@ 2017.02.02 , 13:00
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四种通过水来存储可再生能源的方式

土地、风和水
DNV GL的能量岛概念源于通过在海洋中构建一个能够存储风能所发电,通过电能将水泵出岛外。

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如果特斯拉的Elon的家用大电池计划是未来的一种可能性,我们也许可能拥有其他不依赖大型可重复充放电锂电池的能量存储方案。不过,如今的能源存储现状依然十分困难。在2014年全美97%的有效存储还是通过将水抽到大型的水利设施中保存势能。

在传统的抽水储能(pumped hydro)电站中,需要在上下游的水域中建立一座大坝来形成水势,而这种规模的建筑一般只有国有企业才有能力搭建。储能的时候,通过绿色能源发的电,将下游的水抽到上游;然后在通过水利发电产生电能。如果整个过程中产生的利益能够大于所有设备的维护,就能够盈利了。2015年花旗银行的行业调研报告对这种能源存储方式的成本进行了估算,发现成本大约为现有电网储电电池的5%左右。而该方案的缺点在于对于有大规模电能消费的地区,地理上很难寻找适宜建造抽水储能的水坝,特别是对于某些大城市,简直就是同时构建了一个战略攻击目标啊,哈哈。来自德国的弗劳恩霍夫风能和能源系统技术研究所的Jochen Bard也是这么认为的。

不过随着绿色能源的不断发展,在2017年,新型的抽水储能技术应该能达成一系列的成就。除了通过降低成本,然后就是消除地理上的劣势了,使之能够方便的建造和使用了。下面就来说说比较可行的四种:

混凝土地堡(The Concrete Bunker)

Stensea通过构建一个空心的混凝土球状结构,并且内置一个涡轮泵。直接将这些球沉入海底的海床中,在放电完毕情况下内部会充满海水。一旦需要进行能量储存,通过气泵向内部注入空气,将内部海水排出。当需要放电的时候,反向操作,水压将海水注入混凝土球中,并且推动发电机转动。

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去年11月份的时候Fraunhofer IWES公司在德国Konstanz湖的100m深处安装了这么一个设备,大约是3m左右直径的一个球。经过连续4周的完全“充放电”测试,系统初步运行效果很好。而在过去的一年的可行性测试中,该团队设计了5兆瓦和20兆瓦-四单元的存储系统。而该系统的地理约束条件只需要寻找一个水深600-800米的环境,和水底相对水平的地面来放置装置。而地中海、大西洋和挪威的部分海沟区是比较适合装配这种储能设备,搭配海上风力发电的地区。

压缩空气包(Compressed-Air Bags)
Hydrostor系统包括带有重物的热气球相似的气袋,以及一个连接到海滨的固定。而进行能量存储的时候同样利用电能对气袋进行充气和放气。并且还带有一个热交换机来保证能量转换过程的效率。

该公司在2015年接到一个在多伦多岛装配一个660千瓦的这种设备的活,目前已经进入调试阶段了。并且打算在加拿大、美国和墨西哥等地接新活。而在加州安大略的设备具备2兆瓦和7兆瓦时两种规模,而设备是利用地下盐洞(underground salt cavern)而不是气袋。在这之前,他们还在阿鲁巴搭建了1兆瓦和6兆瓦时的气袋储电系统。

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能量岛(Energy Island)
在DNV GL的概念中,通过在荷兰北部海湾构建一个10×6千米左右的单元,在需要对电能进行存储时,就就将人工湖单元内部的水泵出到海上。然后通过海水倒灌的方式进行发电。

而与传统泵水储能所不同的是,内部的人工湖可以建在海中,只需要海底的粘土层足矣防止海水的侧漏。另外,就是考虑在多深的海中进行搭建,以及建筑成本之间的性价边际曲线了。

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不过到目前为止,能量岛依然处于概念阶段,位于挪威的DNV GL目前还在与荷兰的合伙人对项目进行商业评估和项目规模设计的相关估算。

风车和水池
在Naturspeicher和Max Bögl的一个项目中,风力发电的风车下还额外配备了一对水池。而在山脚下,则还有一个人工湖,这些建造在高山上的风力发电设备,会将额外发电的能量用于将下面的水抽到40米左右的高度,也就是每个风车下面的水池中。而等到没有风的时候,需要的电能就将水池中的水放回到下面的人工湖中,并且发些电。

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每增加40米左右的额外高度,能够带来额外的25%的能量存储,但是也需要更多的钱。不过在目前的项目中,将位于水库中的水抽到40m高的山上是性价比比较高的配置方案。

他们的公司也对外宣称:这种带有存储的风力发电系统能够完全的融入自然,不破坏当地生态环境。他们计划在今年内在德国Swabian-Franconian森林打造一个这样的风田。而在2018年完成储水池的相关建造。项目总体设计能够达到70兆瓦时的存储,以及16兆瓦时的输出效率。

本文译自 IEEE Spectrum,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 17+1

  1. 噗噗噗
    @7 months ago
    3378204

    没明白第二个压缩空气和水有什么关系?

  2. 3378216

    这事有荷兰参与,还没准真能成

  3. 3378218

    @噗噗噗: 就是给海里的气球打气,想要用电的时候再把气放出来发电。放到海里是因为海里水压大,如果在陆地上吹气球,可能吹好大个也没多少能量贮存。其实这4个方向都是把风能储存为势能,到时候再把势能转化为电能

    [17] XX [3] 回复 [0]
  4. 3378240

    草履虫岛

  5. 金三胖胖三斤
    @7 months ago
    3378244

    本帅上山就可以存储全国一天的能量了
    [查看原图]

    [69] XX [5] 回复 [0]
  6. alpha_boy
    @7 months ago
    3378260

    这个充气袋子什么材料做的?充气几十次以后不会破掉吗?经常要和海水压力做对抗啊……

  7. 世界的第八天
    @7 months ago
    3378274

    最后一个不错,其实就是风能再利用,完全可以小型化在山区使用。第一个有问题啊,把水排除出需要的能量也不少,这部分损耗感觉太大了!假如海水灌进来存储的能量为100%.排水需要的能量95%.每次只能多出这5%的能量,再加上硬件磨损,感觉性价比太低。

  8. 3378280

    好久没见阿鲁巴这国家名字了……

  9. aficionado
    @7 months ago
    3378292

    地球上所有的发电几乎都是在烧热水 ,然后储存电力还要把水搬来搬去:)

    [13] XX [0] 回复 [0]
  10. 3378305

    在这可控核聚变看起来指日可待的年代,这些长期投资项目都充满了风险。

  11. 烏魯塞爾
    @7 months ago
    3378327

    為何不把水電解成氫氣與氧氣?

  12. 3378419

    @老蛋: 可控核聚变这件事就跟治疗艾滋病一样,日日有新闻,月月有进展,年年有突破,可就是遥遥无期。

    [10] XX [0] 回复 [0]
  13. 朝鲜央行行长
    @7 months ago
    3378421

    @金三胖胖三斤: 那大帅您咋下山?

  14. 浮游植物
    @7 months ago
    3378492

    图一的轮廓很像一只草履虫啊。吓死我了。

  15. dogisacat
    @7 months ago
    3378533

    @老蛋: 天天说废话

  16. 卡卡罗特
    @7 months ago
    3378878

    @老蛋: 核电只是发电的方案之一,而文章说的是如何储存能量

  17. 香蕉巴拉
    @7 months ago
    3378997

    @aficionado: 很遗憾的是,即使到航天科技如此发达的今天,人类还是用在用着这种效率极低的能量转换方式。

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