储能方式研究新进展 2023-03-21 

  

  如今,电池之所以成为能源储存的代名词,是因为利用化学反应来储存能量不仅十分方便,而且容易扩展。目前,我们大约找到了多种实现方法。
  但越来越多的人开始思考电池之外的储能方式。为了降低成本和长期储存大量能源,学界和业界都在发挥创造性:将水抽入地下,或者压缩地下洞穴或巨型储罐中的气体等等。
  随着我们以风能和太阳能等可变能源的形式去建设更多的可再生能源供应设施,我们需要为电网增加更多的能源存储能力以维持其稳定性,并确保为尽可能多的人提供电力。
  有些能源储存可能看起来与我们理解的电池有点不同,所以现在让我们仔细研究一下,为什么电池替代品正在出现,以及怎样才能使它们成为现实。
  特定的引力
初中物理讲过,能量可以以势能的形式储存:当你举起一本书,这本书就储存着能量,当你松开手之后,重力会使它掉下来,掉落过程中,起作用的是动能。
  这个简单的概念,构成了全球90%电网储存的基础——它们都以抽水蓄能的水电形式运作。换句话说,世界上绝大多数的能源储存都来自于把水移到(储存在)高的地方。
  在抽水水电站,需要使用一些电力将水转移。然后只需要打开水库大门,让重力发挥作用:水通过涡轮机流下山并能发电。这是一种便宜、相对简单的能量储存方式。
  然而,我们很难扩大抽水水电钻的规模,因为它需要特定的地理条件,更不用说破坏自然水系统可能会对生态系统造成破坏。
  一些人想要重新构思能量储存的方式,比如既利用重力,又不依赖水。总部位于爱丁堡的Gravitricity公司正在建造带有电梯的设施,通过上下移动巨大的重块来储存能源。Gravitricity打算在地下完成这些上升和下降的任务,最理想的环境是在旧的矿井里。
  这些系统可能有很高的发电效率,可以产生大量能量。它们也可能持续很长时间,所以将能量储存几天、数周甚至几个月都是经济的。
  支持者表示,基于重力的系统可能有助于满足对长期存储的需求。但也有人对这种方法的未来表示怀疑,因为建造它们所需的工程量巨大,而且它们可能比想象中的更难维护。Gravitricity公司在中国计划建设的设施目前正在推进之中,该公司还开展了大量锂离子电池安装项目。
  巨大的压力
让我们再一次回到物理学的另一个概念:压力。如果你把一些东西挤进一个更小的空间里,你就会增加压力。
  以压缩空气的方式储能,就是利用了将压力转化为可用能量的想法。在这种情况下,你只需要一个地下岩洞,当你要储存电力时,你可以将空气泵进洞穴内部。当你需要释放能量时,只要释放一个阀门,让空气推动一个涡轮机旋转来实现发电。
  世界上只有两个这样的设施,一个在德国,另一个在美国亚拉巴马州。在过去,它们一直与化石燃料联系起来,因为它们通常与天然气发电厂一起工作。但现在,一些公司希望重新构想压缩空气存储,将其用于可再生能源,并扩大其可以使用的地方。
  2023年初,美国加州地方政府与Hydrostor公司签署了合同,该公司正在建设的设施有望成为世界上最大的压缩空气储存地。Hydrostor不再依靠自然地质条件,而是往地球深处打三口井来储存压缩后的空气。
  这是一个价值10亿美元的项目,最早可能在2028年投入运营,在储存能源的同时让加州的电网更清洁。
  还有一些人希望对相同的概念采取不同的方法。意大利初创公司Energy Dome希望压缩二氧化碳而不是空气来储存能源,而它声称这根本不需要大型的地下空间。
  用地球当电池
一些人还希望将这些储能的新方法与发电的努力相结合,使新的发电厂更加灵活。
  以地热能为例,它希望利用来自地球内部的热量。地热发电厂通常产生所谓的基本负荷能量,一直以大致相同的产量运行。
  不过现在,一家名为Fervo Energy的初创公司已经证明,它可以利用其地热井来储存能源。通过将水注入地下发电厂,它可以随着时间的推移而增加地下的压力——当这个压力被释放时,地热发电厂就会产生比平时更多的能量。这是能源存储的一个有趣转折,可能会改变地热发电厂的发展方向。(麻省)