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把太陽能裝進盒子的新型儲能系統

鉅大LARGE  |  點擊量:30次  |  2020年07月09日  

摘要
美國麻省理工學院的工程師們提出了一個概念性的設計方案,用于儲存可再生能源,如太陽能和風能,并根據需要將能源送回電網。該新型設計不僅可以在太陽能、風能充足時為小城市供電,而且可以實現晝夜供電。這項研究設計被發表在《能源和環境科學》雜志上。

美國麻省理工學院的工程師們提出了一個概念性的設計方法,用于儲存可再生能源,如太陽能和風能,并根據要將能源送回電網。該新型設計不僅可以在太陽能、風能充足時為小城市供電,而且可以實現晝夜供電。這項研究設計被發表在《能源和環境科學》雜志上。


新系統成本是抽水蓄能電站一半


現在主流的儲能方式是鋰離子電池和抽水蓄能電站。鋰離子電池已經被認為是一種可行但昂貴的儲存可再生能源的方法。抽水蓄能電站則是迄今為止最便宜的電網規模蓄能方式。


麻省理工學院的研究者開發的新型儲能方式為:將太陽能或風能出現的多余電力以熱能的形式儲存在白熱熔融硅容器中,然后在要時將熱能轉換成電能。


研究人員估計,這種系統比鋰離子電池要便宜得多,成本大約是抽水蓄能電站的一半。


即使我們現在想以純粹的可再生能源為基礎來運行電網,我們也做不到。因為你要用化石燃料渦輪機來彌補可再生能源不能按需分配這一事實。機械工程系副教授阿森格亨利表示。我們正在開發一項新技術,假如成功,將解決能源和氣候變化中最重要、最關鍵的問題,即能源儲存問題。


硅元素發揮關鍵用途


這個新的儲能系統源于一個項目,在該項目中,研究人員尋找提高集中式太陽能熱發電效率的方式。與傳統太陽能發電廠使用太陽能電池板將光轉換為電能不同,集中式太陽能熱發電要大面積的巨型反射鏡,這些反射鏡將陽光集中到中央塔上。在那里,光被轉化為熱,最終轉化為電能。


技術之所以有趣,是因為一旦你進入了這種以聚焦光來獲得能量的過程,相關于儲存電力,你儲存熱量將會便宜得多。亨利說。


集中式太陽能熱發電廠把太陽能儲存在裝滿熔融鹽的大罐子里,然后加熱到1000華氏度左右的高溫,當要電時,熱鹽通過熱交換器把熱量傳遞到蒸汽中,然后渦輪機把蒸汽變成電力。亨利說:這種技術已經存在了一段時間,但人們一直認為其成本不會低到足以與天然氣相競爭。


因此,假如找到在更高溫度下操作的方法,就要使用更加有效的熱機并降低成本。然而,假如操作人員將鹽加熱到極高溫度,那么鹽會腐蝕儲存其的不銹鋼罐。


亨利的研究小組尋找到了一種除了鹽之外的介質,這種介質可以在更高的溫度下儲存熱量。研究人員最初試驗了液態金屬,并最終鎖定了硅這種地殼中含量最多的元素,可以承受超過4000華氏度的高溫。


2017年,研究小組開發了一種可以承受高溫的泵,而且可以通過可再生儲存系統來輸送液態硅,這是吉尼斯世界紀錄中提到的一項壯舉。自那次開發以來,該團隊一直在設計一個儲能系統,可以集成這樣一種高溫泵。


3500~4300華氏度的循環之旅


現在,研究人員已經找到了一種新的可再生能源儲存系統的概念,將其稱之為TEGS-MJp,與傳統凹面鏡或中央塔來集熱的方式不同,他們直接把可再生能源出現的電力(如太陽能和風能)轉化為熱能電流通過加熱元件的過程。


該系統可以與現有的可再生能源系統配套,以捕獲白天多余的電力,并將其儲存起來供日后使用。亨利說:假設每個人下班回家,雖然太陽就要落山了,但還是很熱,于是要打開空調。這時光伏發電將不會有太多的輸出,這時儲存的能量就派上用場了。這個系統由一個石墨制成的、高大的、高度絕緣的、充滿液態硅的水箱組成,


水箱寬度為10米,最低溫度幾乎達到3500華氏度。暴露在加熱元件中的一排管子將這個冷水箱連接到另一個熱水箱。當城市太陽能出現的電進入這個系統時,這些能量被轉換成加熱元件的熱量。同時,液態硅被泵出冷罐,當通過暴露在加熱元件下的排管時,進一步加熱然后進入熱罐。在那里,熱能被儲存在大約4300華氏度的高溫下。


當要電力時,熾熱的液態硅被泵入罐子中,專門的太陽能電池(多結光伏)將其能源轉換為電能輸送到電網中。冷卻下來的硅可以被泵回冷水箱,直到下一輪存儲從而有效地充當一個大型的可充電電池。


亨利說:人們開始稱我們的設計為盒子里的太陽。這是一個很形象的說法,它基本上就是一個非常強烈的光源,把所有的光源都裝在一個盒子里,這個盒子可以收集熱量。


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