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據(jù)美國《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站12月3日報(bào)道，太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)為世界提供了充沛的能源——也由此帶來一個(gè)難題。在許多地區(qū)，在室外晴朗多風(fēng)的時(shí)候，可再生能源所產(chǎn)生的電力超出實(shí)際需求。然后，到了我們急需用電的時(shí)候，卻遇到?jīng)]有陽光、大風(fēng)停歇的情況，可再生能源幾乎無法提供電力。 因此，未來的電網(wǎng)如果希望完全使用可再生能源，就需要具備儲(chǔ)存更多電能的能力。你可能聽說過有人利用巨型鋰離子電池儲(chǔ)存電能。但如果作為備用電源，哪怕是超大型電池組通常也會(huì)在四個(gè)小時(shí)內(nèi)耗盡電量。對替代方案的需求促使美國政府、科研人員和初創(chuàng)企業(yè)建設(shè)更多“長時(shí)儲(chǔ)能”設(shè)施，希望至少獲得10小時(shí)的備用電力——于是，水庫、洞穴等場所被當(dāng)成了“電池”。 美國和加拿大多所高校和國家實(shí)驗(yàn)室參與的一項(xiàng)最新研究顯示，大規(guī)模部署“長時(shí)儲(chǔ)能”設(shè)施不僅可行，而且能充分發(fā)揮可再生能源的潛力，甚至可以減少公用事業(yè)費(fèi)用。該科研團(tuán)隊(duì)專門研究了覆蓋美國西部、加拿大西部和墨西哥北部少數(shù)地區(qū)的西部聯(lián)合電網(wǎng)。他們發(fā)現(xiàn)，修建更多“長時(shí)儲(chǔ)能”設(shè)施可以使高峰時(shí)段的電價(jià)降低70%以上。 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)能把可再生能源儲(chǔ)存至少半天，未來的儲(chǔ)能時(shí)長還將延長。其中一項(xiàng)技術(shù)被稱為抽水蓄能：當(dāng)進(jìn)入電網(wǎng)的可再生能源發(fā)電量過多時(shí)，抽水蓄能設(shè)施會(huì)把水抽到上層水庫里。當(dāng)太陽能或風(fēng)能減少時(shí)，抽水蓄能設(shè)施會(huì)讓上層水庫里的水回流至下層水庫，帶動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。這種設(shè)施利用了風(fēng)能、太陽能和重力能。 截至2022年，美國擁有43處抽水蓄能設(shè)施，總裝機(jī)容量達(dá)到2200萬千瓦(相比之下，美國的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電裝機(jī)容量分別為1.5億千瓦和1.4億千瓦)。美國能源部認(rèn)為，美國具備把這方面的儲(chǔ)能能力提高一倍的潛力。2021年，拜登政府啟動(dòng)了作為“能源攻關(guān)計(jì)劃”內(nèi)容之一的“長時(shí)儲(chǔ)能攻關(guān)計(jì)劃”，希望在10年內(nèi)把儲(chǔ)能技術(shù)的成本降低90%。去年，拜登政府宣布投入3.25億美元支持15個(gè)“長時(shí)儲(chǔ)能”項(xiàng)目，其中包括一個(gè)混凝土儲(chǔ)熱項(xiàng)目和多個(gè)利用鐵、水和空氣制造新型電池的項(xiàng)目。 這次的科研團(tuán)隊(duì)在研究“長時(shí)儲(chǔ)能”時(shí)，并沒有考慮其中涉及的具體技術(shù)，只想知道能讓西部聯(lián)合電網(wǎng)完全實(shí)現(xiàn)零排放的最廉價(jià)方法。該科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，“長時(shí)儲(chǔ)能”將尤其惠及公用事業(yè)公司的用戶，可以降低用電需求高峰時(shí)段的電費(fèi)——比如臨近傍晚時(shí)分，人們回到家中，幾乎同時(shí)打開電器，而入網(wǎng)太陽能發(fā)電量恰好處于下降期。建設(shè)更多儲(chǔ)能設(shè)施還意味著，當(dāng)熱浪來襲、整個(gè)地區(qū)的用戶都打開空調(diào)時(shí)，我們可以獲得更多后備電能。 企業(yè)還在研究如何把電能儲(chǔ)存在地下。加拿大海德羅斯托公司利用電網(wǎng)上多余的可再生能源，把壓縮空氣注入充滿水的地下洞室。于是，水被逼入一座地下水庫。當(dāng)電網(wǎng)需要電力時(shí)，工作人員再讓水流回洞室，把空氣推回地表，并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。 一個(gè)地區(qū)如果可再生能源發(fā)電量不足(比如在太陽落山后)，就需要從其他地方輸入綠色電力。但是，這需要修建跨越數(shù)百乃至數(shù)千英里的輸電線路。這樣的輸電線路很難獲得批準(zhǔn)，建設(shè)成本也很高。 如果有了“長時(shí)儲(chǔ)能”設(shè)施，公用事業(yè)公司就可以在當(dāng)?shù)夭渴鸶嗵柲茈姵匕搴惋L(fēng)力渦輪機(jī)，并儲(chǔ)存電能，這樣就不必從其他地方調(diào)配電力。 未來的電網(wǎng)將把充足的可再生能源不僅儲(chǔ)存在巨大的電池組里，還儲(chǔ)存在大自然里。太陽能和風(fēng)能將不再被浪費(fèi)。 |
