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热量如何用于存储可再生能源

化石燃料对气候紧急状况的影响正在推动国际社会大力推动使用低碳能源。目前,大规模生产低碳能源的最佳选择是风能和太阳能。但是,尽管过去几年在性能和成本方面都有所改善,但仍然存在一个重大问题:风并不总是吹来的,太阳也并不总是照着的。依赖于这些波动的能源的电网一直在努力使供需不断匹配,因此可再生能源有时会浪费掉,因为在需要时不生产可再生能源。

解决该问题的主要方法之一是大规模的蓄电技术。这些工作通过在电力供应超过需求时累积电力,然后在相反情况发生时释放电力来进行。但是,这种方法的一个问题是它涉及大量的电力。

现有的存储技术(例如电池)由于其单位能量成本较高,因此不适用于此类过程。目前,超过99%的大型电力存储由抽水式水坝来处理,水坝通过泵或涡轮在两个水库之间移动水以存储或发电。但是,由于其地理条件的限制,可以建造更多的抽水蓄能电站是有限的。

一种有前途的存储选择是抽水蓄能。这项相对较新的技术已经存在了大约十年,目前正在试验工厂中进行测试。

抽水蓄能通过使用大型热泵将电能转化为热量来工作。然后,这些热量被存储在隔热箱内的热物质中,例如水或砾石中。必要时,然后使用热力发动机将热量转化为电能。这些能量转换是通过热力学循环完成的,热力学循环是用于运行冰箱,汽车发动机或火力发电厂的相同物理原理。

抽水蓄热具有许多优点。转换过程主要依靠常规技术和组件(例如热交换器,压缩机,涡轮机和发电机),这些组件已广泛用于电力和处理行业。即使是大规模,这也将缩短设计和建造抽水蓄能电站所需的时间。

储罐可以装满大量廉价的材料,例如砾石,熔融盐或水。而且,与电池不同,这些材料不会对环境构成威胁。大型熔盐罐已在集中式太阳能发电厂中成功使用多年,这是一种可再生能源技术,在过去十年中得到了迅速发展。集中的太阳能功率和泵送热蓄电有许多相似之处,但在集中的太阳能发电工厂通过将阳光存储为热量(然后将其转换为电能)来产生能量,抽水蓄能电站存储的电能可能来自任何来源,包括太阳能,风能甚至核能等。

易于部署和紧凑

抽水蓄能电站可以安装在任何地方,不受地理位置限制。还可以轻松扩展它们以满足网格的存储需求。其他形式的大容量储能受到安装位置的限制。例如,抽水蓄能需要山区和山谷,在那里可以建造大量的水库。压缩空气储能依赖于大型地下洞穴。

抽水蓄热电站比抽水蓄能大坝具有更高的能量密度(在给定的体积内可以存储更多的能量)。例如,与抽水式水力发电厂中储存在500米高度的1kg水相比,从1kg 100°C储存的水中可以回收十倍的电。这意味着对于给定的能量存储量,需要的空间较小,因此工厂的环境足迹较小。

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