出品：科普中國
製作：滄海一粟@KP
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
說到能源每個人都不陌生，但你知道鹽和能源有什麼關係嗎？對，我說的就是那個我們每天都要吃的鹽。要說清這個問題，我們首先要來了解一下，什麼是壓縮空氣儲能。
「鹽穴」中的「壓縮空氣儲能銀行」
壓縮空氣儲能(compressed air energy storage，CAES)屬於一種物理方式的儲能，即空氣在整個過程中只存在溫度、壓強等狀態的變化，而不會發生化學方面的變化。儲能的意義在於吸納電網低谷時的「棄能」，而在用電高峰時回饋給電網。
簡單來說，就是將低谷電、棄風電、棄光電等不易儲藏的電力儲存在壓縮空氣中，將其轉化為空氣分子的內勢能。當用電高峰到來之時，再把高壓空氣的分子勢能釋放出來做功發電，從而改善發電與用電的時空結構。
儲存了眾多電力的壓縮空氣需要放在一間封閉性極好的「屋子」裡，而這間「屋子」的「主人」就是鹽。食鹽開採後會自然留下一個場所，學名叫做「鹽穴」。「鹽穴」是一種極其寶貴的不可再生資源，並且密封性能良好。然而，長期以來這種資源的利用係數很低。由於鹽巖具有良好的蠕變特性、自癒合特性以及極低的滲透率，並且不會與空氣中的氧氣發生反應，因此是儲存高壓空氣的理想場所。
理想方案儲能，「買空賣空」就能賺錢
壓縮空氣儲能具有儲能密度大、存儲周期長、投資成本較少等優點。按照運行方式的不同，壓縮空氣儲能系統可以分為補燃式和非補燃式兩大類（如圖）。
補燃式壓縮空氣儲能系統在膨脹做功時需要燃氣補熱才能維持系統的循環運行，因此存在能耗大與碳排放的問題。而非補燃式則採用了回熱技術，能夠收集利用儲能時產生的壓縮熱，來加熱透平進口的高壓空氣，因此擺脫了對燃氣的依賴。這樣既提高了能源利用效率，又可以實現零碳排放。
看來，依託地下鹽穴資源優勢，採用非補燃壓縮空氣儲能系統，不失為一個實現大規模壓縮空氣儲能的理想解決方案。
此外，我國實行的峰谷電價制度，為儲能產業發展創造了一個有利的政策環境。以平時段電價為基礎電價，尖峰時段用電電價上浮，低谷時段用電電價下浮，以此來鼓勵用戶錯峰用電。
對於儲能產業來說，峰谷電價差套利是一種最為成熟的盈利模式。也就是說，「買空賣空」（即存進空氣再釋放空氣）就能賺錢。
「能源銀行」託起智慧能源
隨著風能、太陽能等清潔能源的高速發展，建設大規模「能源銀行」就顯得十分迫切。而建設「能源銀行」，可以採用不同的運行模式。一般來說，「能源銀行」大體上可分為物理儲能、電化學儲能、電磁儲能等多種模式。
像「壓縮空氣儲能銀行」就屬於物理儲能模式。物理儲能模式還包括抽水蓄能和飛輪儲能等，其特點就是儲能介質不發生化學變化。 電化學儲能模式包括鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、鎳氫電池等，其特點是在充放電過程中伴隨有儲能介質的化學反應或者變化。電磁儲能則包括超導儲能、電容儲能等。
建設鹽穴「能源銀行」不是只有壓縮空氣儲能這一條路。目前，德國利用地下鹽穴建造世界上最大的液流電池項目已取得了一定進展。該電池為氧化還原液流電池，以液體電解質的形式儲存能源。
液流電池的蓄電系統一般包含兩個儲液罐，內裝兩種不同的電解液。兩種電解液隔著一層薄膜進行離子交換，從而實現電能的儲存與釋放。為了解決電解液的環境問題，德國研究人員開發出了一種聚合物，將其溶於鹽水後可作為電解液，現在已通過了初步測試。
△德國計劃建造世界上最大的電池（圖片：https://www.deingenieur.nl/artikel/energie-opslag-in-zoutkoepel）
把「能源銀行」放到智慧能源這個大的背景，它調峰的意義就不只是局限於電網本身了。比如，我國天然氣的生產和消費就具有不平衡性，並且長距離的管道運輸也存在一定的時間差。因此，調峰的重要性不言而喻。
為了提升天然氣的調峰能力，利用鹽穴儲氣簡直就是一個絕佳的選擇。事實上，在世界上鹽穴儲氣庫一直被用作天然氣的調峰手段。進入21世紀之後，我國也開始著手進行鹽穴儲氣庫的論證和建設。
2007年，金壇率先建成亞洲鹽穴儲氣第一庫。據測算，一個20萬立方米的標準鹽穴可以儲備3000-4000萬立方米的天然氣。2018年10月31日，我國城鎮燃氣首個大型地下鹽穴儲氣庫在江蘇建成投運。
儘管投入商業應用的大規模儲能技術只有抽水蓄能和壓縮空氣儲能兩種。但隨著生態文明的建設，「能源銀行」仍舊前景廣闊。目前國內鹽穴在存儲石油、天然氣、壓縮空氣等方面都取得了長足進步，為智慧能源做出了重要貢獻。隨著我國煤改電、煤改氣的推進，未來開發鹽穴「能源銀行」大有可為！
參考文獻：
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