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CSPPLAZA光熱發電網訊：據SolarPACES消息，目(mu)前美國麻省(sheng)理工學(xue)院（MIT）提出了一(yi)個非常大規模的(de)(de)長時間儲能（long duration energy storage，簡稱(cheng)LDES）設(she)想——建設(she)一(yi)個長1公(gong)里、寬60米(mi)(mi)、有蓋的(de)(de)中央儲能容(rong)器(qi)，內置20米(mi)(mi)深的(de)(de)巖石用于儲熱。如(ru)果把這些巖石首(shou)尾相連的(de)(de)話，大約有10個足(zu)球(qiu)場那么(me)大。

按(an)照設想，儲(chu)(chu)能(neng)系統作為共(gong)享儲(chu)(chu)能(neng)區，而光熱(re)電站則分(fen)布(bu)在其周圍(wei)，通過槽(cao)式或塔式光熱(re)發(fa)電系統的(de)(de)傳熱(re)介(jie)質(zhi)（導熱(re)油或熔鹽）來為中央儲(chu)(chu)能(neng)系統供(gong)能(neng)，儲(chu)(chu)能(neng)系統可(ke)以存(cun)儲(chu)(chu)20多個光熱(re)電站搜集的(de)(de)能(neng)量(liang)，以實現為電網提供(gong)數天的(de)(de)可(ke)調度電力。

這一概念(nian)由麻省(sheng)理工學院(yuan)核(he)(he)工程系的(de)(de)高級研(yan)究(jiu)(jiu)科學家查爾斯(si)·福斯(si)伯格（Charles Forsberg）和他的(de)(de)工程研(yan)究(jiu)(jiu)生(sheng)阿里(li)·阿爾杰弗里(li)（Ali Aljefri）提(ti)出，目前仍(reng)處于(yu)早期(qi)研(yan)究(jiu)(jiu)階段(duan)。Forsberg認為，該技(ji)術(shu)還具備(bei)使核(he)(he)電(dian)更加可調(diao)度以更好地適應(ying)(ying)完全(quan)可再生(sheng)電(dian)網(wang)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)潛力(li)。

在2020年度的(de)SolarPACES會議上(shang)，Forsberg介紹(shao)了(le)該設想的(de)總體思路（詳見如(ru)下視頻(pin)），并將(jiang)其與(yu)美國亞利(li)桑那州(zhou)裝機250MW的(de)Solana槽式光(guang)熱電站的(de)儲(chu)存容量進行了(le)比(bi)較，該發電廠的(de)儲(chu)存容量為6小時(shi)（容量為每天1500MWh）。

Charles Forsberg指出，Solana 1500MWh的(de)儲能(neng)容量(liang)(liang)與新(xin)設想提出的(de)100GWh的(de)容量(liang)(liang)將不是(shi)一(yi)個(ge)量(liang)(liang)級(ji)的(de)，這(zhe)一(yi)新(xin)思(si)路(lu)的(de)主要應用潛力將在核能(neng)利用以(yi)及大型光熱發(fa)(fa)電園區(qu)方面。比如，中國擁有豐富的(de)太陽能(neng)資(zi)源，但條件優越的(de)地區(qu)往往比較偏僻，需要很長的(de)直流(liu)輸電線(xian)路(lu)，而一(yi)條每天運行8-12小時(shi)的(de)直流(liu)輸電線(xian)路(lu)是(shi)非(fei)常昂貴的(de)，所以(yi)這(zhe)些地方有很大的(de)動力去考慮開發(fa)(fa)可(ke)全(quan)天候(hou)穩定輸出、且靈活可(ke)調的(de)太陽能(neng)發(fa)(fa)電系統(tong)。

LDES的更多潛在客戶

Forsberg指出，目前美國(guo)能源(yuan)部可再生能源(yuan)實驗室（如NREL和Sandia等）及其核部門(men)正在調研LDES技(ji)術，這將進一步增加LDES技(ji)術走(zou)向(xiang)商業化的可能性(xing)。

Forsberg表示：“對于該(gai)(gai)技術來(lai)(lai)說，熱源并非(fei)重點，關(guan)鍵(jian)是我(wo)們(men)必須找到一種可以(yi)廉價儲存能源的方法(fa)。而(er)該(gai)(gai)技術既(ji)可以(yi)用于核能，又可以(yi)跟太陽能結合(he)，這一點非(fei)常有利。該(gai)(gai)系統甚至(zhi)可以(yi)看作(zuo)是一個獨立(li)的“卡諾”電(dian)池，以(yi)熱儲存來(lai)(lai)自電(dian)網的電(dian)能。這意(yi)味著你有三個市場，所以(yi)你的商(shang)業化機會(hui)大幅上升。

