大规模储能技术有了新突破

风电、太阳能发电自身固有的间歇性问题是新能源发展的阿喀琉斯之踵。随着新能源发电规模的继续扩大，这个问题显得更为迫切。将富余的能量储存起来，用能高峰期再释放出来，是解决新能源间歇性的重点。 　　谈到储能人们很容易想到电池，但现有的电池技术很难满足电网级储能的要求。抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和创新。 　　储能市场潜力巨大，根据市场调研公司Pike Research的预测，从2011年到2021年的10年间，将有1220亿美元投入到全球储能项目中来。 　　抽水蓄能发电的创新 　　抽水蓄能在储能方式中长期处于霸主地位。根据美国电力研究委员会（EPRI）公布的数据，抽水蓄能在全球储能市场中容量最大，占总装机容量的99%以上。虽贵为霸主，但抽水蓄能模式也有自身的不足，易受地形影响，推广受到限制。所以，很多公司在研发新型的抽水蓄能模式。 　　丹麦一家名为Gottlieb Paludan的建筑设计所联合丹麦技术大学推出了一个大胆的设计，该设计被命名为“绿色电源岛”（如图1）。这种储能系统包括一个海上人工岛，并在岛上修建一座深井蓄水池。人工岛周围要配备海上风力发电系统。当海风凌厉时，风力发电驱动水泵将海水从水库中泵到海中。用能高峰时，海水回灌到蓄水池内，海水回流形成的重力差可以驱动发电机组发电。但是，这样宏大的计划仍停留在概念阶段。 　　同样以抽水蓄能为蓝本，美国加州的重力发电公司（Gravity Power）设计出了另一种储能系统。该系统包括一大一小，两个底部相连的充水竖井（如图2）。平时，水从小竖井泵到大竖井里，此时大竖井中的活塞向上运动。用电高峰时，可使活塞退回大井，迫使水流外溢，推动汽轮机做功发电。重力发电公司首席执行官托马斯·梅森表示，此系统适合安装在高耗能地区，并希望这项技术在全球范围内得到推广。该公司的创始人和首席技术官吉姆·费斯克曾表示，该技术能在2013年建成商业电网规模的储能设施。 　　一家总部设在美国加利福尼亚州圣摩尼卡的公司也在研发如何利用重力差原理储能。这家名为Advanced Rail Energy Storage的公司将改装后的轨道车和特制轨道作为它们研发储能系统的核心部件。当电力需求量少时，可以利用富余的电将轨道车推动到山顶；当用电负荷增加时，轨道车顺势倒退，将重力差转换为驱动力，推动发电机组。如抽水蓄能电站，这种存储系统需要借助地势。 　　该公司表示，在地势落差相同的条件下，这种存储系统要比抽水蓄能系统更为高效。公司正在加州修建原型机组，预计在2013年能投入运行。 　　压缩空气储能技术的改进 　　虽然仅占到市场份额的0.5%，压缩空气储能在国际储能市场中仍位列第二。 　　压缩空气储能的原理是将燃气轮机的压缩机和透平分开，在储能时，用电能将空气压缩并存于储气室中；在释能时，高压空气从储气室释放，进入燃烧室膨胀做功发电。 　　当前，这种技术比较成熟，已实现大规模商业化应用。德国的一座压缩空气储能电站的规模已达到29万千瓦。 　　压缩空气蓄能的一大缺陷在于效率较低。据悉，德国的压缩空气储能工厂，效率只有42%。储能效率低的原因在于空气受到压缩时温度会升高，空气释放膨胀的过程中温度会降低。现有的压缩空气蓄能系统在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失，在膨胀之前就必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源。这就导致蓄能效率降低，温室气体排放量增加。 　　还有几家公司同样以压缩空气蓄能为原型，开发更高效的储能系统。SustainX就是其中之一。这家借助达特茅斯大学工程学院的科研实力而成立的公司，得到了美国能源部和通用电气公司的支持。该公司已研发出“恒温压缩空气蓄能机组”。通过注入水蒸气来去除压缩空气中的热量。水蒸汽在吸收了压缩空气中的热量后被储存起来，等空气膨胀过程中的再次加热。 　　SustainX摒弃了传统的地下盐洞储气的做法，采用标准钢管储存压缩空气，这种做法更容易推广。据悉，SustainX公司已建有一套发电功率为40千瓦的试验机组，并正与一家公用事业公司合作建造一套发电功率为1000-2000千瓦的机组。 　　总部设在马萨诸塞州的General Compression公司同样获得了美国能源部的支持，开发出一套恒温压缩空气蓄能机组，主要应用于风电场。在能源巨头康菲的资助下，该公司正在德克萨斯州修建发电功率为2000千瓦的试验机组。