[2012.03.03] 储存能量

2012-3-16 09:21| 发布者: migmig| 查看: 6233| 评论: 0|原作者: grass

摘要: 能源科技: 要想使电力系统更为清洁高效，蓄能发展势在必行

蓄能系统

储存能量

能源科技: 要想使电力系统更为清洁高效，蓄能发展势在必行

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Mar 3rd 2012 | from the print edition

去年夏天，德州迎来有史以来最为炎热的夏季。用电高峰到来，在州内到处都能听到空调转动的嗡嗡声。德州供电单位，德州电力维护委员会，使出浑身解数才保障供应，避免了因供电紧张而轮流停电的窘境。而一旦用电负荷超载，委员会不得不在市场上购买能找到的能源，使电网继续运行。夏季用电高峰期，电力价格说出来能吓人一跳，是正常价格的30倍。

其实从表面上看，德州供电局总供电量足以应对去年的用电高峰。在2010年，所供报告显示，其总发电量为八万四千四百兆瓦，这一数字，远高过去年夏天用电高峰期的六万八千二百九十四兆瓦。理论上说，年供电能力能轻松达到七千四百亿千万小时以上，是2010年联网用户实际用电需求量的两倍还多。但具体到发电环节，什么总量啦，平均单位做工啦，都成了浮云。一个问题在于，供电局发电总量中，风能发电量为九千五百兆瓦。要知道，刮风下雨都是老天爷说了算，通常在晚上风力最强，发电量最高，但夜间用电需求较低。但要指出，根据要求，供电单位必须达到供电安全余额标准以上。具体到德州，实际供电量应达到理论供电量的113.75%。

假如想德州供电局或其他公用单位能储存过剩能源的话，就不会那么狼狈。如夜间风能发电留在用电高峰期使用。这种“交错时段”将能对风能和太阳能这些具有间歇性特性的自然能源给予补充。使之更为容易稳定调度，更为有吸引力。能量储存同样可“尖峰补充”。通过储存能量缓解用电高峰，避免另行启动发电机组。公共单位就能避免在市场购买现存能源，节省开销。

难道真的要用大型蓄电机组储电吗？尽管电池能在短时间内供电，但在不同电能转换过程中平稳过渡。但电池对 “电网规模”无能为力。无法应对高强度（数百兆瓦）大规模（数千兆瓦小时）储存并释放电能。人们需要其它技术的要求在增加。间歇性可再生能源的广泛利用使各种新的想法大放异彩。

有潜可挖

当下应用最为广泛的大型储能方法为：抽水蓄能电站（简称PSH）。运用原理很简单，利用水的重力差在用电需求低时聚集能量并在用电高峰期时释放。蓄能水电厂就是利用了自然地理落差的原理，在有高度落差的两个地点分别建在两座储水坝。用电量需求底时用泵将水从位置底的水坝打到位置高的水坝中，将剩余能量转换为重力差潜能。当用电量激增时，高坝放水，水借助地势差冲向低坝，推动涡轮机转动，产生电能。据美国电力局下属研究机构，电能研究院的材料显示，全球范围内，超过99%的大型储能设施都以抽水蓄能为原理，所带来的节能电量为十二万七千兆瓦。

尽管此方法运用广泛，但传统的抽水蓄能水电站在节能扩展上有局限性。由于对地形有特殊要求，符合这一系统的场地很少，而且两地还相距甚远。因此，几家公司正着手设置新型抽水蓄能电站。

丹麦建筑公司Gottlieb Paludan和丹麦技术大学科研所共同开发的绿能岛（如上图）就是其中之一。这是一项雄心勃勃的想法。主旨是建筑人工海岛，岛上配有风能发电机组，并在岛内中心处设有深井蓄水池。当海风凌厉时，涡轮机产能将水打出蓄水池，使其流入大海。需要能量时，让海水倒灌入水池，利于重力差驱动发电。

从加州起家的Gravity Power公司，设计出的储能系统也以抽水蓄能为蓝本。系统包括一大一小，两只底部相连的填水竖井。水由泵从小井打入大井，推动大井活塞向上运动。当用电需求增加，可让活塞退回主井，推动水流经汽轮机做工发电。该公司老板Tom Mason表示，此系统相对紧凑，适合安装在高耗能地区，当用电量激增时，可通过增加系统模块来满足需求。

重能公司地下蓄水发电机组

另一家着眼于利用重力差蓄能的公司是总部设在加州圣摩尼卡的Advanced Rail Energy Storage。改装后的轨道车和特制轨道是系统的核心部件。电力需求低时，利于发电余能驱动轨道车停放在山顶处。当负荷激增，让轨道车顺势倒退，将重力差转换为驱动力，推动发电机组。如抽水蓄能电站，这种存储系统需要借助地势。但公司老板William Peitzke表示，在地势落差相同的条件下，这种存储系统要比抽水蓄能电系统更为高效。他同时强调循环做工的效率比传统蓄能电战系统更高，两者效率比为85%比70%-75%。公司正在加州修建原型机组，预计在2013年能投入运行。

