俄亥俄州的研究人員正在測(cè)試將熱能存儲(chǔ)在填滿沙子的筒倉(cāng)中的儲(chǔ)能潛力，例如德克薩斯州Rails的谷倉(cāng)。測(cè)試項(xiàng)目將使用廉價(jià)材料來儲(chǔ)存熱能，并在需要時(shí)將其轉(zhuǎn)換為電力。

俄亥俄州阿克倫市的研究人員采用沙子填充筒倉(cāng)，希望在儲(chǔ)能方面獲得技術(shù)突破。

Echogen Power Systems公司成立于11年前，其原理是捕獲熱能，也是10個(gè)獲得美國(guó)能源部資助數(shù)百萬美元用于長(zhǎng)期儲(chǔ)能的接收者之一。


在美國(guó)中西部，一支來自密歇根州立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)也在開發(fā)新型儲(chǔ)能技術(shù)。俄亥俄州和密歇根州儲(chǔ)能項(xiàng)目之間的共同主題：加熱廉價(jià)材料以降低儲(chǔ)能成本。

密歇根州立大學(xué)機(jī)械工程系主任James Klausner說，“為了使可再生能源大規(guī)模滲透到電網(wǎng)中，我們確實(shí)需要低成本和強(qiáng)大的儲(chǔ)能形式。”

通過將熱能儲(chǔ)存在相對(duì)便宜的材料中，研究人員正在尋找一種低成本的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)來支持可再生能源的廣泛部署。

Echogen公司獲得300萬美元的資助，MSU公司也獲得了美國(guó)能源部高級(jí)研究計(jì)劃署能源（ARPA-E）項(xiàng)目資助的200萬美元。持續(xù)增加電力儲(chǔ)能(DAYS)計(jì)劃專注于儲(chǔ)能大約10到100個(gè)小時(shí)，儲(chǔ)能項(xiàng)目也必須展示其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的途徑。

Echogen公司的儲(chǔ)能項(xiàng)目將熱能轉(zhuǎn)化為電能，并以沙子為儲(chǔ)能介質(zhì)。該過程涉及使用二氧化碳熱泵循環(huán)通過加熱儲(chǔ)能器將電能轉(zhuǎn)換成熱能，儲(chǔ)能器根據(jù)需要轉(zhuǎn)換回電力。該產(chǎn)品面向裝機(jī)容量50-100兆瓦的大型儲(chǔ)能項(xiàng)目。

“使用這些低成本的儲(chǔ)能介質(zhì)，我們可以無限期地持續(xù)增加兆瓦時(shí)的容量。”Echogen公司首席技術(shù)官Tim Held說。他補(bǔ)充說，其儲(chǔ)能時(shí)間可能超過100小時(shí)。

他表示，在材料中儲(chǔ)存能量的概念可以追溯到幾百年前。“我們可以在相當(dāng)適中的溫度下使用能夠以極低成本存儲(chǔ)熱能的材料來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”Held說。

MSU公司的熱化學(xué)概念使用鎂錳氧化物作為存儲(chǔ)介質(zhì)?？稍偕茉串a(chǎn)生的電流通過加熱元件加熱氧化物。最終，壓縮空氣與金屬氧化物反應(yīng)并通過渦輪機(jī)膨脹。Klausner表示，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是大約10個(gè)小時(shí)的儲(chǔ)能時(shí)間，可以在幾十秒到幾分鐘內(nèi)通過模塊化單元發(fā)送。

“我們正在實(shí)現(xiàn)的價(jià)值主張是，與其他形式的儲(chǔ)能方式相比，其成本更低。我們認(rèn)為其價(jià)格可低至每千瓦時(shí)不到5美分。”Klausner說。

他補(bǔ)充說，雖然這個(gè)過程不如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)那么高效，但使用的材料成本更低。“我們犧牲了成本效率。”Klausner說。

Held說，“美國(guó)聯(lián)邦資金允許Echogen公司采取新概念并將其轉(zhuǎn)化為更詳細(xì)的模型。在這個(gè)計(jì)劃結(jié)束時(shí)，我們將獲得有關(guān)這些設(shè)備的成本和規(guī)模的更多信息。”

儲(chǔ)能技術(shù)比較

從抽水蓄能發(fā)電廠到鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，熱儲(chǔ)能是正在使用和研究的各種儲(chǔ)能技術(shù)之一。

熱儲(chǔ)能技術(shù)的原材料成本比電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本更低，并且使用壽命更長(zhǎng)，但便攜性較差。與此同時(shí)，建設(shè)抽水蓄能項(xiàng)目可能耗資數(shù)十億美元，并作為大型集中發(fā)電廠。抽水蓄能也會(huì)受到地理位置和水的限制。

Klausner說：“實(shí)際上抽水蓄能的應(yīng)用肯定不能滿足美國(guó)的廣泛儲(chǔ)能需求。我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是以更低的成本實(shí)現(xiàn)更具彈性的儲(chǔ)能項(xiàng)目。”

Held表示，“Echogen公司的概念與抽水蓄能非常相似。雖然電池儲(chǔ)能系統(tǒng)適合分布式發(fā)電模型，但其成本相對(duì)于容量而言是昂貴的，儲(chǔ)能持續(xù)時(shí)間更短，并且材料更快地降解。但這些材料需要更換，這是其必要的成本。因此這些儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可行性的比較正在進(jìn)行。”

Klausner和Held都認(rèn)為采用可再生能源的儲(chǔ)能是能源的一個(gè)有利補(bǔ)充。“沒有儲(chǔ)能能力是可再生能源大量滲透到市場(chǎng)的主要障礙。”他說。

他表示，關(guān)于如何將儲(chǔ)能系統(tǒng)作為電網(wǎng)資源，以及如何在風(fēng)能和太陽能間歇性產(chǎn)生時(shí)將其分配，還有許多問題存在。“我認(rèn)為加利福尼亞州在管理可再生能源滲透方面得到更多的推廣，采用了許多可再生能源和儲(chǔ)能項(xiàng)目。”Held說。

但首先，由美國(guó)聯(lián)邦政府資助的新技術(shù)將需要商業(yè)化的途徑。Held表示，公用事業(yè)公司仍難以確定五到十年內(nèi)需要什么樣的儲(chǔ)能產(chǎn)品，特別是當(dāng)電力公司管理現(xiàn)有發(fā)電資產(chǎn)時(shí)。“為了了解市場(chǎng)，企業(yè)需要預(yù)留大量資金。”Klausner說。

MSU公司團(tuán)隊(duì)與生產(chǎn)小型渦輪發(fā)電機(jī)的Dresser-Rand公司合作。“將我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)與渦輪發(fā)電機(jī)配套使用。”Klausner說。

Klausner估計(jì)，在這個(gè)示范儲(chǔ)能設(shè)施準(zhǔn)備就緒之前可能還需要兩年半的時(shí)間。從試點(diǎn)使用到全面應(yīng)用可能需要一年時(shí)間。

“如果企業(yè)具有其他廠商沒有的儲(chǔ)能產(chǎn)品，可以立即進(jìn)入市場(chǎng)。”他說，這指的是即將到來的儲(chǔ)能需求，因?yàn)樵O(shè)定的可再生能源目標(biāo)是到2040年達(dá)到50％。

“相信更加強(qiáng)大的儲(chǔ)能技術(shù)將在未來10年的時(shí)間內(nèi)不斷推出，這些技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)就要開始了。”他表示。