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高效储能新方式——堆叠混凝土砌块

2018-9-13 18:40:00点击:
现代化电网可以使人们随时获得电力。但是,只有当发电量与能耗量相同或相差不多时,电网才能更好地工作。也就是说需要一直保持平衡。因此,当电力生产不足或电力消耗增加时,电力运营商可以通过存储多余电力的方式使供电更加灵活。
  
  全球大约96%的储能容量来自抽水蓄能。每当发电量超过电力需求时,可以采用多余电力将水泵入水坝。当需求超过发电量时释放水坝的水,水位下降潜在的能量使水力涡轮机产生电力。
  
  但抽水蓄能需要特定的地理位置,需要具备不同海拔高度的水库和充足的水。这就是为什么四分之三的抽水蓄能电站仅建在10个国家的原因。其问题是,如果要继续增加间歇性的太阳能和风能,以减少人们对化石燃料依赖的话,还需要增加更多的储能设施。
  
  瑞士一家名为Energy Vault的初创公司推出了一种可行的泵送水力的替代方案:该公司不是利用水和水坝实现抽水蓄能,而是使用混凝土砌块和起重机达到同样的效果。该公司正在低调地运作,届时将在康涅狄格州的创意节Kent Presents上宣布其创新成果。
  
  Energy Vault公司在意大利米兰北部建设了一个示范工厂,大约是全面运营规模的十分之一。从构思、规划,到部署功能单元的整个过程花费大约9个月,其投资不到200万美元。如果这种技术含量低、成本低的创新方案能够帮助解决一小部分储能问题,那么全球所需的能源转型也许不会那么困难。
  
  具体计划
  
  Energy Vault公司技术的科学原理很简单。例如当举起沉重的东西再让它掉下来时,就会感受到这种能量。因为混凝土比水的密度大,提升混凝土需要更多的能量,所以与同等体积的水相比可以储存更多的能量。
  
  美国企业家Bill Gross和瑞士发明家Andrea Pedretti开发了应用这种科学的能量库系统。以下是其工作原理:采用安装六个吊臂的起重机,其吊臂高度达到120米(近400英尺),在卸载状态下,每个重35吨的混凝土圆柱体整齐地堆放在起重机周围。当采用多余的太阳能或风能时,通过起重机定位和提升混凝土块,而这是通过起重机臂小车上的摄像机并采用计算机算法引导来实现的。
  
  能量库
  
  模拟的大型能源库工厂
  
  一旦起重机臂定位并吊在混凝土块上,电动机就会启动,由电网上多余的电力驱动,并将混凝土块抬离地面。大风可能会使混凝土块像钟摆一样来回摆动,但是起重机的小车通过编程技术处理这样的情况,使其可以平稳地提升混凝土块,然后将混凝土块放置在另一混凝土块的顶部,也就是离地面更高的地方。
  
  当起重机在其周围堆砌成一个混凝土砌块塔时,该系统完成“完全充电”。存储在混凝土砌块塔中的总能量为20兆瓦时(MWh),足以为2,000个瑞士家庭供电一整天。
  
  当电网电力不足时,电机会重新投入运行——而此时电机不是消耗电力,而是被重力能量反向驱动,从而产生电力。
  
  Energy Vault公司的这种创新并不新鲜。而是起重机和电机技术已应用了几十年,ABB和西门子等公司已对其进行了优化,以实现最高效率。该系统的往返效率(即用于提升混凝土块的每单位回收的能量)约为85%,这与提供高达90%效率的锂离子电池大致相当。
  
  Pedretti是Energy Vault公司首席技术官,其主要工作是研究如何设计软件使相关操作自动化,如吊起和卸下混凝土砌块,以及在这些砌块的升降过程中抵消类似钟摆的运动。
  
  EnergyVault的能源库工厂可以运行30年,几乎不需要维护,其存储的能量几乎不会损耗。其混凝土块也采用废料制成。所以Piconi相信EnergyVault公司的技术可以填补储能的市场空间:拥有大量土地和建筑材料的地方,以及拥有可持续数十年而没有损耗的储能技术。
  
  与此同时,无论Energy Vault公司的储能技术是否成功,它确实为这一论点提供了有力的论据,即在其他厂商都在寻求高科技,并关注未来电池创新的同时,思考如何应用技术含量低的解决方案,这可能具有真正的价值。Energy Vault公司在短短九个月内建立了一个这样的功能测试工厂,其投资成本相对低廉。这是一种信号,储能问题的一些答案可能仍然隐藏在简单事务中。