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來源：AVNET 作者：Cameron Coward 我們需要找到一種儲(chǔ)存可再生能源的方法，因?yàn)樵谖磥砦覀儗⒁蕾囁＜词共豢紤]環(huán)境問題，化石燃料的資源也是有限的。雖然核電仍然實(shí)用可行，但可再生能源應(yīng)該會(huì)占世界絕大部分的供應(yīng)。 但是許多可再生資源，包括太陽能和風(fēng)能，都有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：無法依需求生產(chǎn)能源。太陽能場只有在陽光普照時(shí)才能收獲能源。風(fēng)車只有在陣風(fēng)足夠強(qiáng)大時(shí)才能發(fā)電–風(fēng)速大約要每小時(shí)6.7英里或更快。 為了在人們需要時(shí)提供電力，我們必須儲(chǔ)存可再生資源產(chǎn)生的能源。一個(gè)太陽能場一天可產(chǎn)生200MWh的電力，但僅限在晴天。為了滿足一天中其他剩余時(shí)間以及夜晚的電力需求，一半以上的電力需要儲(chǔ)存至少幾個(gè)小時(shí)。 儲(chǔ)存可再生能源的最佳方法是一個(gè)具有爭議的議題。 本文將會(huì)探討這些選項(xiàng)。 電池儲(chǔ)能 各種類型的電池可以高效（充電/放電周期為80-90%）和壓縮的方式存儲(chǔ)能量，但這是電池存儲(chǔ)的唯一好處。從其他方面來看，電池對(duì)于具有規(guī)模的能量存儲(chǔ)來說都不是一個(gè)好的選擇。 從財(cái)務(wù)觀點(diǎn)來看，電池最明顯的問題就是費(fèi)用。一個(gè)夠大的電池?cái)?shù)組，可以存儲(chǔ)來自太陽能或風(fēng)電場的能量，其成本可能高于太陽能電池板或風(fēng)車本身。而這不是一次性成本，因?yàn)殡姵氐氖褂脡勖芏�，最終需要經(jīng)常更換。 而從環(huán)境觀點(diǎn)來看，這個(gè)選擇更糟。大多數(shù)現(xiàn)代的電池都需要重金屬和其他有毒物質(zhì)。鎘和鋰等元素不僅資源有限，就像化石燃料一樣，而且在采礦過程中和使用后，也對(duì)環(huán)境構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。 電池很難實(shí)用于這種大規(guī)模的能量存儲(chǔ)中，但有其他替代方法。電池可以儲(chǔ)存化學(xué)能源，而這只是能量的一種形式。其他形式的能量，如動(dòng)能和熱能，可以其他更容易、更便宜地方法來大量儲(chǔ)存。 抽蓄式水力儲(chǔ)能 一種儲(chǔ)存動(dòng)能的方法是抽蓄式水力儲(chǔ)能系統(tǒng)，幾乎與現(xiàn)代水電大壩相同。但不是利用河流中的自然水流，而是依據(jù)需要移動(dòng)水來儲(chǔ)存能量。 為了了解這是如何運(yùn)作的，請(qǐng)想象兩個(gè)湖泊。 一個(gè)湖的海拔比另一個(gè)湖高。當(dāng)太陽能或風(fēng)電場輸出的能量超過其服務(wù)區(qū)域所需的能量時(shí)，多余的能量為泵提供動(dòng)力，將水從底部湖輸送到頂部湖。然后，當(dāng)電場無法滿足當(dāng)前用電需求時(shí)，水會(huì)透過傳統(tǒng)的水力發(fā)電機(jī)從頂部湖流回底部湖。 水力儲(chǔ)能系統(tǒng) 
上圖顯示了田納西州的抽水蓄能系統(tǒng)。 （來源：維基百科） 這個(gè)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。它可以提供超過 80% 的效率,、具有成本效益、使用久經(jīng)考驗(yàn)的機(jī)器，并且在初始建設(shè)后對(duì)環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)很小。抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)還能夠以勢能的形式存儲(chǔ)大量電力，并且是以安全的方式存儲(chǔ)。 雖然缺點(diǎn)并不多，但確實(shí)存在的缺點(diǎn)有時(shí)會(huì)難以克服。抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)需要大量的水，而許多地區(qū)都缺乏。雖然可同時(shí)將水用于其他應(yīng)用，例如典型的市政用途，但某些地區(qū)是沒有足夠的水來儲(chǔ)存所需的能量。 另外，為了使系統(tǒng)運(yùn)作，一個(gè)蓄水池需要比另一個(gè)蓄水池更高。若在平坦地區(qū)，這將需要建造高大的水塔或是挖掘更深的蓄水池。這種建造的成本雖然仍會(huì)低于電池?cái)?shù)組的成本，但并非一筆小金額。 最后，寒冷的天氣也是一個(gè)問題。蓄水池本身不會(huì)結(jié)冰–即使在最寒冷的居住地區(qū)，結(jié)冰的厚度也很少超過兩英尺。但是，正如現(xiàn)代水電大壩中會(huì)發(fā)生的情況，冰流會(huì)給水力發(fā)電機(jī)械帶來成本高昂的問題。 機(jī)械儲(chǔ)能 在物理機(jī)制中存儲(chǔ)勢能是可能的，最簡單的例子是彈簧。當(dāng)你拉伸或壓縮彈簧時(shí)，會(huì)將一些消耗的能量存儲(chǔ)為勢能/動(dòng)能，以供以后使用。 但是我們沒有必要建造一系列巨大的彈簧來儲(chǔ)存能量，因?yàn)橥瑯拥母拍钸m用于許多其他機(jī)制。 