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再生能源“存”在哪兒?多孔巖石潛力大

利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源技術(shù)產(chǎn)生的能源量往往取決于天氣條件,而為保證持續(xù)穩(wěn)定的供電方式,科學(xué)家正想方設(shè)法在大自然中尋找各種靠譜的儲能材料和方法。

日前,英國愛丁堡大學(xué)刊登在《自然·能源》上有關(guān)多孔巖石儲電的文章稱,英國北海海床上的多孔巖石有望用于長期儲存可再生能源所產(chǎn)生的電力,從而解決海上風(fēng)電等儲存問題。那么,科學(xué)家如何想到采用多孔巖石作為儲能介質(zhì)?還有哪些儲存可再生能源的奇思妙想?近日,科技日報記者就相關(guān)問題采訪了中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)研究組組長陳永翀教授。

大規(guī)模儲能技術(shù)研究成為熱點(diǎn)

據(jù)外媒稱,英國大多數(shù)核電站均將在本世紀(jì)20年代末到期退役;而日本日立公司近日也宣布因建設(shè)成本上升將暫停其在英國的核電項(xiàng)目;出于減排等因素考慮,英國政府計劃2025年前關(guān)閉所有火電廠,這將給整個國家的電力供應(yīng)留下相當(dāng)大的缺口。

據(jù)介紹,所謂多孔介質(zhì)壓縮空氣儲能技術(shù)(PM-CAES),其工作原理是利用可再生能源的電力為產(chǎn)生壓縮空氣的發(fā)動機(jī)提供動力,將這些空氣以高壓狀態(tài)儲存在砂巖孔隙里。在能源短缺時,釋放出井里的壓縮空氣,為渦輪發(fā)電機(jī)提供動力,然后將電力輸送到電網(wǎng)。

英國科學(xué)家這次對近海鹽湖蓄水層進(jìn)行了多孔巖石儲能潛力的預(yù)估,利用蒙特卡羅方法計算了在大量多孔巖石的地點(diǎn)上構(gòu)建電廠的功率輸出和效率。研究表明,進(jìn)行一次PM-CAES存儲可以滿足兩個月所需的空氣流量,其往返效率(RT)介于42%至67%之間。此外,該方法地表損耗較小,這將受到土地表面或水資源有限的地區(qū)的青睞,同時這項(xiàng)技術(shù)在能源需求旺盛的人口密集地區(qū)也更具有吸引力。

一種潛在可行季節(jié)性存儲技術(shù)

“建設(shè)智能電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)等,儲能系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。迄今,大規(guī)模(500兆瓦以上)商業(yè)應(yīng)用的電力儲能系統(tǒng),主要是抽水蓄能電站。抽水蓄能雖然借助高低落差地勢,利用勢能差能夠大量儲能和發(fā)電,但是受限于地理?xiàng)l件和投資建設(shè)周期長,還需要開發(fā)其他大規(guī)模儲能技術(shù),尤其是跨季節(jié)儲能技術(shù)。”陳永翀指出,多孔巖石分布較廣,這將使PM-CAES技術(shù)能夠跨季節(jié)運(yùn)行,從而大大加強(qiáng)了其應(yīng)用的普適性。

根據(jù)論文資料,陳永翀分析道,英國研究人員使用數(shù)學(xué)模型評估這種儲能技術(shù)的潛力后發(fā)現(xiàn),北海的地質(zhì)構(gòu)造可以儲存滿足英國3個月電力需求的能量,且大量富含多孔巖石的近海鹽湖蓄水層靠近風(fēng)力發(fā)電場,這可以在生成和存儲之間產(chǎn)生有價值的協(xié)同作用。

論文作者之一、愛丁堡大學(xué)的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出,這種技術(shù)有可能在夏季把可再生能源發(fā)電儲存起來,留待冬季用電高峰時使用。只是這種方法雖然有可行性,但成本相對較高。另外,多孔巖石儲能技術(shù)仍存在著不少潛在的問題,未來還需更多研究來完善技術(shù),以便把成本降下來,并提高該技術(shù)的應(yīng)用安全性。

奇思妙想探尋“存儲”路徑

陳永翀指出,實(shí)際上,把可再生能源“存”在哪兒,科學(xué)家一直在積極探索更多的可能性,如海水蓄能、沙漠儲能、人工綠葉等,可謂八仙過海,各顯神通。

德國弗勞恩霍夫協(xié)會風(fēng)能和能源系統(tǒng)研究所設(shè)計出名為海中蓄能(StEnSea)的新思路,將蓄能主體為多個內(nèi)直徑30米的混凝土空心球,置于600—800米深海床上。每個球內(nèi)都有一臺水輪發(fā)電機(jī)和水泵,當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載低、電力多余時,水泵會抽出海水進(jìn)行蓄能;當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載高、需要峰值發(fā)電時,這些球體的閥門即會打開,讓涌進(jìn)的海水驅(qū)動水輪發(fā)電。

研究人員還向綠葉借智慧,效仿自然界的光合作用,即將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,把能量儲存在化學(xué)鍵當(dāng)中,基本上能夠?qū)崿F(xiàn)碳中和的過程,這樣通過一定的反應(yīng)方式吸收環(huán)境中的二氧化碳,達(dá)到環(huán)保和能量儲存的目的。同時,提高過程中的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性,形成獲取可再生能源的一種途徑。

另外,有的科學(xué)家在嘗試抽沙儲能的方法,通過皮帶將沙子運(yùn)到高位倉,高位沙子對風(fēng)葉做功,以沙子的形式儲存勢能,從而提供發(fā)電所需要的動能。(華凌張?zhí)韸W 閆欣)

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