尽管压缩空气蓄能在蓄能效率上要比蓄能电站系统要低，但其仍为第二大能量储备方式。原理为压缩空气鼓入如地下岩盐储气库这样的大型定压罐中。用电量激增时，释放压缩空气，驱动机组发电。实际投入商业运行的压缩空气蓄能厂家只有两家：一家在德国的Huntorf，另一家在美国阿拉巴马州的McIntosh。压缩空气蓄能的一大缺陷在于效率低下。根据德国公共机构RWE的材料，设在Huntorf的工厂，蓄能效率只有42%，而在阿拉巴马州的工厂，蓄能效率也只是稍好一些罢了。蓄能效率低的问题在于空气受热收缩；冷却膨胀。现有的压缩空气蓄能系统无法解决空气压缩过程中的能量损失，而且在空气冷却膨胀前，就要将其释放。空气受热源通常为天然气。导致效率降低，温室气体排放量增加。

如同重力差蓄能一样，人们开动脑筋，将压缩空气蓄能的原理应用在它处。让其变得更高效，更容易应用。RWE正在和工业巨头GE和其它一些公司合作，旨在使压缩空气蓄能系统获取空气压缩过程中产生的热量，并储存这部分热量。在空气冷却膨胀期间是再次应用，消除再加热环节，减少能量损耗。理论上确实存在可行性，当下有关各方必须攻克技术难关。包括：研制能达到70兆帕（70倍常压）的空压机和能耐600度高温的陶瓷材料。RWE研发部门负责人Peter Moser表示，公司目标是在2013年德国Strasfurt建造发电功率为90兆瓦的原形机组。

还有几家公司同样以压缩空气蓄能为原型，开发更小型储能系统。SustainX就是其中之一。这家从达特茅斯大学工程学院脱离出来的公司，得到了美国能源局和通用等公司的支持。现已研发出“恒温压缩空气蓄能机组”。其通过注入水蒸气，去除压缩空气中所含热量。水份吸收了压缩空气中所含热量后，储存起来，用于空气收缩膨胀过程中的再次加热。SustainX摒弃了岩盐储气的做法，采用标准钢管储存压缩空气。这使得系统的便捷性大大增强。公司已建有一套发电功率为40千瓦的原型机组。并与一家公用企业AES合作，建造一套发电功率为1-2兆瓦的机组。总部设在马赛诸塞州的General Compression公司同样获得了美国能源局的支持，开发出一套恒温压缩空气蓄能机组，主要应用于风能发电厂。在能源巨头ConocoPhillips的资助下，公司在德州正在修建发电功率为2兆瓦的原型机组。

热储能发展也是方兴未艾。总部设在英国剑桥的Isentropic公司采用热储能方法，取名加压热电储存。在两个放满碎石的巨大罐体中利用氩气进行热传导。所得热量驱动加热泵，加热氩使其收缩，使两个罐体间形成温度差，一个罐体到达500度，另一个达到-160度。用电激增时，加热泵反向作用力，形成热电机组做功。冷却氩使其膨胀，产生电能。Isentropic公司表示，根据罐体大小的不同，此系统的储电效率能达到72%-80%。

坐落在加州奥克兰的BrightSource Energy公司，同南加州爱迪生公用局签署协议，开发以溶盐为储能单位的蓄能系统。其公司采用集中太阳能供电。由电脑程序控制日光反射装置，即镜体，采集阳能作为锅炉做功媒介，驱动发电机组。但没有阳光就无法发电。SolarPLUS储能方式，运用热交换机组，将采集到的太阳能转换为溶盐，用电高峰期，溶盐倒转驱动汽轮机组发电，采用这种储能方式，BrightSource Energy公司的发电站能在夜间发电，给公用单位和电网调度人员更多的调配空间。公司正计划为旗下发电站配备3台SolarPLUS系统。

规则改变
蓄电机组将成为风能和太阳能这些间歇性自然能量的有效补充

蓄能系统市场潜力巨大。根据市场调研公司Pike Research提供的材料，在2011年到2021年的十年里，将有1220亿美元投入到能项目中来。据预测，随着新型电力蓄能方式的引入，将会吸引大额资金注入。提倡环保的政府部门和决策机构将更看重于技术研发环节。加州已通过法案，要求州所属公用机构考虑安装蓄能机组。去年，德国环境部长提交议案，增加科技投入，为蓄能项目注入资金；英国政府设立“低碳网络”，专项资金，用于兴建一批原型蓄能系统。

然而，大规模建设大型储能系统需要政策支持和技术保障。将电力供应和电网调整割离的政策结构无法完全适用于储能系统的开发和维护，因为这两者都可使用蓄能系统，而且都有权将剩余电量并离电网，储蓄并在用电高峰期将其释放。期间会产生税收，收费和计价上的问题。对于允许发电公司将储能系统所消耗的费用摊派给用电客户，双方都未明确表明态度。但考虑到技术发展使电力供应变得更为可靠清洁，现行的法规似乎将随之改变。

感谢译者 grass 点击此处阅读双语版

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