創(chuàng)新的電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)——重力反饋電池

在科技的發(fā)展道路上，離不開(kāi)能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開(kāi)發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽(yáng)能的使用。風(fēng)和太陽(yáng)能，都是當(dāng)紅的可再生能源，不過(guò)遇到風(fēng)不吹、陽(yáng)光不足，發(fā)電機(jī)就會(huì)“罷工”;另一個(gè)尷尬是，如果發(fā)電充足而一時(shí)卻用不掉，就得想法子將電能儲(chǔ)存起來(lái)。

有人想到抽水儲(chǔ)能，在用電負(fù)荷低的時(shí)段利用多余電力驅(qū)動(dòng)，將下池水庫(kù)的水抽到上池水庫(kù)，以便在能量需求高的時(shí)段下沖發(fā)電。這種將電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)的形式，綜合效率在70%到85%之間，幫助電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷，應(yīng)對(duì)緊急事故。瑞士的能源庫(kù)公司(EnergyVault)有了異曲同工的想法，他們推出了創(chuàng)新的電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)——重力反饋電池，將勢(shì)能儲(chǔ)存在巨大的混凝土砌塊塔中，需要時(shí)將砌塊放下，發(fā)電釋放能量。

部署在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的重力反饋電池塔，在現(xiàn)場(chǎng)，只見(jiàn)眾多混凝土塊壘成了摩天大樓般的塔?，F(xiàn)在是電力充裕的時(shí)段，也就是儲(chǔ)能階段，一架六臂起重機(jī)將積木一塊塊從地上抬起，往塔的高處堆放。堆放顯然是有規(guī)律的，大吊車也顯然深諳其道，有條不紊地自主操作。在基地上形成的塔逐漸升高變大，勢(shì)能被儲(chǔ)存在其中。

需要這個(gè)系統(tǒng)釋放能量時(shí)，讓起重機(jī)抓起適量的混凝土塊，放回地面(當(dāng)然也是指定位置)，砌塊下降時(shí)的動(dòng)能就會(huì)轉(zhuǎn)換成電能以供利用(附圖從左到右顯示了滿載到逐步釋放能量過(guò)程中巨塔的變化)。奇妙的是，看起來(lái)大而笨重的起重機(jī)，可以在2.9秒內(nèi)讓系統(tǒng)發(fā)出電力。有專門的算法來(lái)校準(zhǔn)和控制儲(chǔ)能/放電循環(huán)，系統(tǒng)的能量往返綜合效率可以高達(dá)約90%。

混凝土塔儲(chǔ)電的容量取決于系統(tǒng)的大小，最高可達(dá)到35兆瓦時(shí)，峰值功率4兆瓦。第一個(gè)能源庫(kù)系統(tǒng)將由塔塔電力公司于2019年在印度部署，規(guī)模就是35兆瓦時(shí)的。該系統(tǒng)是模塊化的，便于部署多塔來(lái)提高容量。由于依靠砌塊堆疊，不像化學(xué)儲(chǔ)存系統(tǒng)那樣會(huì)降解，或“泄漏”能量。能源庫(kù)公司表示混凝土砌塊不會(huì)隨時(shí)間而退化，應(yīng)該有30到40年的壽命。當(dāng)然也有質(zhì)疑者認(rèn)為砌塊多年暴露在空氣中會(huì)較快磨損。另一個(gè)反對(duì)理由是：混凝土是最具環(huán)境破壞力的材料之一，建造砌塊本身就可能留下巨大的碳足跡。但公司稱，砌塊由原本作為垃圾填埋的混凝土碎塊制成，以降低成本，減少材料的浪費(fèi)。它表示還會(huì)針對(duì)不同地區(qū)相應(yīng)改動(dòng)，在復(fù)合材料中多選用當(dāng)?shù)乇敬幚淼膹U料。

儲(chǔ)存間歇性可再生能源(如風(fēng)能和太陽(yáng)能)產(chǎn)生的電力，眼下已經(jīng)有多種方案，比如特斯拉在澳大利亞的巨大鋰離子電池。而德國(guó)在地下鹽穴中建造的全球最大氧化還原液流電池brine4power，將電能儲(chǔ)存在液態(tài)電解質(zhì)中，建成后可為7.5萬(wàn)個(gè)家庭供能。能源庫(kù)系統(tǒng)認(rèn)為自己系統(tǒng)的每千瓦時(shí)成本應(yīng)該能低于其他存儲(chǔ)系統(tǒng)。如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問(wèn)題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。