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既是高山缆车又是储能系统,便宜省水的砂石重力储电设备登场

2024-11-02 235


抽蓄水力发电厂之所以能成为调度电力的方式,是因为它能够透过调整上下水池的水位、藉水势推动水道间的涡轮机来发电,而最近国际应用系统分析研究所(IIASA)就善加利用这概念,打造另类的储能系统:砂石重力储能。

抽蓄水力的重力媒介是“水”。运用调整水位来储电,当电力生产过剩时,便可趋动电动抽水泵,把水输送至地势较高的蓄水库,电力需求提高时,就能把水闸放开,蓄水库的水依地势流往原先位置,借水势能推动水道间的涡轮重新发电,如此一来就能达到储电功用,储存时间也比锂离子电池还要长得多、达 6-20 小时。

只不过抽水蓄电法首先需要开挖山地蓄水,对环境生态产生不可逆的伤害之余,资金也是一大问题,容量高于 50MW 的电厂或许还可达损益两平,但容量低于 20MW 以下、或是设在偏远地区或小岛的话,可能就亏大了。

对此,IIASA 提出一个乍看之下是高山缆车,其实是仿抽水蓄能的储能系统有趣设计。一般的抽水蓄能系统是把“水”当成储存电力的媒介,而科学家改用砂石与砾石,并称之为砂石重力储能系统(Mountain Gravity Energy Storage,MGES)。

(Source:IIASA)

远远看来 MGES 就好像高山缆车,科学家运用陡峭山坡的地势,在用电量低时用发电机将砂石运到位于山顶的存放地,用电量高时再把砂石运回地面,科学家认为, MGES 也可以跟一般的水力电厂结合,让水与沙石能同时、或是以互补的方式储存电力。

研究员 Julian Hunt 表示, MGES 优势在于沙子相当便宜,而且跟水不同、它不会蒸发,人们永远不会失去储能媒介,也可以无限次使用,相当适合每年必逢干旱、水源稀缺的地区。除此之外,MGES 也没有液压限制,传统蓄水电站高度差最高只能到 1,200 米,但 MGES 能超过 5,000 米。

科学家认为或许能在喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山和洛基山脉等高山开发 MGES,也可以帮助夏威夷等山势陡峭的群岛与海岛国家。 Hunt 也认为,MGES 不会取代任何的储能方案,这只是个善用山坡地形的长时间全新储能方法。

每种储能系统都有其特性,若以长期储能系统来说,蓄水电站就是以水位差来储电;另一种的压缩空气储能技术(CAES)则是在用电量较低时,将绿电能用于压缩空气,再把空气高压密封在废弃矿井、沉降的海底储气罐、盐洞等地,用电高峰期再释放出压缩空气,经过加热燃烧与涡轮膨胀等过程来发电。

而先前重力储能新创 Energy Vault 研发是用混凝土块为重物,用多余电力驱动马达将重物吊至高处,需要用电时,再利用重物下降的力量来驱动发电机发电。显然每种储能技术都有不同的适合应用环境。

  • Using mountains for long-term energy storage
  • In search for cheaper, longer energy storage, mountain gravity could eventually top lithium-ion

(首图为示意图,来源:pixabay)

2019-11-19 09:06:00

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