热量如何用于存储可再生能源

热量如何用于存储可再生能源 我们如何存储间歇性可再生能源的能量? 本尼(我是空的)/ Flickr, CC BY

化石燃料对燃料的影响 气候紧急 正在推动国际上使用低碳能源的努力。 目前,大规模生产低碳能源的最佳选择是风能和太阳能。 但是,尽管过去几年他们的 性能成本,仍然存在一个重大问题:风并不总是吹来的,太阳也不总是照着的。 依赖于这些波动电源的电网难以不断匹配 供需等等可再生能源 有时会浪费 因为它不是在需要时产生的。

解决此问题的主要方法之一是大规模 蓄电技术。 这些工作通过在电力供应超过需求时累积电力,然后在相反情况发生时释放电力来进行。 但是,这种方法的一个问题是它涉及 大量的电力.

现有的存储技术(例如电池)由于其过程不适用于此类过程 单位能源成本高。 目前, 以上99% 的大型储能由 抽水坝,它们通过泵或涡轮在两个水库之间移动水以存储或发电。 但是,由于其地理条件的限制,可以建造更多的抽水蓄能电站是有限的。

一种有前途的存储选择是抽水蓄能。 这项相对较新的技术已经针对 大约十年,目前正在试验工厂中进行测试。

热量如何用于存储可再生能源 电力到热的转换发生在中央电路中,然后存储在冷热罐中。 保罗·法瑞斯·安特尼斯, 作者提供

抽水蓄能通过使用大型热泵将电能转化为热量来工作。 然后,这些热量被存储在隔热箱内的热物质中,例如水或砾石中。 必要时,可通过以下方式将热量转化为电能: 热机。 这些能量转换是通过 热力学循环,与运行冰箱,汽车发动机或火力发电厂的物理原理相同。

已知技术

抽水蓄热具有许多优点。 转换过程主要依靠常规技术和组件(例如 换热器, 压缩机, 涡轮机(以及发电机)已经在电力和加工行业中广泛使用。 即使是大规模,这也将缩短设计和建造抽水蓄能电站所需的时间。

储罐可以装满大量廉价的材料,例如砾石,熔融盐或水。 和, 不像电池,这些材料对环境没有威胁。 大型熔盐罐已在集中式太阳能发电厂中成功使用多年,这是一种可再生能源技术 快速发展 在过去的十年中。 集中式太阳能发电和抽水蓄热电站有许多相似之处,但是集中式太阳能发电厂通过将太阳光以热量的形式存储(然后将其转换为电能)来产生能量,而抽水蓄热电站则存储可能来自任何来源的电力,例如太阳能,风能甚至核能等等。

热量如何用于存储可再生能源 一个集中的太阳能发电厂。 国家可再生能源实验室, CC BY-NC-ND

易于部署和紧凑

抽水蓄能电站可以安装在任何地方,不受地理位置限制。 还可以轻松扩展它们以满足网格的存储需求。 其他形式的大容量储能受到安装位置的限制。 例如,抽水蓄能需要山区和山谷,在那里可以建造大量的水库。 压缩空气储能 依靠大型地下洞穴。

抽水蓄热有一个 更高的能量密度 比抽水坝要大得多(在给定的体积内它可以存储更多的能量)。 例如, 十次 相比于抽水式水力发电厂中储存在1米高的100kg水,可从1kg的500°C水中回收更多的电力。 这意味着对于给定的能量存储量,需要的空间较小,因此工厂的环境足迹较小。

热量如何用于存储可再生能源 熔融盐罐,用于集中式太阳能发电厂中的热能存储。 阿文戈亚

长寿

抽水蓄热的组件通常可持续数十年。 另一方面,电池会随着时间的流逝而退化,并且需要每隔几年更换一次-大多数电动汽车电池通常只能保证 大约五到八年.

但是,尽管有很多因素使抽水蓄能电站非常适合大规模存储可再生能源,但它确实有其缺点。 可能的最大缺点是效率相对较低-意味着放电过程中返回的电量要比充电过程中投入的电量多。 大多数抽水蓄热系统的目标是 效率50-70%, 相比 锂离子电池的80-90% or 抽水蓄能的70-85%.

但是可以说最重要的是成本:成本越低,社会可以朝着低碳未来迈进的越快。 抽水蓄热是 有望具有竞争力 与其他存储技术一起使用-尽管在该技术成熟并完全商业化之前尚不确定。 就目前而言, 几个 组织 已经有 加工, 真实世界的原型。 我们越早测试并开始部署抽水式蓄电,我们就可以越早使用它来帮助过渡到低碳能源系统。谈话

关于作者

Antoine Koen,抽水式热能存储的博士候选人, 剑桥大学 和储能博士后研究员Pau Farres Antunez 剑桥大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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