热量如何用于存储可再生能源

 
化石燃料对气候紧急状况的影响正在推动国际社会大力推动使用低碳能源。目前，大规模生产低碳能源的最佳选择是风能和太阳能。但是，尽管最近几年在性能和成本方面都有所改进，但仍然存在一个重大问题：风并不总是吹来的，太阳也并不总是照着的。依靠这些波动的能源的电网一直在努力使供需不断匹配，因此可再生能源有时会浪费掉，因为在需要时不生产可再生能源。
解决该问题的主要方法之一是大规模的蓄电技术。这些工作通过在电力供应超过需求时累积电力，然后在相反情况发生时释放电力来进行。然而，这种方法的一个问题是它涉及大量的电力。
现有的存储技术(例如电池)由于单位能量成本高，因此不适用于此类过程。目前，超过99%的大型电力存储由抽水式水坝处理，抽水式水坝通过泵或涡轮在两个水库之间移动水以存储或发电。但是，由于其地理条件的限制，可以建造更多的抽水蓄能电站是有限的。
一种有前途的存储选择是抽水蓄能。这项相对较新的技术已经存在约十年了，目前正在试验工厂中进行测试。
抽水蓄能通过使用大型热泵将电能转化为热量来工作。然后，这些热量被存储在隔热箱内的热物质中，例如水或砾石中。当需要时，然后使用热力发动机将热量转化为电能。这些能量转换是通过热力学循环完成的，热力学循环与运行冰箱，汽车发动机或火力发电厂的物理原理相同。
已知技术

 
抽水蓄热具有许多优点。转换过程主要依赖于常规技术和组件(例如热交换器，压缩机，涡轮机和发电机)，这些组件已广泛用于电力和加工行业。即使是大规模，这也将缩短设计和建造抽水蓄能电站所需的时间。
储罐可以装满大量廉价的材料，例如砾石，熔融盐或水。而且，与电池不同，这些材料不会对环境构成威胁。大型熔盐罐已在集中式太阳能发电厂中成功使用多年，这是一种可再生能源技术，在过去十年中得到了迅速发展。集中式太阳能发电站和抽水蓄热电站有许多相似之处，但是集中式太阳能发电厂通过将太阳光以热量的形式存储(然后将其转换为电能)来产生能量，而抽水蓄热电站则可以存储来自任何来源(太阳能，风能甚至核能等等。
易于部署和紧凑
抽水蓄能电站可以安装在任何地方，不受地理位置限制。还可以轻松扩展它们以满足网格的存储需求。其他形式的大容量储能受到安装位置的限制。例如，抽水蓄能需要山区和山谷，在那里可以建造大量的水库。压缩空气储能依赖于大型地下洞穴。
抽水蓄热电站比抽水蓄能大坝具有更高的能量密度(在给定的体积内可以存储更多的能量)。例如，与抽水式水力发电厂中储存在500米高度的1kg水相比，从1kg 100°C储存的水中可以回收十倍的电。这意味着对于给定的能量存储量，需要的空间较小，因此工厂的环境足迹较小。

 
抽水蓄热的组件通常可持续数十年。另一方面，电池会随着时间而退化，并且需要每隔几年更换一次-大多数电动汽车电池通常只能保证使用五到八年。
但是，尽管有很多因素使抽水蓄能电站非常适合大规模存储可再生能源，但它确实有其缺点。可能的最大缺点是效率相对较低-意味着在放电过程中返回的电量与在充电过程中投入的电量相比。大多数抽水蓄热系统的目标是50-70%的效率，相比之下，锂离子电池为80-90%，抽水蓄能的效率为70-85%。
但是可以说最重要的是成本：成本越低，社会可以朝着低碳未来迈进的越快。 抽水蓄电有望与其他蓄热技术竞争，尽管在该技术成熟并完全商业化之前尚无法确定。 就目前而言，已有多个组织拥有可运行的真实原型。 我们越早测试并开始部署抽水式蓄电，我们就可以越早使用它来帮助过渡到低碳能源系统。