風(fēng)和太陽能,都是當(dāng)紅的可再生能源,不過遇到風(fēng)不吹、陽光不足,發(fā)電機就會“罷工”;另一個尷尬是,如果發(fā)電充足而一時卻用不掉,就得想法子將電能儲存起來。有人想到抽水儲能,在用電負(fù)荷低的時段利用多余電力驅(qū)動,將下池水庫的水抽到上池水庫,以便在能量需求高的時段下沖發(fā)電。這種將電能轉(zhuǎn)化成重力勢能儲存起來的形式,綜合效率在70%到85%之間,幫助電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷,應(yīng)對緊急事故。
瑞士的能源庫公司(EnergyVault)有了異曲同工的想法,他們推出了創(chuàng)新的電網(wǎng)級儲能系統(tǒng)——重力反饋電池,將勢能儲存在巨大的混凝土砌塊塔中,需要時將砌塊放下,發(fā)電釋放能量。
部署在風(fēng)力發(fā)電場的重力反饋電池塔
在現(xiàn)場,只見眾多混凝土塊壘成了摩天大樓般的塔?,F(xiàn)在是電力充裕的時段,也就是儲能階段,一架六臂起重機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,勢能被儲存在其中。
需要這個系統(tǒng)釋放能量時,讓起重機抓起適量的混凝土塊,放回地面(當(dāng)然也是指定位置),砌塊下降時的動能就會轉(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程中巨塔的變化)。奇妙的是,看起來大而笨重的起重機,可以在2.9秒內(nèi)讓系統(tǒng)發(fā)出電力。有專門的算法來校準(zhǔn)和控制儲能/放電循環(huán),系統(tǒng)的能量往返綜合效率可以高達(dá)約90%。
混凝土塔儲電的容量取決于系統(tǒng)的大小,最高可達(dá)到35兆瓦時,峰值功率4兆瓦。第一個能源庫系統(tǒng)將由塔塔電力公司于2019年在印度部署,規(guī)模就是35兆瓦時的。
該系統(tǒng)是模塊化的,便于部署多塔來提高容量。由于依靠砌塊堆疊,不像化學(xué)儲存系統(tǒng)那樣會降解,或“泄漏”能量。能源庫公司表示混凝土砌塊不會隨時間而退化,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較快磨損。
另一個反對理由是: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。它表示還會針對不同地區(qū)相應(yīng)改動,在復(fù)合材料中多選用當(dāng)?shù)乇敬幚淼膹U料。
儲存間歇性可再生能源(如風(fēng)能和太陽能)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,將電能儲存在液態(tài)電解質(zhì)中,建成后可為7.5萬個家庭供能。能源庫系統(tǒng)認(rèn)為自己系統(tǒng)的每千瓦時成本應(yīng)該能低于其他存儲系統(tǒng)。