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研究人员用压缩空气储能方式储存风能 [复制链接]

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在美国西部地区,通常夜间风力大于白天,因此风力发电机在夜间能够比在白天生产更多的电能,但现实的问题是,夜间用电量要少于白天,从而出现了电能供需在时间上不对应的状况。对此,美国研究人员认为,采取兴建新型压缩空气储能厂的间接方式,能够储藏西北地区丰富的风能,以备日后电能高需求和电能供应紧张之时所用。他们提出的压缩空气储能厂不仅能储能,而且可在短短数分钟时间内,从能源储能厂转变为发电厂,在白天为平衡地区性高变化的风能发电提供机动性。

  新完成的综合性研究分析显示,美国西北部的风能可以在夜间发电驱动空气压缩机将空气存储在地下深处多孔岩中,在需要时可以用压缩空气来发电,每月满足8.5万家用户的需求。能源部太平洋西北国家实验室和博纳维尔电力管理局的技术人员通过研究,寻找到两种独特的储能方法,并在华盛顿州东部确定了将两项储能途径赋予实践的场地。

  负责为博纳维尔电力管理局管理该项研究的史蒂夫·克努德森表示,由于可再生能源发电配额制(RPS)要求美国各州电能中的20%或30%来自不同的能源(如风能和太阳能),因此兴建压缩空气储能厂在帮助管理和整合可再生电能进入西北电网的事务中,能够发挥极具价值的作用。

  研究人员表示,所有的压缩空气储能厂均基于相同的基本前提运行。当电能供应丰富时,工厂从电网中获取电能用于启动大型空气压缩机,将压缩空气送入地下特定的地质结构内。当电能需求较高时,存储在地下的压缩空气被释放出来,并在加热后用以推动汽轮机发电。研究显示,通过上述的循环,压缩空气储能厂利用压缩空气产生的电能最多可达到压缩空气时所花费电能的80%。

  全球现有两家压缩空气储能厂,一个在美国阿拉巴马州,一个在德国,它们采用人造盐穴来存储空气(即过量的电能)。与之相比,美国太平洋西北国家实验室和博纳维尔电力管理局所提出的方法有所不同:利用地下深处天然的多孔岩区以存储可再生能源。

  在过去10年中,由于能源公司和其他机构在寻求更好的将可再生能源并入电网的途径,因而利用地下多孔岩存储压缩空气并发电的技术越来越受到它们的重视。美国西北部约13%的电能供应,也就是近8600兆瓦来自于风能发电,如何有效地利用夜间风力电能的问题促使能源部太平洋西北国家实验室和博纳维尔电力管理局决定就新技术能否用在西北地区进行调查。

  为寻找到潜在的压缩空气存储地,研究小组考察了哥伦比亚高原地区。在那里,大部分土地被厚厚的火山玄武岩所覆盖。研究小组寻求的是处于地下1500英尺厚度达30英尺的玄武岩结构,同时该地点能够靠近高压传输线且满足其他相关的条件。

  随后,研究人员对华盛顿州东南地区汉福德场区过去在钻井进行天然气探测和研究中所获得的数据进行了分析,并将钻井获得的数据输入太平洋西北国家实验室名为STOMP的专业计算机模型中。该计算机模型能够模拟地下液体流动,让研究人员了解不同地下位置能够存储多少空气并最终能有多少释放回地面。

  研究人员通过分析研究后确认,华盛顿州东部有两处极具前景的地点,一个是被称为哥伦比亚山丘的场地,它在俄勒冈州博德曼以北、华盛顿州哥伦比亚河河边;另一个为雅吉瓦矿物场地,它位于华盛顿州西拉以北10英里处的雅吉瓦峡谷地区。

  然而,研究小组认为这两个场地适合于两种截然不同压缩空气储能途径。哥伦比亚山丘场地靠近天然气管道,因而适于使用常规压缩空气储能设备。如此的常规设备能够使用少量的天然气加热从地下存储释放的空气,热空气随后用于驱动汽轮机发电,其发电量超过普通天然气发电厂发电量的两倍。研究人员表示,在哥伦比亚山丘场地,他们有望建成发电量达207兆瓦的常规压缩空气储能发电厂。

  雅吉瓦矿物场地远离天然气管道,因此研究小组为其设计了不同的压缩空气储能途径,即使用地热能。混合式的设施能够借助地下深处的地热为制冷机提供动力,用于冷却空气压缩机,让它们更有效运行。此外,地热能也可为从地下释放出来的压缩空气加热。研究人员认为,在此处有望建成发电量达83兆瓦的地热压缩空气储能发电厂。

  太平洋西北国家实验室研究人员、研究项目负责人皮特·麦克吉尔说,将地热能与压缩空气储能相结合是解决雅吉瓦矿物场地工程难题的创造性概念。这种混合型设施概念极大地拓展了地热能的使用范围。

  研究表明,两种途径均能在相当长的时间范围内保持能量的存储。这将特别有助于西北地区在春天当风能和水利发电超过当地所需的时候,人们利用过量电能储藏压缩空气。研究人员表示,融雪产生的大量流水与大量的风力资源相结合,能够让地区的电能产量达到峰值。为保障地区电能供应的稳定,电能系统管理者必须减少发电量或者存储过量的电能。诸如压缩空气储藏这类的储能技术将帮助地方极大地获取清洁的能源产品。

  博纳维尔电力管理局与西北电力和保护委员会合作,将利用从研究中获取的数据进一步了解压缩空气储能带给西北地区的纯利润。而其结果将被一个或多个地区性能源公司用来开发商业化压缩空气储能的演示项目。
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