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捕获风能——有效利用新能源

作者:Charles J.Murray2009.04.02阅读 5026

  有时候CONTROL ENGINEERING China版权所有,没有风吹过。有时候CONTROL ENGINEERING China版权所有,没有太阳照耀。那些了解国家能源需求的工程师们说:“风能和太阳能在没有后备能源的时候将无法成为主力能量供给源。”

风能发电


  这也是为什么各行各业的专家们——电池制造商,动力工程师甚至是汽车制造商们所找寻的存储能源的方法。他们希望在风能和太阳能为国家电网提供的巨大贡献力上铺平道路。他们指出所需要的条件就是——一个宏伟的梦想。“如果将成千上万个电池绑在一起,并且提供充足的冷却条件,就可以存储从风和太阳能当中提取的能量。”汽车研发中心总监David Cole 说道。该中心致力于概念汽车的研究开发。“你可以在能源需求高峰时获得并使用这个能源。”
  事实上CONTROL ENGINEERING China版权所有,这样的设想有各种各样,不胜枚举。有些人设想有一天,正如Cole 预见的那样,使用一连串电池存储千兆能量。另外一部分人则设想使用大体积电池组——每个有接近1000 立方英尺;为千家万户提供电流。但还有一部分人仍然倾向于“液体电池”以及超导磁带存储环。不可否认的,那些方案都只是一个草图而已。但是,了解情况的工程师们说现有的技术已经成熟,无须等到明天。
  “无法存储能量这个问题已得到解决,因为只有少部分(大约2%)的

能量是从风和太阳能当中获取的。”Argonne 国家实验室材料科学组高级科学家、名誉会员George Crabtree 说道。“但如果你计划从中获取30% 至40% 的能量是不现实的。风能和太阳能都需要有备份能源。”
  平衡需求
  确实,大多数专家相信风能和太阳能的设想比例在某些地方为10%。从这一点来看,风能和太阳能对电网的贡献具有越来越重要的意义,已成为不可或缺的部分。因此,它们需要进行能源需求的“平衡”。

能源需求列表

铅蓄电池

  该需求的原因非常简单但又常常不能满足要求。风涡轮机产生能量在并且只在风吹动的时候;太阳能电池只在有太阳光照耀的时候才会产生能量。像其他的能源——如煤炭、核能以及水能一样——风和太阳能制造的电流能量被立刻消耗掉。除了极少数情况之外,能源设备没有办法存储供稍后使用的电流。这就是之所以“平衡能源”变得非常重要。如果不能实现这个目标,在那些依靠风力发电区域内的能源设备用户,例如西部得克萨斯州,就会在无风的天气里面临断电的可能,还有可能他们会遇见“制造的能源过多”的相反情况——正如最近在纽约州发生的那样www.cechina.cn,风力涡轮机在“电网能源过度堵塞”时被关闭。
  “当我们将较多的‘间断性制造’的风能和太阳能融入我们的电网系统时,在能源制造的间断期,需要有平衡能源来填补空缺。”电子能源研究所(EPRI)能源传输和利用副总裁Aarshed Mansoor 说道。他说当下最常见的平衡能源是气体涡轮机和煤炭厂。换句话来说,能源设备必须使用会释放二氧化碳的能源来平衡大量风能和太阳能的空缺,而避免对环境产生危害正是使用新型能源的初衷。
  尽管如此,专家们还是声明如果没有能量储存的方法,他们也没有其它选择。“如果无法储存这些能量供以后使用控制工程网版权所有,那么就没有一点好处。”美国麻省理工MIT 材料科学学院唯一获得John F. Elliott professor头衔的教授Donald Sadoway说道。“请给我举出那些能够带领公司制造可依赖能源的人的名单。”大多数专家都相信,在对能源没有紧急存储需要的今天,美国政府可以非常容易地添加风力发电厂,在很大程度上是因为风能和太阳能在美国总体能源网中只占有大约2% 的比例。但是在2008 年的总统候选人发言中提到,在全球变暖的危机中,风能和太阳能将会起到很大作用,因对这两种能源的存储将会变得尤其重要。
  “风能的支持者说,能量需储存说是一无是处的,因为丹麦的风能占全国能耗的20%,而且他们也没有采用能源存储技术。”VRB 能源系统公司CEO Tim Hennessy 说道,“但是丹麦有一个巨大的电池供给源,那就是德国。”
  电池的出现
  事实上CONTROL ENGINEERING China版权所有,解决的办法还是存在的。在非高峰用电时间,电能被用来抽取山脚的水——被称作泵压式水利发电的办法已经有几十年的历史了。从理论上说,泵压式水利发电是可行的,因为它允许设备引入泵压水潜在的能量来转动发电机,在高峰时间制造电流。而它的问题在于,泵压式水利发电对地点的要求很高。似乎没有人愿意自家的后院中有成兆立方英尺的水。类似地,公共事业机构在地下的洞穴里安放了压缩空气能量存储器(CAES)。采用由风和太阳能发电设备制造的能源,机构称他们能够用泵抽取压力为800 到1000psi 的空气到地下洞穴CONTROL ENGINEERING China版权所有,然后用这些压缩空气转动发电机。再次收集了原本由风和太阳能制造的能量。
  “在接下来的5 ~ 8 年,泵压式水利发电以及CAES 仍然是最好的”,动力工程师说道。但是从长远角度来看,尤其是越来越多的风力发电厂的出现,很多人相信电池会发挥越来越大的作用。汽车研究中心Cole 指出,汽车制造商在和动力部门沟通引进插

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