例如，你用滑輪把一袋沙吊離地面，然后系上繩子，就是儲(chǔ)存了重力對(duì)沙袋的勢能。 一種大規(guī)模應(yīng)用的方法看起來很像電纜車。當(dāng)有多余的電力輸出可用時(shí)，電動(dòng)馬達(dá)會(huì)絞動(dòng)電纜并將「推車」（一輛裝滿廉價(jià)、沉重材料的火車車廂，如沙子）上山。當(dāng)電力輸出不能滿足需求時(shí)，推車就會(huì)滑下山坡。當(dāng)它這樣做的時(shí)候，電纜就會(huì)帶動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)馬達(dá)就會(huì)像發(fā)電機(jī)一樣產(chǎn)生電力。 Energy Vault 提出的類似的「重力電池塔」系統(tǒng)，效率高達(dá)90%，使其與鋰離子電池和抽水蓄能系統(tǒng)相比是具有競爭力的，而且成本只是其中的一小部分。這具有低于 0.05 美元/kWh 的平準(zhǔn)化存儲(chǔ)成本 (LCOS)，而鋰離子電池和抽水蓄能分別為0.30美元/kWh 和0.17美元kWh。 重力電池塔r
這座 Energy Vault EV1 重力電池塔位于瑞士。 （來源：Energy Vault） 氣體壓縮儲(chǔ)能
本圖顯示了一個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。 （來源： 美國能源部） 一種相關(guān)但不同的方法是壓縮氣體。動(dòng)力泵將氣體壓縮到儲(chǔ)存罐中，其中的氣體可以是普通的空氣。而在許多提議的系統(tǒng)中，都是將天然洞穴當(dāng)作大型儲(chǔ)罐。當(dāng)需求量大時(shí)，儲(chǔ)罐釋放的氣體會(huì)使渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生電力。 若有天然洞穴可當(dāng)儲(chǔ)罐利用，則壓縮空氣儲(chǔ)能的成本非常低。低成本與高效率使氣體壓縮儲(chǔ)能成為這個(gè)列表中最實(shí)用的存儲(chǔ)方法之一。 熱儲(chǔ)能 蒸汽引擎推動(dòng)了工業(yè)革命，而其背后的物理學(xué)也可能徹底改變可再生能源存儲(chǔ)。有許多方法可以將熱轉(zhuǎn)換為有用的電力，從蒸汽引擎到依賴溫差的現(xiàn)代熱電發(fā)電機(jī)。 但要在這種情況下利用熱能，就必須長時(shí)間儲(chǔ)存熱。事實(shí)上，很難防止熱量因?yàn)閷?duì)流或傳導(dǎo)的消散。因此，大多數(shù)熱儲(chǔ)能技術(shù)效率不佳。 這些技術(shù)依賴于加熱材料并盡可能地讓材料絕緣。這種材料可以是便宜且隨處可見的礫石或沙子，它們可以有很好的保溫功能。雖然熱儲(chǔ)能的效率很差（據(jù)估計(jì)為60-65%），但由于價(jià)格實(shí)惠且可大規(guī)模擴(kuò)展，熱儲(chǔ)能在現(xiàn)實(shí)世界中具有很大的潛力。 在此列表中的方法中，熱存儲(chǔ)以很大的差距列為最便宜的。 儲(chǔ)氫 氫是一種化學(xué)能源資源，但它在存儲(chǔ)大量可再生能源方面比電池多了許多優(yōu)勢。電池成本高，對(duì)環(huán)境影響大；氫氣是一種簡單的氣體，可儲(chǔ)存在傳統(tǒng)儲(chǔ)罐，或于壓縮空氣儲(chǔ)存方法所使用的同類型天然洞穴中。 透過電解生產(chǎn)氫氣很容易。唯一需要的是H20（水）和電。利用太陽能或風(fēng)電場的電力，電解將H2O轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣。氧氣可以排放到大氣中或被收集用于其他目的。氫氣則成為可燃燃料，為發(fā)電機(jī)供電。
電解過程幾乎不會(huì)造成環(huán)境危害或浪費(fèi)。 （來源：維基百科） 當(dāng)氫氣燃燒時(shí)，它與氧氣結(jié)合再次形成水。這意味著對(duì)環(huán)境幾乎沒有危害，并且電解過程中使用的水不會(huì)被浪費(fèi)。 儲(chǔ)氫的效率甚至比熱儲(chǔ)能低為18-46%。而且即使是儲(chǔ)存在天然洞穴中，成本也相當(dāng)昂貴。氫的主要優(yōu)勢是，它是一種可燃燃料，表示它對(duì)今日已經(jīng)在使用的許多機(jī)器來說都是很實(shí)用的。 向前邁進(jìn) 這些儲(chǔ)能的方法顯示了可再生能源的主要挑戰(zhàn)–儲(chǔ)存，是可以克服的。隨著世界逐漸淘汰化石燃料，這些存儲(chǔ)技術(shù)將變得普遍，并成為電網(wǎng)的必要組成部分。 Energy storage comparison
本文介紹的儲(chǔ)能方法比較。 （來源：安富利） 雖然其中一些方法尚未得到大規(guī)模的證明，但它們都以當(dāng)今堅(jiān)實(shí)的科學(xué)以及容易取得的設(shè)備為基礎(chǔ)所產(chǎn)生。 然而，其中一種方法在今日已被廣泛使用。抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)在 19 世紀(jì)后期首次使用，根據(jù)美國能源效率和可再生能源辦公室的數(shù)據(jù)，如今已占「美國所有公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能的93%」。 其他方法可能尚未廣泛使用，但每種方法都有其用途，可在抽水儲(chǔ)能不實(shí)用的情況下，填補(bǔ)其不足。 |
