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可再生能源“存”在哪兒﹖多孔岩石潛力大

2019-02-28 09:18來源﹕科技日報

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  利用風能﹑太陽能等可再生能源技術產生的能源量往往取決於天氣條件﹐而為保證持續穩定的供電方式﹐科學家正想方設法在大自然中尋找各種靠譜的儲能材料和方法。

  日前﹐英國愛丁堡大學刊登在《自然‧能源》上有關多孔岩石儲電的文章稱﹐英國北海海床上的多孔岩石有望用於長期儲存可再生能源所產生的電力﹐從而解決海上風電等儲存問題。那麼﹐科學家如何想到採用多孔岩石作為儲能介質﹖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問題採訪了中國科學院電工研究所儲能技術研究組組長陳永翀教授。

  大規模儲能技術研究成為熱點

  據外媒稱﹐英國大多數核電站均將在本世紀20年代末到期退役﹔而日本日立公司近日也宣佈因建設成本上昇將暫停其在英國的核電項目﹔出於減排等因素考慮﹐英國政府計劃2025年前關閉所有火電廠﹐這將給整個國家的電力供應留下相當大的缺口。

  據介紹﹐所謂多孔介質壓縮空氣儲能技術(PM-CAES)﹐其工作原理是利用可再生能源的電力為產生壓縮空氣的發動機提供動力﹐將這些空氣以高壓狀態儲存在砂岩孔隙裡。在能源短缺時﹐釋放出井裡的壓縮空氣﹐為渦輪發電機提供動力﹐然後將電力輸送到電網。

  英國科學家這次對近海鹽湖蓄水層進行了多孔岩石儲能潛力的預估﹐利用蒙特卡羅方法計算了在大量多孔岩石的地點上構建電廠的功率輸出和效率。研究表明﹐進行一次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的青睞﹐同時這項技術在能源需求旺盛的人口密集地區也更具有吸引力。

  一種潛在可行季節性存儲技術

  “建設智能電網和分佈式能源系統等﹐儲能系統是其中的關鍵技術。迄今﹐大規模(500兆瓦以上)商業應用的電力儲能系統﹐主要是抽水蓄能電站。抽水蓄能雖然藉助高低落差地勢﹐利用勢能差能夠大量儲能和發電﹐但是受限於地理條件和投資建設周期長﹐還需要開發其他大規模儲能技術﹐尤其是跨季節儲能技術。”陳永翀指出﹐多孔岩石分佈較廣﹐這將使PM-CAES技術能夠跨季節運行﹐從而大大加強了其應用的普適性。

  根據論文資料﹐陳永翀分析道﹐英國研究人員使用數學模型評估這種儲能技術的潛力後發現﹐北海的地質構造可以儲存滿足英國3個月電力需求的能量﹐且大量富含多孔岩石的近海鹽湖蓄水層靠近風力發電場﹐這可以在生成和存儲之間產生有價值的協同作用。

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

  奇思妙想探尋“存儲”路徑

  陳永翀指出﹐實際上﹐把可再生能源“存”在哪兒﹐科學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。

  德國弗勞恩霍夫協會風能和能源系統研究所設計出名為海中蓄能(StEnSea)的新思路﹐將蓄能主體為多個內直徑30米的混凝土空心球﹐置於600─800米深海床上。每個球內都有一臺水輪發電機和水泵﹐當電網負載低﹑電力多餘時﹐水泵會抽出海水進行蓄能﹔當電網負載高﹑需要峰值發電時﹐這些球體的閥門即會打開﹐讓湧進的海水驅動水輪發電。

  研究人員還向綠葉借智慧﹐效仿自然界的光合作用﹐即將太陽能轉化為化學能﹐把能量儲存在化學鍵當中﹐基本上能夠實現碳中和的過程﹐這樣通過一定的反應方式吸收環境中的二氧化碳﹐達到環保和能量儲存的目的。同時﹐提高過程中的轉化效率和穩定性﹐形成獲取可再生能源的一種途徑。

  另外﹐有的科學家在嘗試抽沙儲能的方法﹐通過皮帶將沙子運到高位倉﹐高位沙子對風葉做功﹐以沙子的形式儲存勢能﹐從而提供發電所需要的動能。(記者 華 凌)

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