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每立方米水可发电9810焦耳!详解未来的电网储能技术

作者:碳中和战略合作网  来源:腾讯网  发布时间:2021-09-08

碳中和战略合作网讯:

自进入21世纪以来,随着全球气候变暖,我们一直在探索未来的电网储能技术,这是人类在应对气候变化的斗争中需要开发的重要技术。目前,太阳能和风能技术已经成熟,能够以化石燃料发电成本的一部分为全人类提供足够的能源。 2017年,可再生能源行业在全球范围内获得了总计1280亿美元的补贴,与化石燃料行业获得的总计4470亿美元的补贴相比实在是相形见绌。

今天,阻碍可再生能源发展的主要因素是“储能问题”。锂离子电池和其他新型电池技术正迅速成为我们储能需求首当其冲的先行者。然而,在我们寻找最佳的储能方法时,我们“遗忘”了最古老和最主要的储能形式——抽水蓄能,这是我们现代电网中仍在使用的最古老的技术之一,通过将水泵入高架水库,将电能转化为势能,然后在需要电力时将水释放以驱动涡轮机叶轮发电。

在这里,以人口相对较少且有抽水蓄能电站Turlough Hill(特洛山)的爱尔兰为例,它高681米(2234英尺),由ESB拥有和运营,安装的四台73兆瓦的发电机在需求高峰时可产生高达 292 兆瓦的电力。

这是电动机,从电网获取电力以旋转位于较低层的叶轮,将水泵上山。当我们需要发电时,这个阀门(也在较低层)打开,让水流过叶轮,以相反的方向旋转叶轮并驱动位于电机下方的发动机,在最大流速下,水以每秒28.3立方米的速度冲过机器。如果将四台73兆瓦的发电机,则总计每秒111.3立方米,在这个流速下,230万立方米的上部水库将在5个半小时多一点的时间内排干。

那这些水能产生多大能量呢?

首先,让我们想象一个1立方米的水立方,我们可以通过增加它的高度来提高它的能量,再使用重力势能方程来计算能量的增加,它是物体的质量乘以重力加速度乘以其高度,所以,我们将高度定义为起点和终点之间的高度差。

我们得出1立方米水的质量是1000公斤,同时高度每增加1米,将增加9810焦耳的能量,我们将其转换为瓦时,因为它是一个更常用的单位。9810焦耳约等于2725Wh。这不是很多,可以让一个100瓦的灯泡运行98.1秒。

由于抽水蓄能电站无法做到100%的转化效率。特洛山的效率约为80%,因此接近78.5秒,如果我们将高度提升到286米,那1立方米的水块可以为灯泡供电22451秒,也就是6.2小时。

正因看到了抽水蓄能电站的巨大潜力,近十几年来,中国抽水蓄能电站的迅速发展,2004年底全国已建成投产的抽水蓄能电站10座,装机容量达到570.1万kW(其中60万kW供香港)。

有人可能就会问了,既然这抽水蓄能电站有这么大的潜力,那能不能多建几座呢?

答案是,可以。但是为抽水蓄能电站寻找合适的地点极其困难,我们需要的不是一个,而是两个能够容纳大量水的水库,两个水库之间不仅水平距离需要相对较短,还要相隔至少200米的高度。

通常,截止点由头部高度与水平距离的比率定义,任何大于1:10的值都是不经济的,因此,200米的水头在水库之间的最大水平距离为2公里。

正是在以上种种限制下,为抽水蓄能电站找到合适的地点成了一大难题,为此,专家们正在寻求解决这些问题的方法。

而抽水蓄能作为一种古老可靠且持久的储能方式,它正面临来自获得10亿美元大规模投资的其它可再生能源的竞争压力,但它长期储存能量的能力将确保其不被淘汰继续使用。

关键字:   电网储能技术——抽水蓄能

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