美擬建實驗性壓縮空氣儲能發(fā)電站 藏風(fēng)能于地下

在美國西部地區(qū)，通常夜間風(fēng)力大于白天，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)在夜間能夠比在白天生產(chǎn)更多的電能，但現(xiàn)實的問題是，夜間用電量要少于白天，從而出現(xiàn)了電能供需在時間上不對應(yīng)的狀況。對此，美國研究人員認(rèn)為，采取興建新型壓縮空氣儲能廠的間接方式，能夠儲藏西北地區(qū)豐富的風(fēng)能，以備日后電能高需求和電能供應(yīng)緊張之時所用。他們提出的壓縮空氣儲能廠不僅能儲能，而且可在短短數(shù)分鐘時間內(nèi)，從能源儲能廠轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電廠，在白天為平衡地區(qū)性高變化的風(fēng)能發(fā)電提供機(jī)動性。

新完成的綜合性研究分析顯示，美國西北部的風(fēng)能可以在夜間發(fā)電驅(qū)動空氣壓縮機(jī)將空氣存儲在地下深處多孔巖中，在需要時可以用壓縮空氣來發(fā)電，每月滿足8.5 萬家用戶的需求。能源部太平洋西北國家實驗室和博納維爾電力管理局的技術(shù)人員通過研究，尋找到兩種獨(dú)特的儲能方法，并在華盛頓州東部確定了將兩項儲能途徑賦予實踐的場地。

負(fù)責(zé)為博納維爾電力管理局管理該項研究的史蒂夫·克努德森表示，由于可再生能源發(fā)電配額制(RPS)要求美國各州電能中的20%或30%來自不同的能源(如風(fēng)能和太陽能)，因此興建壓縮空氣儲能廠在幫助管理和整合可再生電能進(jìn)入西北電網(wǎng)的事務(wù)中，能夠發(fā)揮極具價值的作用。

研究人員表示，所有的壓縮空氣儲能廠均基于相同的基本前提運(yùn)行。當(dāng)電能供應(yīng)豐富時，工廠從電網(wǎng)中獲取電能用于啟動大型空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣送入地下特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)。當(dāng)電能需求較高時，存儲在地下的壓縮空氣被釋放出來，并在加熱后用以推動汽輪機(jī)發(fā)電。研究顯示，通過上述的循環(huán)，壓縮空氣儲能廠利用壓縮空氣產(chǎn)生的電能最多可達(dá)到壓縮空氣時所花費(fèi)電能的80%。

全球現(xiàn)有兩家壓縮空氣儲能廠，一個在美國阿拉巴馬州，一個在德國，它們采用人造鹽穴來存儲空氣(即過量的電能)。與之相比，美國太平洋西北國家實驗室和博納維爾電力管理局所提出的方法有所不同：利用地下深處天然的多孔巖區(qū)以存儲可再生能源。

在過去10年中，由于能源公司和其他機(jī)構(gòu)在尋求更好的將可再生能源并入電網(wǎng)的途徑，因而利用地下多孔巖存儲壓縮空氣并發(fā)電的技術(shù)越來越受到它們的重視。美國西北部約13%的電能供應(yīng)，也就是近8600兆瓦來自于風(fēng)能發(fā)電，如何有效地利用夜間風(fēng)力電能的問題促使能源部太平洋西北國家實驗室和博納維爾電力管理局決定就新技術(shù)能否用在西北地區(qū)進(jìn)行調(diào)查。

為尋找到潛在的壓縮空氣存儲地，研究小組考察了哥倫比亞高原地區(qū)。在那里，大部分土地被厚厚的火山玄武巖所覆蓋。研究小組尋求的是處于地下1500英尺厚度達(dá)30英尺的玄武巖結(jié)構(gòu)，同時該地點能夠靠近高壓傳輸線且滿足其他相關(guān)的條件。

隨后，研究人員對華盛頓州東南地區(qū)漢福德場區(qū)過去在鉆井進(jìn)行天然氣探測和研究中所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并將鉆井獲得的數(shù)據(jù)輸入太平洋西北國家實驗室名為 STOMP的專業(yè)計算機(jī)模型中。該計算機(jī)模型能夠模擬地下液體流動，讓研究人員了解不同地下位置能夠存儲多少空氣并最終能有多少釋放回地面。

研究人員通過分析研究后確認(rèn)，華盛頓州東部有兩處極具前景的地點，一個是被稱為哥倫比亞山丘的場地，它在俄勒岡州博德曼以北、華盛頓州哥倫比亞河河邊;另一個為雅吉瓦礦物場地，它位于華盛頓州西拉以北10英里處的雅吉瓦峽谷地區(qū)。

然而，研究小組認(rèn)為這兩個場地適合于兩種截然不同壓縮空氣儲能途徑。哥倫比亞山丘場地靠近天然氣管道，因而適于使用常規(guī)壓縮空氣儲能設(shè)備。如此的常規(guī)設(shè)備能夠使用少量的天然氣加熱從地下存儲釋放的空氣，熱空氣隨后用于驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，其發(fā)電量超過普通天然氣發(fā)電廠發(fā)電量的兩倍。研究人員表示，在哥倫比亞山丘場地，他們有望建成發(fā)電量達(dá)207兆瓦的常規(guī)壓縮空氣儲能發(fā)電廠。

雅吉瓦礦物場地遠(yuǎn)離天然氣管道，因此研究小組為其設(shè)計了不同的壓縮空氣儲能途徑，即使用地?zé)崮堋；旌鲜降脑O(shè)施能夠借助地下深處的地?zé)釣橹评錂C(jī)提供動力，用于冷卻空氣壓縮機(jī)，讓它們更有效運(yùn)行。此外，地?zé)崮芤部蔀閺牡叵箩尫懦鰜淼膲嚎s空氣加熱。研究人員認(rèn)為，在此處有望建成發(fā)電量達(dá)83兆瓦的地?zé)釅嚎s空氣儲能發(fā)電廠。

太平洋西北國家實驗室研究人員、研究項目負(fù)責(zé)人皮特·麥克吉爾說，將地?zé)崮芘c壓縮空氣儲能相結(jié)合是解決雅吉瓦礦物場地工程難題的創(chuàng)造性概念。這種混合型設(shè)施概念極大地拓展了地?zé)崮艿氖褂梅秶?/p>

研究表明，兩種途徑均能在相當(dāng)長的時間范圍內(nèi)保持能量的存儲。這將特別有助于西北地區(qū)在春天當(dāng)風(fēng)能和水利發(fā)電超過當(dāng)?shù)厮璧臅r候，人們利用過量電能儲藏壓縮空氣。研究人員表示，融雪產(chǎn)生的大量流水與大量的風(fēng)力資源相結(jié)合，能夠讓地區(qū)的電能產(chǎn)量達(dá)到峰值。為保障地區(qū)電能供應(yīng)的穩(wěn)定，電能系統(tǒng)管理者必須減少發(fā)電量或者存儲過量的電能。諸如壓縮空氣儲藏這類的儲能技術(shù)將幫助地方極大地獲取清潔的能源產(chǎn)品。

博納維爾電力管理局與西北電力和保護(hù)委員會合作，將利用從研究中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)一步了解壓縮空氣儲能帶給西北地區(qū)的純利潤。而其結(jié)果將被一個或多個地區(qū)性能源公司用來開發(fā)商業(yè)化壓縮空氣儲能的演示項目。