这些看似古老的储能技术, 也许能真正改变世界

行业前沿 1年前 (2016-09-21) 10 人围观 0

原作:Bloomberg Jessica,编译:巴特,出品 知社学术圈

本文原载于知社学术圈微信公众号(ID:zhishexueshuquan),已获转载授权。

 

电池,尤其是锂电池的使用已经非常广泛。据估计,到2024年,能源储备市场中电池所占份额将超过440亿美元。然而问题在于,这并不能满足我们的所有需求。电池的电量会随着时间而流失。如果我们想在明媚的夏天存储下太阳能,留到阴霾的冬季使用,那么电池显然不是最理想的方案。

另一方面,人们已经发现,锂电池并不环保。在智利北部干旱沙漠下的卤水矿床中蕴含着大量的锂,然而对锂元素的开采已经造成了严重的环境影响。那里正是当地火烈鸟的栖息地,它们依靠盐湖中的甲壳类动物为生。采矿公司为了取得锂,需要大量抽取土壤中的水分。目前火烈鸟的数量已经下降,正面临着一场生态灾难。

火烈鸟进食,智力阿塔卡玛盐湖

火烈鸟进食,智力阿塔卡玛盐湖

储能设备允许将当下产生的能源留作后用,这对于风力发电和太阳能领域是极为重要的扩展,同时也可以减少污染。就好比20世纪电冰箱的出现改变了我们处理食物的方式一样,能量存储也给电网运营者和太阳能使用者带来更多的便利,可以根据自己的需要来决定电能的生产和使用时间。届时,世界将不再需要那么多的大型发电厂。

在这种背景下,人类已经做出了哪些努力呢?来看看下面这些正在筹备的能源存储项目。

水力发电

水力发电动画

在电池出现以前,电能通过水电站得以存储。水被抽到山上,存在水库中。需要的时候,开闸放水,带动涡轮机发电。这是一种长期性的储能方法,可以将夏季获取的太阳能留到冬天使用。在可再生能源中,水力发电可谓最古老的技术,据美国能源部统计,这大约占能源存储的90%。

同传统的水力发电站一样,潮成泻湖也能够以相似的方式提供能量存储,只不过储水周期相对要短。

轨道发电

轨道发电

想不到吧,火车也可以用来存储电能。2016年4月,美国能源公司Advanced Rail Energy Storage (ARES) 拿下了内华达土地管理局5500万美元的项目,旨在利用轨道机车储能。

ARES将建造一条6英里长的上坡轨道,配有重装机车。当电价便宜的时候,机车将被推至山上。在出现电力需求时,机车被释放下山,由此产生的电能通过高架电线被输送回电网。

据估算,该系统配置成本约为性能相当的抽水电站的60%。项目建设工期为9个月,将于2017年第二季度动工,使用寿命为40年。

空气储能

空气储能

压缩空气储能法将空气封存在地下,当需要时,可将其释放从而带动涡轮机发电。

目前多伦多的一个项目可将空气存于水下的气球中。当电力需求出现时,气体通过管道返回水面,并转化为电能。

不过,压缩空气储能需要特别的岩层结构。目前世界上有一些运行中的项目,比如在德国的洪托夫,美国阿拉巴马的麦金托什等。另外,有几个大型项目已经在冰环境中部署,比如在美国爱荷华的得梅因和德克萨斯的安德森县。

电气转化

电气转化

包括汽车厂商奥迪在内的一些企业目前正在研发电气转化技术,通过电解术将过剩能源转化为氢气。氢气被直接注入气体网络,或者被“升级为”甲烷从而替代天然气。

世界最大的动力设备制造商西门子公司则在研究一种将氢气转化为氨的方法,从而为农业提供零排放的化肥。

据悉,由于气体可以被不受限制地封存起来,这种方法从而能够对能源进行短期和长期存储。也就是说,我们可以把夏季储备的能源迁移到冬季使用了。不过目前经济效益尚不清楚。

惯性轮

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惯性轮看起来与普通电池相去甚远。其实这就是依靠一个旋转的滚筒将动能存储起来。首先通过电能使飞轮旋转起来,当电力短缺时,飞轮则可以被视为可产生电力的马达。这一系统可供短期或长期使用。

位于东京的铁路技术研究院 (Railway Technical Research Institute) 目前正在从事惯性轮项目研发。他们采用了超导磁力轴承,使飞轮旋转过程中所受的摩擦力更小。该系统还采用了碳素纤维强化的塑料,使飞轮更快速,更强韧。轴承能够帮助飞轮处于悬浮状态,从而避免接触,减少因摩擦力引起的能量损失。

参考文献
http://www.bloomberg.com/news/articles/2016-09-08/these-technologies-may-actually-deliver-elon-musk-s-dream-of-changing-the-world

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