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【创新】新型储能系统:把太阳能装进盒子里

作者:admin日期:2019-09-28阅读
    美国麻 省理工学院的工程师们提出了一个概念性的设计方案,用于储存可再生能源,如太阳能和风能,并根据 需要将能源送回电网。该新型 设计不仅可以在太阳能、风能充 足时为小城市供电,而且可 以实现昼夜供电。这项研 究设计被发表在《能源和环境科学》杂志上。
    新系统 成本是抽水蓄能电站一半
    现在主 流的储能方式是锂离子电池和抽水蓄能电站。锂离子 电池已经被认为是一种可行但昂贵的储存可再生能源的方法。抽水蓄 能电站则是迄今为止最便宜的电网规模蓄能方式。
    麻省理 工学院的研究者开发的新型储能方式为:将太阳 能或风能产生的多余电力以热能的形式储存在白热熔融硅容器中,然后在 需要时将热能转换成电能。
    研究人员估计,这种系 统比锂离子电池要便宜得多,成本大 约是抽水蓄能电站的一半。
    “即使我 们现在想以纯粹的可再生能源为基础来运行电网,我们也做不到。因为你 需要用化石燃料涡轮机来弥补可再生能源不能按需分配这一事实。”机械工 程系副教授阿森格·亨利表示。“我们正 在开发一项新技术,如果成功,将解决 能源和气候变化中最重要、最关键的问题,即能源储存问题。”
    硅元素发挥关键作用
    这个新 的储能系统源于一个项目,在该项目中,研究人 员寻找提高集中式太阳能热发电效率的方式。与传统 太阳能发电厂使用太阳能电池板将光转换为电能不同,集中式 太阳能热发电需要大面积的巨型反射镜,这些反 射镜将阳光集中到中央塔上。在那里,光被转化为热,最终转化为电能。
    “技术之所以有趣,是因为 一旦你进入了这种以聚焦光来获得能量的过程,相对于储存电力,你储存 热量将会便宜得多。”亨利说。
    集中式 太阳能热发电厂把太阳能储存在装满熔融盐的大罐子里,然后加热到1000华氏度左右的高温,当需要电时,热盐通 过热交换器把热量传递到蒸汽中,然后涡 轮机把蒸汽变成电力。亨利说:“这种技 术已经存在了一段时间,但人们 一直认为其成本不会低到足以与天然气相竞争。
    因此,如果找 到在更高温度下操作的方法,就需要 使用更有效的热机并降低成本。”然而,如果操 作人员将盐加热到极高温度,那么盐 会腐蚀储存其的不锈钢罐。
    亨利的 研究小组寻找到了一种除了盐之外的介质,这种介 质可以在更高的温度下储存热量。研究人 员最初试验了液态金属,并最终锁定了硅——这种地 壳中含量最多的元素,可以承受超过4000华氏度的高温。
    2017年,研究小 组开发了一种可以承受高温的泵,而且可 以通过可再生储存系统来输送液态硅,这是吉 尼斯世界纪录中提到的一项壮举。自那次开发以来,该团队 一直在设计一个储能系统,可以集 成这样一种高温泵。
    3500~4300华氏度的循环之旅
    现在,研究人 员已经找到了一种新的可再生能源储存系统的概念,将其称之为TEGS-MJP,与传统 凹面镜或中央塔来集热的方式不同,他们直 接把可再生能源产生的电力(如太阳能和风能)转化为热能——电流通 过加热元件的过程。
    该系统 可以与现有的可再生能源系统配套,以捕获 白天多余的电力,并将其 储存起来供日后使用。亨利说:“假设每个人下班回家,虽然太阳就要落山了,但还是很热,于是需要打开空调。这时光 伏发电将不会有太多的输出,这时储 存的能量就派上用场了。”这个系 统由一个石墨制成的、高大的、高度绝缘的、充满液 态硅的水箱组成,
    水箱宽度为10米,最低温度几乎达到3500华氏度。暴露在 加热元件中的一排管子将这个“冷水箱”连接到另一个“热水箱”。当城市 太阳能产生的电进入这个系统时,这些能 量被转换成加热元件的热量。同时,液态硅被泵出冷罐,当通过 暴露在加热元件下的排管时,进一步 加热然后进入热罐。在那里,热能被储存在大约4300华氏度的高温下。
    当需要电力时,炽热的 液态硅被泵入罐子中,专门的太阳能电池(多结光伏)将其能 源转换为电能输送到电网中。冷却下 来的硅可以被泵回冷水箱,直到下一轮存储——从而有 效地充当一个大型的可充电电池。
    亨利说:“人们开 始称我们的设计为‘盒子里的太阳’。这是一 个很形象的说法,它基本 上就是一个非常强烈的光源,把所有 的光源都装在一个盒子里,这个盒 子可以收集热量。”

 

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