熱量如何用於存儲可再生能源

熱量如何用於存儲可再生能源 我們如何存儲間歇性可再生能源的能量? 本尼(我是空的)/ Flickr, CC BY

化石燃料對燃料的影響 氣候緊急 正在推動國際上使用低碳能源的努力。 目前,大規模生產低碳能源的最佳選擇是風能和太陽能。 但是,儘管過去幾年他們的 性能成本,仍然存在一個重大問題:風並不總是吹來的,太陽也不總是照著的。 依賴於這些波動電源的電網難以不斷匹配 供需等等可再生能源 有時會浪費 因為它不是在需要時產生的。

解決此問題的主要方法之一是大規模 蓄電技術。 這些工作通過在電力供應超過需求時累積電力,然後在相反情況發生時釋放電力來進行。 但是,這種方法的一個問題是它涉及 大量的電力.

現有的存儲技術(例如電池)由於其過程不適用於此類過程 單位能源成本高。 目前, 超過99% 的大型儲能由 抽水壩,它們通過泵或渦輪在兩個水庫之間移動水以存儲或發電。 但是,由於其地理條件的限制,可以建造更多的抽水蓄能電站是有限的。

一種有前途的存儲選擇是抽水蓄能。 這項相對較新的技術已經針對 大約十年,目前正在試驗工廠中進行測試。

熱量如何用於存儲可再生能源 電力到熱的轉換發生在中央電路中,然後存儲在冷熱罐中。 保羅·法瑞斯·安特尼斯, 作者提供

抽水蓄能通過使用大型熱泵將電能轉化為熱量來工作。 然後,這些熱量被存儲在隔熱箱內的熱物質中,例如水或礫石中。 必要時,可通過以下方式將熱量轉化為電能: 熱機。 這些能量轉換是通過 熱力學循環,與運行冰箱,汽車發動機或火力發電廠的物理原理相同。

已知技術

抽水蓄熱具有許多優點。 轉換過程主要依靠常規技術和組件(例如 換熱器, 壓縮機, 渦輪機(以及發電機)已經在電力和加工行業中廣泛使用。 即使是大規模,這也將縮短設計和建造抽水蓄能電站所需的時間。

儲罐可以裝滿大量廉價的材料,例如礫石,熔融鹽或水。 和, 不像電池,這些材料對環境沒有威脅。 大型熔鹽罐已在集中式太陽能發電廠中成功使用多年,這是一種可再生能源技術 快速增長 在過去的十年中。 集中式太陽能發電和抽水蓄熱電站有許多相似之處,但是集中式太陽能發電廠通過將太陽光以熱量的形式存儲(然後將其轉換為電能)來產生能量,而抽水蓄熱電站則存儲可能來自任何來源的電力,例如太陽能,風能甚至核能等等。

熱量如何用於存儲可再生能源 一個集中的太陽能發電廠。 國家可再生能源實驗室, CC BY-NC-ND

易於部署和緊湊

抽水蓄能電站可以安裝在任何地方,不受地理位置限制。 還可以輕鬆擴展它們以滿足網格的存儲需求。 其他形式的大容量儲能受到安裝位置的限制。 例如,抽水蓄能需要山區和山谷,在那裡可以建造大量的水庫。 壓縮空氣儲能 依靠大型地下洞穴。

抽水蓄熱有一個 更高的能量密度 比抽水壩要大得多(在給定的體積內它可以存儲更多的能量)。 例如, 十次 相比於抽水式水力發電廠中儲存在1米高的100kg水,可以從1kg的500°C水中回收更多的電力。 這意味著對於給定的能量存儲量,需要的空間較小,因此工廠的環境足跡較小。

熱量如何用於存儲可再生能源 熔融鹽罐,用於集中式太陽能發電廠中的熱能存儲。 阿文戈亞

長壽

抽水蓄熱的組件通常可持續數十年。 另一方面,電池會隨著時間的流逝而退化,並且需要每隔幾年更換一次-大多數電動汽車電池通常只能保證 大約五到八年.

但是,儘管有很多因素使抽水蓄能電站非常適合大規模存儲可再生能源,但它確實有其缺點。 可能的最大缺點是效率相對較低-意味著放電過程中返回的電量要比充電過程中投入的電量多。 大多數抽水蓄熱系統的目標是 效率50-70%, 相比 鋰離子電池的80-90% or 抽水蓄能的70-85%.

但是可以說最重要的是成本:成本越低,社會可以朝著低碳未來邁進的越快。 抽水蓄熱是 有望具有競爭力 與其他存儲技術一起使用-儘管在該技術成熟並完全商業化之前尚不確定。 就目前而言, 幾個 組織 已經有 工作的, 真實世界的原型。 我們越早測試並開始部署抽水式蓄電,我們就可以越早使用它來幫助過渡到低碳能源系統。談話

關於作者

Antoine Koen,抽水式熱能存儲的博士候選人, 劍橋大學 和儲能博士後研究員Pau Farres Antunez 劍橋大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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