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美國(guo)麻省(sheng)理(li)工(gong)學(xue)院的工(gong)程師們提出了一個概念性的設計方案(an)，用于儲存可再生能(neng)(neng)源(yuan)，如(ru)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)和風能(neng)(neng)，并根據需要將能(neng)(neng)源(yuan)送回電(dian)網。該新型(xing)設計不僅可以(yi)(yi)在太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)充足時(shi)為(wei)小城市供電(dian)，而(er)且可以(yi)(yi)實(shi)現晝夜供電(dian)。這項研(yan)究(jiu)設計被發表(biao)在《能(neng)(neng)源(yuan)和環境(jing)科學(xue)》雜志(zhi)上。

新系統成本是抽水蓄能電站一半

現在(zai)主流的儲(chu)能(neng)(neng)方式是(shi)鋰離子電池(chi)和(he)抽水蓄(xu)能(neng)(neng)電站。鋰離子電池(chi)已經被認為(wei)是(shi)一(yi)種可(ke)行但(dan)昂貴的儲(chu)存(cun)可(ke)再生能(neng)(neng)源的方法。抽水蓄(xu)能(neng)(neng)電站則是(shi)迄今為(wei)止(zhi)最(zui)便宜的電網規模(mo)蓄(xu)能(neng)(neng)方式。

麻省理工學院的(de)(de)研究者開發的(de)(de)新型儲能(neng)方式為：將太陽能(neng)或風能(neng)產生的(de)(de)多余(yu)電(dian)力(li)以(yi)熱能(neng)的(de)(de)形式儲存(cun)在白熱熔融硅容(rong)器中，然(ran)后在需(xu)要時(shi)將熱能(neng)轉換成電(dian)能(neng)。

研究人(ren)員估計，這種系統(tong)比鋰離子電池要便宜得多(duo)，成本大約是抽水蓄能電站的(de)一(yi)半。

“即使我們現在(zai)想(xiang)以純(chun)粹的可再生能源(yuan)為基礎來運行電網，我們也做不(bu)到(dao)。因為你需要用化石燃料渦輪(lun)機來彌補可再生能源(yuan)不(bu)能按需分配這一事實。”機械工程(cheng)系副教授阿森(sen)格·亨利表示。“我們正在(zai)開(kai)發一項新技術，如果成功，將解決能源(yuan)和氣(qi)候變化中最重要、最關鍵(jian)的問(wen)題(ti)，即能源(yuan)儲存問(wen)題(ti)。”

硅元素發揮關鍵作用

這個新的(de)儲(chu)能(neng)(neng)系統源(yuan)于一(yi)個項目(mu)，在該項目(mu)中(zhong)(zhong)，研究人員尋(xun)找提高集(ji)中(zhong)(zhong)式太陽(yang)能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)效率的(de)方式。與(yu)傳統太陽(yang)能(neng)(neng)發(fa)電(dian)廠使用(yong)太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池板將光(guang)轉換(huan)為電(dian)能(neng)(neng)不(bu)同，集(ji)中(zhong)(zhong)式太陽(yang)能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)需(xu)要大面積的(de)巨型反射(she)(she)鏡(jing)，這些反射(she)(she)鏡(jing)將陽(yang)光(guang)集(ji)中(zhong)(zhong)到中(zhong)(zhong)央塔上(shang)。在那里，光(guang)被轉化(hua)(hua)為熱，最終轉化(hua)(hua)為電(dian)能(neng)(neng)。

“技術之所以(yi)有趣，是因(yin)為一旦你進(jin)入了(le)這種以(yi)聚(ju)焦光來獲得能量的過程，相對于儲存電(dian)力，你儲存熱量將會便宜(yi)得多。”亨利說。

集中(zhong)式(shi)太陽能(neng)熱(re)(re)發(fa)電廠把太陽能(neng)儲存(cun)在裝滿熔融鹽的大罐子(zi)里，然(ran)后加熱(re)(re)到1000華氏度左右的高溫，當需要電時，熱(re)(re)鹽通(tong)過熱(re)(re)交換器把熱(re)(re)量(liang)傳(chuan)遞到蒸(zheng)汽中(zhong)，然(ran)后渦輪機把蒸(zheng)汽變成(cheng)電力。亨利說：“這種技術已經存(cun)在了一段時間(jian)，但人們一直認為其成(cheng)本不(bu)會低到足(zu)以與天然(ran)氣(qi)相競爭。

因此，如(ru)(ru)果找(zhao)到(dao)在更高(gao)溫(wen)度下(xia)操(cao)作的(de)(de)方法，就需要使(shi)用(yong)更有效(xiao)的(de)(de)熱(re)機并(bing)降低(di)成本。”然而，如(ru)(ru)果操(cao)作人員將鹽(yan)加(jia)熱(re)到(dao)極(ji)高(gao)溫(wen)度，那么鹽(yan)會腐蝕儲存(cun)其的(de)(de)不銹鋼罐。

