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簡(jiǎn)單直接技術(shù) 解決儲(chǔ)能難題

發(fā)布時(shí)間:2024-7-29來(lái)源:青島市科學(xué)技術(shù)局點(diǎn)擊:返回列表

【科技創(chuàng)新世界潮】
 
◎本報(bào)記者 張佳欣
 
在芬蘭赫爾辛基以北約450公里處,有一座廢棄的礦井。盡管這里位置偏遠(yuǎn),但正受到人們的密切關(guān)注。因?yàn)樗型谀茉搭I(lǐng)域發(fā)揮革命性作用,不過(guò)原因可能和人們想的不太一樣。
 
這座礦井名為皮哈砂麥,曾出產(chǎn)豐富的鋅和銅,但如今它將利用重力來(lái)創(chuàng)造新的價(jià)值。作為歐洲最深的金屬礦,它是建造重力儲(chǔ)能倉(cāng)的理想地點(diǎn)。一家名為Gravitricity的英國(guó)公司就計(jì)劃將其改造成一種超大號(hào)的重力電池:將重物懸掛在礦井深處,并將該裝置與發(fā)電機(jī)相連。通過(guò)提升重物將電能存儲(chǔ)為勢(shì)能,然后讓重物下落再次產(chǎn)生電能。
 
英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日刊文表示,這個(gè)方法聽起來(lái)雖然很簡(jiǎn)單,但這正是它的精妙之處。各國(guó)政府都在努力解決間歇性可再生能源的一個(gè)大問(wèn)題:如何在沒(méi)有風(fēng)或陽(yáng)光的時(shí)候保持電力供應(yīng)。到目前為止,他們主要關(guān)注氫能、核能和鋰離子電池等昂貴的技術(shù)。如果能以更基本的方法解決間歇性問(wèn)題,同時(shí)減少電費(fèi)和排放,豈非更好?
 
重力儲(chǔ)能倉(cāng)或許只是一個(gè)開始。許多公司正在探索利用鹽、沙子、水甚至熱磚等看似普通的材料來(lái)開發(fā)新的儲(chǔ)能方法。這些看似簡(jiǎn)單直接的技術(shù),可能正是解決我們這個(gè)時(shí)代最緊迫挑戰(zhàn)的方案之一。
 
有高度差就能發(fā)電
 
任何一種有質(zhì)量的物體下落時(shí),重力所帶來(lái)的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用這樣的原理。這需要兩個(gè)位于不同高度的湖泊,在電力供應(yīng)過(guò)?;騼r(jià)格低廉時(shí),用這些電力將水從低處抽到高處;待需要電力時(shí),再讓水從高處流下,驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。這種方式既高效又相對(duì)便宜,但缺點(diǎn)是并非所有地方都有適合抽水蓄能的湖泊。
 
Gravitricity公司使用的方法也是重力儲(chǔ)能技術(shù)。該公司不使用湖泊和水,而是計(jì)劃利用像皮哈砂麥那樣的礦井。這樣的礦井遍布世界各地。例如,該公司還計(jì)劃在德國(guó)和捷克共和國(guó)的工廠推進(jìn)其技術(shù)。2022年,他們?cè)谟?guó)愛(ài)丁堡建造了一個(gè)地面演示裝置,可以將兩個(gè)重達(dá)25噸的配重塊用鋼纜懸掛在空中,展示了重力儲(chǔ)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。
 
當(dāng)然,即使沒(méi)有礦井,重力儲(chǔ)能技術(shù)依然可行。2020年,奧地利國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所提出了一種類似纜車的重力儲(chǔ)能系統(tǒng),通過(guò)將沙子或礫石運(yùn)送到山坡上,然后在需要電力時(shí)將它們迅速滑下以產(chǎn)生能量。
 
目前來(lái)說(shuō),還很難斷定這些基于重力的想法是否真能成功。但在即將出現(xiàn)的“極簡(jiǎn)”儲(chǔ)能方案中,重力儲(chǔ)能絕非唯一。
 
鐵生銹也能用于儲(chǔ)能
 
另一個(gè)思路是,保留電池的基本概念,但去除其中的復(fù)雜和不穩(wěn)定因素。這一理念下有多種思路,其中之一便是用相對(duì)廉價(jià)的鈉來(lái)替代昂貴的鋰。位于美國(guó)馬薩諸塞州的Form能源公司便研發(fā)出了一種鐵空氣電池,其關(guān)鍵元素竟是再普通不過(guò)的鐵銹。這款電池的工作原理相當(dāng)直觀:充電時(shí),電流通過(guò)電化學(xué)作用將氧化鐵(鐵銹)轉(zhuǎn)化為鐵,釋放氧氣;放電時(shí),電池則從空氣中吸收氧氣,使鐵重新變回鐵銹,從而產(chǎn)生電流。
 
Form能源公司的每塊電池大小與洗衣機(jī)相當(dāng),因此并不適合用于電動(dòng)汽車。但對(duì)于電網(wǎng)級(jí)別的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō),這樣的尺寸卻恰到好處。Form能源公司表示,他們的鐵空氣電池經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì),能以低于傳統(tǒng)電池的成本儲(chǔ)存100小時(shí)的電力。在超過(guò)3.6億美元的資金支持下,該公司已開始在西弗吉尼亞州建設(shè)其首家電池工廠。
 
當(dāng)然,在探討如何簡(jiǎn)化儲(chǔ)能技術(shù)時(shí),人們不應(yīng)忽視熱能這一重要領(lǐng)域。
 
用磚塊和熔鹽儲(chǔ)熱
 
熱能儲(chǔ)存(TES)雖然不常見,但已有眾多企業(yè)看到了其巨大潛力。如總部位于美國(guó)加利福尼亞的Rondo能源公司正在開發(fā)一種產(chǎn)品,可利用巨大的黏土磚作為熱能儲(chǔ)存介質(zhì)。將磚塊夾在兩個(gè)加熱元件之間,就像烤面包機(jī)中的吐司一樣,能夠儲(chǔ)存能量數(shù)天之久。
 
如果用可再生能源將黏土磚加熱至1500℃,這些熱能就可以直接用于工業(yè)生產(chǎn),或者用于產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)再次發(fā)電。
 
這些巨大的“磚頭烤爐”需要建在它們所服務(wù)的工廠附近,熱能通過(guò)絕緣管道輸送。這種系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行,因此成本低廉。Rondo能源公司估計(jì),采用這種方式儲(chǔ)存電力,成本大約是綠色氫氣的一半。
 
歐洲也在積極擁抱熱能儲(chǔ)存技術(shù)??偛课挥谂餐腒yoto公司從摩洛哥瓦爾扎扎特-努爾太陽(yáng)能發(fā)電站獲得靈感。在那里,一排排巨大的鏡子將陽(yáng)光反射到塔頂,將熔鹽加熱至約1000℃。儲(chǔ)存的熱能可為當(dāng)?shù)毓╇姡词乖谔?yáng)落山后也能持續(xù)供電。Kyoto公司計(jì)劃將這種技術(shù)引入歐洲。 

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