如何利用热量储存可再生能源

如何利用热量储存可再生能源

　　风能充电软件,上还风能,风能是什么我们如何从间歇性可再生能源中储存能量？信用：本尼（我是空的）/ Flickr，CC BY

　　化石燃料对气候紧急情况的影响正在推动国际推动使用低碳能源。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，尽管在过去几年中它们的性能和成本都得到了改进，但仍然存在一个重大问题：风并不总是吹，太阳也不总是照耀。依赖这些波动来源的电网难以不断匹配供需，因此可再生能源有时会被浪费，因为它没有在需要时生产。

　　解决这一问题的主要方法之一是大规模电力存储技术。它们的工作原理是在供大于求时积累电力，然后在相反的情况下释放电力。然而，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（如电池）不适合这种过程，因为它们的单位能量成本很高。目前，超过 99%的大规模电力存储由抽水蓄能坝处理，抽水坝通过泵或涡轮机在两个水库之间输送水以储存或发电。然而，由于其地理要求，可以建造多少抽水蓄能是有限的。

　　一种有前景的存储选择是抽水蓄热。这种相对较新的技术已经存在了大约十年，目前正在中试工厂进行测试。

　　抽水蓄能的工作原理是使用大型热泵将电能转化为热能。然后将这些热量储存在隔热罐内的热材料中，例如水或砾石。需要时，热量会使用热机重新转化为电能。这些能量转换是通过热力循环完成的，这与用于运行冰箱、汽车发动机或热电厂的物理原理相同。

　　电力转化为热量发生在中央电路中，然后储存在冷热罐中。图片来源：Pau Farres Antunez，作者提供

　　抽水蓄能有很多优点。转换过程主要依赖于已广泛用于电力和加工行业的常规技术和组件（例如热交换器、压缩机、涡轮机和发电机）。这将缩短设计和建造抽水蓄能热电储存所需的时间，即使是大规模的。

　　储罐可以填充丰富且廉价的材料，例如砾石、熔盐或水。而且，与电池不同的是，这些材料不会对环境构成威胁。大型熔盐罐已成功用于聚光太阳能发电厂多年，这是一种在过去十年中迅速发展的可再生能源技术。集中的太阳能功率和泵送热蓄电有许多相似之处，但在集中的太阳能发电 植物通过将阳光存储为热量（然后将其转化为电能）来产生能量，抽水蓄热电站存储的电能可能来自任何来源——太阳能、风能甚至核能等。

　　抽水蓄热电站可以安装在任何地方，无论地理位置如何。它们还可以轻松扩展以满足电网的存储需求。其他形式的大容量储能受其安装位置的限制。例如，抽水蓄能需要山脉和山谷，在那里可以建造大量的水库。压缩空气储能依赖于大型地下洞穴。

　　抽水蓄能比抽水蓄能电站具有更高的能量密度（它可以在给定的体积内储存更多的能量）。例如，在 100°C 下储存 1 公斤水可以回收十倍的电力，而在抽水蓄能电站中，储存在 500 米高处的水为 1 公斤。这意味着存储给定数量的能量所需的空间更少，因此工厂的环境足迹更小。

　　集中式太阳能发电厂。图片来源：国家可再生能源实验室，CC BY-NC-ND

　　抽水蓄能的组件通常可以使用数十年。另一方面，电池会随着时间的推移而退化，需要每隔几年更换一次——大多数电动汽车电池的保修期通常只有大约五到八年。

　　然而，尽管抽水蓄能非常适合大规模存储可再生能源，但它也有其缺点。最大的缺点可能是其相对适中的效率——这意味着与充电期间投入的电量相比，放电期间返回了多少电量。最泵送热的蓄电系统瞄准50-70％的效率相比，80-90％为锂离子电池或用于抽水蓄能70-85％ 。

　　但可以说最重要的是成本：成本越低，社会就能越快地迈向低碳未来。抽水蓄热有望与其他存储技术竞争——尽管在该技术成熟并完全商业化之前，这将无法确定。就目前而言，一些 组织已经拥有可运行的、真实世界的原型。我们越早测试并开始部署泵热电力储存，越早我们可以用它来帮助过渡到低碳能源 系统。