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飞轮与压缩空气组成的储能系统应用

2013-08-05 17:34
Radow
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  说到储能,人们首先联想到的一般都是电池,但由于电池造价过高,目前科学家们正着手寻找更便宜、更简易的储能技术。美国《国家地理》杂志2月23日报道称,也许某个公认的过时技术便能做到这一点,实现风能、太阳能等不稳定可再生能源的廉价储存,从而帮助现代电网升级。

  这里提到的过时技术需要用到飞轮和压缩空气。这两样东西或许没有风力涡轮机和太阳能电池听起来诱人,但没有它们,后者受自身间歇性的限制想要变成主流能源也将变得更加困难,因为间歇性必将影响发电的稳定性。

  报道称,飞轮加压缩空气组成的系统有理想的储能性能,能很好地弥补可再生能源的不稳定性。其实飞轮和压缩空气储能的只用到了最基本的物理原理,以及牛顿的运动定律。这套系统一方面可以像大型蓄电池一样,将大量能量储存数小时之久(通常是在晚上,并在需要时即时释放);另一方面,它利用调频技术可以处理白天电网中遇到的小的负荷波动。举个例子,如果白天数百个家庭突然一起打开空调,电力需求就会猛增,这样的小波动便可利用调频技术解决。

  位于美国马萨诸塞州灯塔(Beacon)电力公司的亨特介绍说,化石燃料发电机通常也可以提供调频技术支持,但他们的反应却很慢。拿大型火电厂来说,它需要花大约5分钟才能够对电网运营商的要求做出反应,但5分钟在电力世界中来说已似恍如隔世。因为火电厂每隔5至6秒便会收到电网发来的新信号,等到5分钟过后,黄花菜都凉了。“就像驾驶一艘游轮,当你终于把舵转向左边的时候,你或许已经收到了6、7个信号让你向右转了。”介绍开玩笑地说。

  先说飞轮技术:利用飞轮技术能制造出更加敏感的变频器。飞轮是安装在发动机回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当电网中有多余电力,发动机转速增高时,飞轮的动能增加,把能量贮蓄起来;当电网中需要电力时,过程则会逆转过来,飞轮转动,带动发动机,将动能转化成电力。灯塔电力公司开发的系统计划用200个飞轮组成“飞轮网络”,大量储存,并及时释放可再生能源电力。此外,飞轮可以在4秒内对电网的信号做出反应,反应速度大大高于化石燃料发电机。美国能源部发表的研究报告指出,飞轮等快速储能技术还能将电网相关的二氧化碳排放量降低70%,环境优势极为明显。就在2月下旬,灯塔电力公司飞轮储能设备的建设刚刚取得了里程碑式的进展:设备已经开始试运营,而且运营容量已经达到1万千瓦,是设计运营能力的一半。另外1万千瓦将于今年下半年上网。

  飞轮系统虽有较高的储能效率,但它的储能时间却不是很长久,15分钟内就会将能量释放。为了让能量储存的时间更长,一般都会用到抽水蓄能。但美国能源部却找到了另外一个更经济的方法:使用压缩空气。

  压缩空气储能设备使用非峰值期间的经济电力将空气泵入地底的洞穴,或者蓄水层内储存。当电力需求上升时,该系统便将空气释放出来,推动风力涡轮机发电。目前,世界上共有两套压缩空气储能系统,一套位于德国,并已运行超过30年,另一套位于美国,于1991年建成。
 

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