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水—可再生能源的新居所

时间:2024-02-04

     在混凝土贮仓、水下气囊和其他奇怪的地方储藏能量。

美国田纳西州的橡树岭国家实验室的一项研究发现2014年美国97%的公用设施级能源都储存在抽水蓄能水电厂中。这反映了能源存储的现状。然而,如果伊隆•马斯克的办法可行的话,未来我们将可以把可再生电能储存在大型锂电池组中。

通常在传统的抽水蓄能电站里,一座大坝将低位水库与高位水库分隔开。当公用事业公司需要储存能量时,系统从低位水库抽水至高位水库;当水从高位水库通过涡轮机流回至低位水库中时,就会产生电能。2015年花旗银行估计,抽水蓄能发电的成本是电网级电池储存电能发电成本的5%。德国弗劳恩霍夫风能和能源系统研究院(IWES)的能源处理技术经理约亨•巴尔德称问题在于,许多地方耗电量很高,但却没有地理条件来修建传统的抽水蓄能发电厂。

   2017年,一些新型抽水蓄能技术将实现里程碑式发展,旨在为通常无法修建这类发电厂的地方带来成本低廉的技术。本文将介绍4种你也许已经有所耳闻的新技术。


混凝土贮仓:

“Stensea”是一个内置水轮机的中空混凝土球体。处于完全放电状态时它被放置在海床上,球体内灌满水。要储存能量时,系统用电将水排进海里。当需要释放电能时,抽水机反向工作,在用水灌满球体的过程中发电。2016年11月,IWES在德国南部的康士坦茨湖下约100米深处安装了直径3米的试验性球体。系统成功进行了为期4周的完全充放电测试。此外,在为期一年的可行性研究之后,团队目前正准备打造一个5兆瓦、20兆瓦时的全尺寸系统。与此同时,使用这种球体还是有一些地理条件要求的:水深必须在600~800米之间,表面必须平坦,以防止倾斜。地中海、大西洋和挪威海沟的部分地点可开展这一项目。

压缩气囊:

Hydrostor公司的系统由一些带有重物的气球状气囊构成,这些气囊被放置在水下,并与岸上系统相连。要储存能量的时候,使用电力来压缩空气,充满水下的袋子。(一台热交换器和水下容器被用来捕获压缩过程中损失的热能,从而帮助维持效率。)当需要用电时,空气从袋内排出,进入一台机器,并在机器中膨胀,推动涡轮机工作。Hydrostor公司于2015年11月在多伦多岛上对一个660千瓦的小规模试验场进行了调试,其存储容量还未知。目前该公司正在优化产品性能,并已经计划在加拿大、美国和墨西哥开展新的项目。同时,它正在安大略省的戈德里奇建造一个2兆瓦、7兆瓦时的电厂,使用盐穴而非气囊来储藏能量;今年晚些时候还将在阿鲁巴修建一个使用气囊的1兆瓦、6兆瓦时的储能系统。

能量岛:

根据DNV GL的“能量岛”概念,一条堤坝将把荷兰北海沿海一块(10×6)平方米的区域包围起来。该系统将堤坝内的水抽至堤坝外来储存电能,水回流通过涡轮机时即可发电。与传统的抽水蓄能不同,堤坝内的湖可以建在海中,只要海床上有面积足够大的黏土层来防止海水倒流回来即可。这就可能要在从更深的洋底获取更多能量与增加建设成本之间做出权衡。截至目前,“能量岛”还处于概念阶段。挪威的DNV GL船级社正在与荷兰的合作伙伴共同进行一项商业案例研究,讨论建造一个大型系统的方案。额定功率和贮藏期限均尚未最后确定,但根据该公司的说法,对于这样一个工程,小规模的模型将无法发挥作用。

可储水的风力涡轮机:

在Naturspeicher公司的系统中,风力涡轮机被建在山顶,涡轮机底部还建有两个蓄水水库,使该风力涡轮机比一般涡轮机高出40米。山脚下是一个人工湖,当水被抽到水库中时可以储存能量,当水重新流向湖中时则可以发电。额外增加的40米高度可将发电性能提高25%,但这需要重量平衡,通常来说比较昂贵。不过,公司表示,在这种情况下,水库中贮存的水可以天然地用于平衡机械负荷,成本很低。公司还称该系统“与地貌和谐地融为一体,不会造成巨大破坏”。该公司计划于2017年底之前在德国的斯瓦比亚-弗兰克尼亚森林地区建成一座风力发电厂,随后在2018年晚些时候实现抽水蓄能。预计该系统完成后能够储存70兆瓦时的电能,功率高达16兆瓦。


作者:Andrew Silver