科技創(chuàng)新世界潮|簡單直接技術(shù),解決儲能難題

2024-07-24 00:18:05 來源: 科技日報 點擊數(shù):

科技日報記者?張佳欣

在芬蘭赫爾辛基以北約450公里處,有一座廢棄的礦井。盡管這里位置偏遠(yuǎn),但正受到人們的密切關(guān)注。因為它有望在能源領(lǐng)域發(fā)揮革命性作用,不過原因可能和人們想的不太一樣。

這座礦井名為皮哈砂麥,曾出產(chǎn)豐富的鋅和銅,但如今它將利用重力來創(chuàng)造新的價值。作為歐洲最深的金屬礦,它是建造重力儲能倉的理想地點。一家名為Gravitricity的英國公司就計劃將其改造成一種超大號的重力電池:將重物懸掛在礦井深處,并將該裝置與發(fā)電機相連。通過提升重物將電能存儲為勢能,然后讓重物下落再次產(chǎn)生電能。

英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日刊文表示,這個方法聽起來雖然很簡單,但這正是它的精妙之處。各國政府都在努力解決間歇性可再生能源的一個大問題:如何在沒有風(fēng)或陽光的時候保持電力供應(yīng)。到目前為止,他們主要關(guān)注氫能、核能和鋰離子電池等昂貴的技術(shù)。如果能以更基本的方法解決間歇性問題,同時減少電費和排放,豈非更好?

重力儲能倉或許只是一個開始。許多公司正在探索利用鹽、沙子、水甚至熱磚等看似普通的材料來開發(fā)新的儲能方法。這些看似簡單直接的技術(shù),可能正是解決我們這個時代最緊迫挑戰(zhàn)的方案之一。

有高度差就能發(fā)電

任何一種有質(zhì)量的物體下落時,重力所帶來的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用這樣的原理。這需要兩個位于不同高度的湖泊,在電力供應(yīng)過?;騼r格低廉時,用這些電力將水從低處抽到高處;待需要電力時,再讓水從高處流下,驅(qū)動渦輪機發(fā)電。這種方式既高效又相對便宜,但缺點是并非所有地方都有適合抽水蓄能的湖泊。

Gravitricity公司使用的方法也是重力儲能技術(shù)。該公司不使用湖泊和水,而是計劃利用像皮哈砂麥那樣的礦井。這樣的礦井遍布世界各地。例如,該公司還計劃在德國和捷克共和國的工廠推進其技術(shù)。2022年,他們在英國愛丁堡建造了一個地面演示裝置,可以將兩個重達(dá)25噸的配重塊用鋼纜懸掛在空中,展示了重力儲能技術(shù)的實際應(yīng)用效果。

當(dāng)然,即使沒有礦井,重力儲能技術(shù)依然可行。2020年,奧地利國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所提出了一種類似纜車的重力儲能系統(tǒng),通過將沙子或礫石運送到山坡上,然后在需要電力時將它們迅速滑下以產(chǎn)生能量。

目前來說,還很難斷定這些基于重力的想法是否真能成功。但在即將出現(xiàn)的“極簡”儲能方案中,重力儲能絕非唯一。

鐵生銹也能用于儲能


Gravitricity公司在愛丁堡的演示裝置可舉起兩個25噸重的物體。
圖片來源:《新科學(xué)家》網(wǎng)站

另一個思路是,保留電池的基本概念,但去除其中的復(fù)雜和不穩(wěn)定因素。這一理念下有多種思路,其中之一便是用相對廉價的鈉來替代昂貴的鋰。位于美國馬薩諸塞州的Form能源公司便研發(fā)出了一種鐵空氣電池,其關(guān)鍵元素竟是再普通不過的鐵銹。這款電池的工作原理相當(dāng)直觀:充電時,電流通過電化學(xué)作用將氧化鐵(鐵銹)轉(zhuǎn)化為鐵,釋放氧氣;放電時,電池則從空氣中吸收氧氣,使鐵重新變回鐵銹,從而產(chǎn)生電流。

Form能源公司的每塊電池大小與洗衣機相當(dāng),因此并不適合用于電動汽車。但對于電網(wǎng)級別的儲能系統(tǒng)來說,這樣的尺寸卻恰到好處。Form能源公司表示,他們的鐵空氣電池經(jīng)過特別設(shè)計,能以低于傳統(tǒng)電池的成本儲存100小時的電力。在超過3.6億美元的資金支持下,該公司已開始在西弗吉尼亞州建設(shè)其首家電池工廠。

當(dāng)然,在探討如何簡化儲能技術(shù)時,人們不應(yīng)忽視熱能這一重要領(lǐng)域。

用磚塊和熔鹽儲熱


Rondo能源公司制成熱電池的磚塊在生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)整齊排列。
圖片來源:《新科學(xué)家》網(wǎng)站

熱能儲存(TES)雖然不常見,但已有眾多企業(yè)看到了其巨大潛力。如總部位于美國加利福尼亞的Rondo能源公司正在開發(fā)一種產(chǎn)品,可利用巨大的黏土磚作為熱能儲存介質(zhì)。將磚塊夾在兩個加熱元件之間,就像烤面包機中的吐司一樣,能夠儲存能量數(shù)天之久。

如果用可再生能源將黏土磚加熱至1500℃,這些熱能就可以直接用于工業(yè)生產(chǎn),或者用于產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動渦輪機再次發(fā)電。

這些巨大的“磚頭烤爐”需要建在它們所服務(wù)的工廠附近,熱能通過絕緣管道輸送。這種系統(tǒng)簡單易行,因此成本低廉。Rondo能源公司估計,采用這種方式儲存電力,成本大約是綠色氫氣的一半。

歐洲也在積極擁抱熱能儲存技術(shù)??偛课挥谂餐腒yoto公司從摩洛哥瓦爾扎扎特-努爾太陽能發(fā)電站獲得靈感。在那里,一排排巨大的鏡子將陽光反射到塔頂,將熔鹽加熱至約1000℃。儲存的熱能可為當(dāng)?shù)毓╇姡词乖谔柭渖胶笠材艹掷m(xù)供電。Kyoto公司計劃將這種技術(shù)引入歐洲。

責(zé)任編輯:常麗君

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