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热能是如何储存可再生能源的

化石燃料对气候突发事件的影响正推动国际社会大力推广低碳能源的使用。目前,大规模生产低碳能源的最佳选择是风能和太阳能。然而,尽管过去几年在性能和成本方面有所改善,但仍然存在一个主要问题:风不总是吹,太阳不总是照。依赖这些波动能源的电网一直试图保持供需匹配,因此可再生能源有时会因为没有在需要时生产而被浪费。

解决这一问题的主要方法之一是大规模储能技术。这些工作是在电力供应超过需求时积累电力,然后在相反的情况下释放电力。然而,这种方法的一个问题是它需要大量的电力。

现有的存储技术(如电池)由于单位能源成本高,不适合这类过程。目前,超过99%的大规模电力储存由抽水大坝处理,通过泵或涡轮机在两个水库之间移动水来储存或发电。然而,由于其地理条件,限制了更多的抽水蓄能电站的建设。

一个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,目前正在一个试点工厂进行测试。

抽水蓄能利用大型热泵将电能转化为热能。然后,这些热量被储存在隔热箱中的热物质中,如水或砾石。必要时,再用热机将热能转化为电能。这些能量转换是通过热力循环完成的,热力循环的物理原理与驱动冰箱、汽车发动机或热电厂的原理相同。

泵蓄热有很多优点。转换过程主要依靠常规技术和组件(如热交换器、压缩机、涡轮机和发电机),这些技术和组件已广泛应用于电力和加工行业。即使在大规模上,这也将缩短设计和建造抽水蓄能电站所需的时间。

储水箱可以装很多便宜的材料,比如碎石、熔盐或者水。此外,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电站中成功应用多年,是一种可再生能源技术,近十年发展迅速。集中式太阳能发电和抽水蓄能有很多相似之处,但在集中式太阳能电站中,能量是通过将太阳光储存为热能(然后转化为电能)来产生的。储存在抽水蓄能电站中的电能可能来自任何来源,包括太阳能、风能甚至核能。

易于部署和紧凑

抽水蓄能电站可以安装在任何地方,不受地理位置的限制。它们还可以轻松扩展,以满足网格的存储需求。其他形式的大容量能量存储受到安装位置的限制。比如抽水蓄能,需要高山峡谷,那里可以建大量的水库。压缩空气储能依靠大型地下洞穴。

抽水蓄能电站比抽水蓄能大坝具有更高的能量密度(在给定体积内可以储存更多的能量)。例如,与抽水水电站在500米的高度储存1kg水相比,在100储存1kg水可以回收十倍的电力。这意味着对于给定的能量储存量,需要更少的空间,因此工厂的环境足迹更小。

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