缩空气储能设施项目计划于2022年投运。2019年，加拿大自然资源部和可持续发展技术基金会提供资金支持的Goderich压缩空气储能电站投产，该项目的峰值输出功率为1.75MW，充电功率为2.2MW，存储容量为10MWh+。 我国盐穴压缩空气储能相关研究开发起步较晚。2017年5月，我国压缩空气储能领域的首个国家示范项目“中盐金坛盐穴压缩空气智能电网储能系统国家示范项目”正式获得国家能源局批复立项。此项目落址于江苏省常州市金坛区，采用清华大学的基于先进绝热CAES的非补燃压缩空气储能技术，利用金坛地下盐穴作为储气室，建设的压缩空气储能电站能够强力支撑当地电网的调峰需求，促进电力系统经济运行，缓解峰谷差造成的电力供应紧张局面。 2020年8月主体工程正式开工，项目初设静态投资4.3亿元。2021年8月，此项目工程倒送电成功，一期发电装机60 MW，储能容量300 MWh，预计年发电量约1亿kWh，是世界首个大型非补燃压缩空气储能电站。此储能电站具有完全自主知识产权，核心设备实现了100%国产化。据江苏发改委官网消息，2022年5月15日，金坛60MW/300MWh盐穴压缩空气储能国家试验示范项目整套设备启动连续满负荷试运行成功，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，2022年5月26日成功并网投运。据央视网，金坛盐穴压缩空气储能电站理论上每个周期可存储30万度的电能，相当于6万居民一天的用电量。未来将分期建设装机容量达到百万千瓦的压缩空气储能电站群，远期建设规模1000兆瓦，金坛项目地下盐穴储气库约1000万立方米，理论上可以建设超过4000兆瓦的压缩空气储能电站。 2021年9月23日，山东肥城盐穴先进压缩空气储能调峰电站取得重大进展，一期10 MW示范电站顺利通过发电并网验收，并正式并网发电，这标志着国际首个盐穴先进压缩空气储能电站已正式进入商业运行状态。肥城盐穴先进压缩空气储能国家示范电站技术由中国科学院工程热物理研究所研发，一期10MW示范电站项目于2020年10月2日开工建设，二期将建设规模100 MW×3h，总投资15亿元，正在编制环评、安评、水土保持和社会稳定风险评估等报告，即将完成土地手续办理。 2022年6月14日，河南平顶山市叶县200MW盐穴先进压缩空气储能电站举行通井开工仪式，这标志着我国首座200MW盐穴压缩空气储能工程进入重要实施阶段。此项目总投资约15亿元，项目建成后年发电量约