沙子为储能介质 国外开发使用廉价材料来储存热能
发布日期：2018/11/13
俄亥俄州的研究人员正在测试将热能存储在填满沙子的筒仓中的储能潜力，例如德克萨斯州Rails的谷仓。测试项目将使用廉价材料来储存热能，并在需要时将其转换为电力。
俄亥俄州阿克伦市的研究人员采用沙子填充筒仓，希望在储能方面获得技术突破。
Echogen Power Systems公司成立于11年前，其原理是捕获热能，也是10个获得美国能源部资助数百万美元用于长期储能的接收者之一。
在美国中西部，一支来自密歇根州立大学的团队也在开发新型储能技术。俄亥俄州和密歇根州储能项目之间的共同主题：加热廉价材料以降低储能成本。
密歇根州立大学机械工程系主任James Klausner说，“为了使可再生能源大规模渗透到电网中，我们确实需要低成本和强大的储能形式。”
通过将热能储存在相对便宜的材料中，研究人员正在寻找一种低成本的长时储能技术来支持可再生能源的广泛部署。
Echogen公司获得300万美元的资助，MSU公司也获得了美国能源部高级研究计划署能源（ARPA-E）项目资助的200万美元。持续增加电力储能(DAYS)计划专注于储能大约10到100个小时，储能项目也必须展示其实现商业化的途径。
Echogen公司的储能项目将热能转化为电能，并以沙子为储能介质。该过程涉及使用二氧化碳热泵循环通过加热储能器将电能转换成热能，储能器根据需要转换回电力。该产品面向装机容量50-100兆瓦的大型储能项目。
“使用这些低成本的储能介质，我们可以无限期地持续增加兆瓦时的容量。”Echogen公司首席技术官Tim Held说。他补充说，其储能时间可能超过100小时。
他表示，在材料中储存能量的概念可以追溯到几百年前。“我们可以在相当适中的温度下使用能够以极低成本存储热能的材料来实现这一目标。”Held说。
MSU公司的热化学概念使用镁锰氧化物作为存储介质。可再生能源产生的电流通过加热元件加热氧化物。最终，压缩空气与金属氧化物反应并通过涡轮机膨胀。Klausner表示，研究团队的目标是大约10个小时的储能时间，可以在几十秒到几分钟内通过模块化单元发送。
“我们正在实现的价值主张是，与其他形式的储能方式相比，其成本更低。我们认为其价格可低至每千瓦时不到5美分。”Klausner说。
他补充说，虽然这个过程不如电池储能系统那么高效，但使用的材料成本更低。“我们牺牲了成本效率。”Klausner说。
Held说，“美国联邦资金允许Echogen公司采取新概念并将其转化为更详细的模型。在这个计划结束时，我们将获得有关这些设备的成本和规模的更多信息。”
储能技术比较
从抽水蓄能发电厂到锂离子电池储能系统，热储能是正在使用和研究的各种储能技术之一。
热储能技术的原材料成本比电池储能系统成本更低，并且使用寿命更长，但便携性较差。与此同时，建设抽水蓄能项目可能耗资数十亿美元，并作为大型集中发电厂。抽水蓄能也会受到地理位置和水的限制。
Klausner说：“实际上抽水蓄能的应用肯定不能满足美国的广泛储能需求。我们的长期目标是以更低的成本实现更具弹性的储能项目。”
Held表示，“Echogen公司的概念与抽水蓄能非常相似。虽然电池储能系统适合分布式发电模型，但其成本相对于容量而言是昂贵的，储能持续时间更短，并且材料更快地降解。但这些材料需要更换，这是其必要的成本。因此这些储能技术的经济性和可行性的比较正在进行。”
Klausner和Held都认为采用可再生能源的储能是能源的一个有利补充。“没有储能能力是可再生能源大量渗透到市场的主要障碍。”他说。
他表示，关于如何将储能系统作为电网资源，以及如何在风能和太阳能间歇性产生时将其分配，还有许多问题存在。“我认为加利福尼亚州在管理可再生能源渗透方面得到更多的推广，采用了许多可再生能源和储能项目。”Held说。
但首先，由美国联邦政府资助的新技术将需要商业化的途径。Held表示，公用事业公司仍难以确定五到十年内需要什么样的储能产品，特别是当电力公司管理现有发电资产时。“为了了解市场，企业需要预留大量资金。”Klausner说。
MSU公司团队与生产小型涡轮发电机的Dresser-Rand公司合作。“将我们的储能系统与涡轮发电机配套使用。”Klausner说。
Klausner估计，在这个示范储能设施准备就绪之前可能还需要两年半的时间。从试点使用到全面应用可能需要一年时间。
“如果企业具有其他厂商没有的储能产品，可以立即进入市场。”他说，这指的是即将到来的储能需求，因为设定的可再生能源目标是到2040年达到50％。
“相信更加强大的储能技术将在未来10年的时间内不断推出，这些技术和市场竞争就要开始了。”他表示。
来源：中国储能网 作者：中国储能网新闻中心
