可再生能源“存”在哪兒？多孔巖石潛力大

利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源技術(shù)產(chǎn)生的能源量往往取決于天氣條件，而為保證持續(xù)穩(wěn)定的供電方式，科學(xué)家正想方設(shè)法在大自然中尋找各種靠譜的儲(chǔ)能材料和方法。

日前，英國(guó)愛丁堡大學(xué)刊登在《自然·能源》上有關(guān)多孔巖石儲(chǔ)電的文章稱，英國(guó)北海海床上的多孔巖石有望用于長(zhǎng)期儲(chǔ)存可再生能源所產(chǎn)生的電力，從而解決海上風(fēng)電等儲(chǔ)存問題。那么，科學(xué)家如何想到采用多孔巖石作為儲(chǔ)能介質(zhì)？還有哪些儲(chǔ)存可再生能源的奇思妙想？近日，科技日?qǐng)?bào)記者就相關(guān)問題采訪了中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組組長(zhǎng)陳永翀教授。

大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)研究成為熱點(diǎn)

據(jù)外媒稱，英國(guó)大多數(shù)核電站均將在本世紀(jì)20年代末到期退役；而日本日立公司近日也宣布因建設(shè)成本上升將暫停其在英國(guó)的核電項(xiàng)目；出于減排等因素考慮，英國(guó)政府計(jì)劃2025年前關(guān)閉所有火電廠，這將給整個(gè)國(guó)家的電力供應(yīng)留下相當(dāng)大的缺口。

據(jù)介紹，所謂多孔介質(zhì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)（PM-CAES），其工作原理是利用可再生能源的電力為產(chǎn)生壓縮空氣的發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，將這些空氣以高壓狀態(tài)儲(chǔ)存在砂巖孔隙里。在能源短缺時(shí)，釋放出井里的壓縮空氣，為渦輪發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，然后將電力輸送到電網(wǎng)。

英國(guó)科學(xué)家這次對(duì)近海鹽湖蓄水層進(jìn)行了多孔巖石儲(chǔ)能潛力的預(yù)估，利用蒙特卡羅方法計(jì)算了在大量多孔巖石的地點(diǎn)上構(gòu)建電廠的功率輸出和效率。研究表明，進(jìn)行一次PM-CAES存儲(chǔ)可以滿足兩個(gè)月所需的空氣流量，其往返效率(RT)介于42%至67%之間。此外，該方法地表損耗較小，這將受到土地表面或水資源有限的地區(qū)的青睞，同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)在能源需求旺盛的人口密集地區(qū)也更具有吸引力。

一種潛在可行季節(jié)性存儲(chǔ)技術(shù)

“建設(shè)智能電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)等，儲(chǔ)能系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。迄今，大規(guī)模（500兆瓦以上）商業(yè)應(yīng)用的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要是抽水蓄能電站。抽水蓄能雖然借助高低落差地勢(shì)，利用勢(shì)能差能夠大量?jī)?chǔ)能和發(fā)電，但是受限于地理?xiàng)l件和投資建設(shè)周期長(zhǎng)，還需要開發(fā)其他大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，尤其是跨季節(jié)儲(chǔ)能技術(shù)。”陳永翀指出，多孔巖石分布較廣，這將使PM-CAES技術(shù)能夠跨季節(jié)運(yùn)行，從而大大加強(qiáng)了其應(yīng)用的普適性。

根據(jù)論文資料，陳永翀分析道，英國(guó)研究人員使用數(shù)學(xué)模型評(píng)估這種儲(chǔ)能技術(shù)的潛力后發(fā)現(xiàn)，北海的地質(zhì)構(gòu)造可以儲(chǔ)存滿足英國(guó)3個(gè)月電力需求的能量，且大量富含多孔巖石的近海鹽湖蓄水層靠近風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，這可以在生成和存儲(chǔ)之間產(chǎn)生有價(jià)值的協(xié)同作用。

論文作者之一、愛丁堡大學(xué)的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出，這種技術(shù)有可能在夏季把可再生能源發(fā)電儲(chǔ)存起來，留待冬季用電高峰時(shí)使用。只是這種方法雖然有可行性，但成本相對(duì)較高。另外，多孔巖石儲(chǔ)能技術(shù)仍存在著不少潛在的問題，未來還需更多研究來完善技術(shù)，以便把成本降下來，并提高該技術(shù)的應(yīng)用安全性。

奇思妙想探尋“存儲(chǔ)”路徑

陳永翀指出，實(shí)際上，把可再生能源“存”在哪兒，科學(xué)家一直在積極探索更多的可能性，如海水蓄能、沙漠儲(chǔ)能、人工綠葉等，可謂八仙過海，各顯神通。

德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)風(fēng)能和能源系統(tǒng)研究所設(shè)計(jì)出名為海中蓄能（StEnSea）的新思路，將蓄能主體為多個(gè)內(nèi)直徑30米的混凝土空心球，置于600—800米深海床上。每個(gè)球內(nèi)都有一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)和水泵，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載低、電力多余時(shí)，水泵會(huì)抽出海水進(jìn)行蓄能；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載高、需要峰值發(fā)電時(shí)，這些球體的閥門即會(huì)打開，讓涌進(jìn)的海水驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電。

研究人員還向綠葉借智慧，效仿自然界的光合作用，即將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，把能量?jī)?chǔ)存在化學(xué)鍵當(dāng)中，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)碳中和的過程，這樣通過一定的反應(yīng)方式吸收環(huán)境中的二氧化碳，達(dá)到環(huán)保和能量?jī)?chǔ)存的目的。同時(shí)，提高過程中的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性，形成獲取可再生能源的一種途徑。

另外，有的科學(xué)家在嘗試抽沙儲(chǔ)能的方法，通過皮帶將沙子運(yùn)到高位倉(cāng)，高位沙子對(duì)風(fēng)葉做功，以沙子的形式儲(chǔ)存勢(shì)能，從而提供發(fā)電所需要的動(dòng)能。