太阳能若要在夜间应用,必须搭配能源储存系统,全球包括特斯拉(Tesla)等企业正积极推动能源储存,不过能源储存的方式未必只有目前主流的锂电池,南澳大学芭芭拉哈迪研究所(Barbara Hardy Institute)以储冷技术夺下 2015 年澳洲国家图书馆所举办的尤里卡科学奖(Eureka Prize)创新应用科技奖(Innovative Use of Technology ),并已由企业加以商用化。
每年澳洲国家图书馆所举办的尤里卡科学奖是澳洲科学界的盛会,分为 4 大领域:研究创新、领导力、学校科学、科学沟通与报导,各有数个奖项,此次南澳大学研究团队,以盐溶液储冷的技术,拿下研究创新领域的创新应用科技奖。
太阳能在中午发电尖峰,能供应白天的尖峰用电,但一般用电曲线到晚上 7、8 点还有第二高峰,此时太阳已经西斜下山,使得发电与用电时间出现落差,若要以太阳能供应全天电力,势必以某种方式储存白天的多余能源,转供晚间使用。
目前主流的能源储存解决方案是电池,尤其是以锂电池为主,不过能源储存不一定是储存电力本身,先用电力驱动制冷装置,制冰储存起来,之后再用冰来提供冷却效果,也是一种变相的储能方式,过去常应用于空调系统的用电时间转移。虽然特斯拉正以 Gigafactory 规模量产压低成本,但锂电池储存电力的总成本仍然远高于传统的储冷办法。
唯一的问题是,以冰来储冷,做为空调固然不成问题,但更为耗电的冷藏设施,须保持在摄氏零下几度的温度,这时冰就无用武之地了,因为冰的熔点在零度,从零度的冰融化为零度的水,相变的过程中,会吸收大量熔化热,而还继续保持温度为零度,利用熔化热来提供储冷效果,最低只能提供零度的温度。
盐溶液成本仅为锂电池 1/10
冷藏设施可说是最为耗电的设施之一,冷冻库可以利用过度冷冻,本身就充当储冷装置,但是冷藏柜里的生鲜若是冰冻就会破坏风味,因此得一天 24 小时都用电保持固定温度,即使是在用电高峰时间也一样,若能解决冷藏设施的储冷问题,可有效转移大量尖峰用电,可望节省数十亿澳币的电费。
研究团队想出来的解决方案,其原理也很简单,就是找到熔点低于零度的液体即可,而这样的液体也很好找,因为加盐就可降低盐水的熔点,研究团队使用便宜的盐溶液,用来做为储冷的媒介,以此储冷的方式成本只需锂电池储能的十分之一。
储冷装置搭配太阳能发电系统使用时,就是太阳能发出多少电,都用来驱动冷却系统,多余的能源用来冷却盐溶液,以储冷的方式储存,而储冷系统也不一定只用来储存太阳能,当批发电价较低时,可用来大量储冷,储存到尖峰用电时使用,相当于将尖峰用电转移到离峰,澳洲南部目前有 35% 电力来自可再生能源,当发电高峰时,偶尔批发电价甚至会降到负数,转移用电时间可为业主省下 5 成电费支出,另一方面也能稳定电网供需。
此项技术不仅得奖,也已经有企业垂青,冰河冷却科技公司(Glaciem Cooling Technologies)已经以此技术打造相当于 1,100 度电储能容量的储冷系统,透过盐溶液储冷,可提供零下温度储冷能力,先将做为冷媒的液态乙二醇冷却到摄氏零下 3 度,然后再用乙二醇冷却冷藏装置,而可以达到摄氏零下 3 度的温度。冰河冷却打算先在需要冷藏鲜奶的酪农业寻求客户。
- 2015 ANSTO Eureka Prize for Innovative Use of Technology
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Australian Team Taps Molten Salt for Solar-Powered Refrigeration
(首图来源:Flickr/Matthew Rutledge CC BY 2.0)