亨利(li)的(de)(de)(de)研究(jiu)小組尋找到了一種除了鹽之外的(de)(de)(de)介質(zhi)，這種介質(zhi)可(ke)以在更高的(de)(de)(de)溫度(du)下儲存(cun)熱量。研究(jiu)人員最初試驗了液態金屬，并最終鎖(suo)定了硅——這種地殼中含(han)量最多的(de)(de)(de)元素，可(ke)以承(cheng)受超過(guo)4000華氏度(du)的(de)(de)(de)高溫。

2017年，研究小(xiao)組開發(fa)了一(yi)種可(ke)以承受(shou)高溫的泵，而(er)且(qie)可(ke)以通(tong)過可(ke)再(zai)生(sheng)儲(chu)(chu)存系統(tong)來(lai)輸送液(ye)態硅(gui)，這是吉尼斯世界紀錄中(zhong)提到的一(yi)項壯舉。自那次開發(fa)以來(lai)，該團隊一(yi)直在設(she)計一(yi)個(ge)儲(chu)(chu)能(neng)系統(tong)，可(ke)以集成這樣一(yi)種高溫泵。

3500~4300華氏度的循環之旅

現(xian)在(zai)，研(yan)究人員已經(jing)找到(dao)了一種新(xin)的可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源儲存系(xi)統的概念(nian)，將(jiang)其稱之為TEGS-MJP，與傳統凹(ao)面(mian)鏡或中央(yang)塔來集熱(re)的方式不同，他們(men)直接把可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源產生(sheng)的電力(li)（如太陽(yang)能(neng)(neng)和風能(neng)(neng)）轉化為熱(re)能(neng)(neng)——電流(liu)通過(guo)加熱(re)元件(jian)的過(guo)程。

該系(xi)統可以(yi)與(yu)現有(you)的(de)(de)(de)(de)可再生(sheng)能源系(xi)統配(pei)套(tao)，以(yi)捕獲白天(tian)多余的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)力，并將其儲(chu)存起來供日后使用。亨利說：“假(jia)設每(mei)個(ge)(ge)人(ren)下班回家，雖然太陽就要落(luo)山(shan)了(le)，但還是(shi)很熱，于是(shi)需要打(da)開空(kong)調。這時(shi)光伏(fu)發電(dian)(dian)將不會(hui)有(you)太多的(de)(de)(de)(de)輸出，這時(shi)儲(chu)存的(de)(de)(de)(de)能量就派(pai)上用場(chang)了(le)。”這個(ge)(ge)系(xi)統由(you)一個(ge)(ge)石(shi)墨制(zhi)成的(de)(de)(de)(de)、高(gao)大的(de)(de)(de)(de)、高(gao)度絕緣的(de)(de)(de)(de)、充(chong)滿液(ye)態硅的(de)(de)(de)(de)水箱組成，

水箱(xiang)(xiang)寬度(du)(du)為10米，最低溫度(du)(du)幾乎達到3500華(hua)氏度(du)(du)。暴露在加(jia)熱(re)元(yuan)件中的(de)(de)一排管(guan)子將這(zhe)個“冷水箱(xiang)(xiang)”連(lian)接到另一個“熱(re)水箱(xiang)(xiang)”。當城(cheng)市太陽能產生的(de)(de)電(dian)進(jin)入這(zhe)個系統時，這(zhe)些能量被轉換成加(jia)熱(re)元(yuan)件的(de)(de)熱(re)量。同時，液態(tai)硅(gui)被泵出冷罐(guan)，當通過暴露在加(jia)熱(re)元(yuan)件下的(de)(de)排管(guan)時，進(jin)一步加(jia)熱(re)然(ran)后進(jin)入熱(re)罐(guan)。在那(nei)里(li)，熱(re)能被儲(chu)存在大約4300華(hua)氏度(du)(du)的(de)(de)高溫下。

當需要電(dian)(dian)力時，熾(chi)熱的(de)液態(tai)硅(gui)被泵入罐子(zi)中，專門的(de)太陽能電(dian)(dian)池（多結光(guang)伏）將其能源轉(zhuan)換為(wei)電(dian)(dian)能輸(shu)送到電(dian)(dian)網中。冷卻下來的(de)硅(gui)可以被泵回冷水箱，直到下一輪(lun)存儲——從而有效地(di)充(chong)當一個大型的(de)可充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池。

亨(heng)利(li)說：“人們(men)開始稱我們(men)的(de)設(she)計(ji)為‘盒子(zi)里的(de)太陽(yang)’。這(zhe)是一(yi)個(ge)很形象的(de)說法，它基本上(shang)就是一(yi)個(ge)非常強烈(lie)的(de)光(guang)源(yuan)，把(ba)所有(you)的(de)光(guang)源(yuan)都(dou)裝(zhuang)在一(yi)個(ge)盒子(zi)里，這(zhe)個(ge)盒子(zi)可以收集(ji)熱量。”