開發和部署(shu)這些(xie)東(dong)西(xi)需要大(da)量實實在(zai)在(zai)的資金(jin)，而且像任何技術一樣，在(zai)走(zou)向商(shang)業化應(ying)用的道路上、擴大(da)規模時不能避免會(hui)出(chu)現各種問題，但如果經濟性足(zu)(zu)夠(gou)強，就會(hui)產生經濟驅動力(li)讓人(ren)們愿意(yi)花錢去(qu)解決這些(xie)缺陷(xian)。只要基本數據看(kan)起(qi)來足(zu)(zu)夠(gou)好，人(ren)們就愿意(yi)通過各種途徑去(qu)解決問題。”

目標：kWh成本為2-4美元

那么(me)，MIT全(quan)新(xin)的(de)LDES設想(xiang)能達(da)到什么(me)水平呢？

Aljefri強調，該(gai)設想(xiang)(xiang)目前(qian)還(huan)處(chu)于非(fei)常(chang)早(zao)期的階段(duan)，仍然是(shi)一個想(xiang)(xiang)法。第一階段(duan)MIT只是(shi)想(xiang)(xiang)證(zheng)明這個想(xiang)(xiang)法是(shi)可行的。這是(shi)一種新的大規模存儲，我們正試圖看看集中(zhong)存儲來自多個太陽能機組或(huo)核(he)電站(zhan)的熱量是(shi)否有(you)經濟意(yi)(yi)義。所(suo)以，首先我們做的只是(shi)一個數值(zhi)模型，只是(shi)為了證(zheng)明這個想(xiang)(xiang)法是(shi)有(you)意(yi)(yi)義的。

據悉，他(ta)們(men)的(de)目標是要比現在(zai)的(de)單一光(guang)熱電(dian)(dian)站的(de)儲熱成本(ben)低很(hen)多(duo)，預(yu)計每千瓦時從30美元(yuan)降到(dao)15美元(yuan)（目前蓄電(dian)(dian)池的(de)價格在(zai)每千瓦時幾(ji)百美元(yuan)左右）。Forsberg預(yu)計，全新LDES技術的(de)資本(ben)成本(ben)有望達到(dao)2到(dao)4美元(yuan)。

按照Forsberg的(de)(de)(de)算法(fa)，光(guang)熱電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)儲能資(zi)本成(cheng)(cheng)本是(shi)每千瓦(wa)時(shi)30、25、20美(mei)元不等，但這僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是(shi)一個(ge)光(guang)熱電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)一個(ge)儲能系(xi)統和(he)一個(ge)發(fa)(fa)電(dian)機組的(de)(de)(de)資(zi)本成(cheng)(cheng)本。但是(shi)，如果20個(ge)槽(cao)式(shi)集熱系(xi)統（采用(yong)槽(cao)式(shi)光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)技術）或定日鏡場（采用(yong)塔式(shi)式(shi)光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)技術）只有一個(ge)電(dian)源塊和(he)一個(ge)存(cun)儲系(xi)統，那就相當便宜了(le)。同時(shi)，這種思路可以(yi)減(jian)掉一半(ban)操作人員，因為操作一個(ge)50MW或者500MW的(de)(de)(de)蒸(zheng)汽裝置(zhi)，所(suo)需的(de)(de)(de)操作人員數量是(shi)差不多(duo)的(de)(de)(de)。

工作原理

按照設想，熱量(liang)將(jiang)被儲存在(zai)20米(mi)高(gao)、50米(mi)或更寬、長達一(yi)公里的碎石中(zhong)。而(er)在(zai)儲能容器支撐樁的上方(fang)是(shi)一(yi)個氣密的高(gao)度隔熱的建筑，整體結構類似于飛(fei)機吊架【可參(can)考下圖】。

系統需(xu)要“充電”時，來自光熱(re)(re)電站(zhan)的傳(chuan)熱(re)(re)流體會被噴射到(dao)巖(yan)(yan)石(shi)頂部(bu)并逐步(bu)將(jiang)熱(re)(re)量傳(chuan)輸(shu)至巖(yan)(yan)石(shi)底(di)部(bu)，冷卻(que)之后的傳(chuan)熱(re)(re)流體則(ze)被收集在底(di)部(bu)的“淺(qian)鍋”中，然后被送回光熱(re)(re)電站(zhan)進行再加(jia)熱(re)(re)。

系統往外(wai)“放電(dian)”時，冷(leng)的(de)傳熱(re)流體被(bei)(bei)噴灑在(zai)儲(chu)能容器(qi)頂部，以吸收(shou)(shou)巖石中的(de)熱(re)量，被(bei)(bei)加熱(re)的(de)高溫流體被(bei)(bei)收(shou)(shou)集在(zai)碎石下的(de)容器(qi)中，然后被(bei)(bei)輸送至(zhi)動力系統用(yong)于發電(dian)。

圖：工(gong)作原理（來自Forsberg MIT）

從上(shang)圖可(ke)以看到，系統(tong)的整(zheng)個(ge)(ge)運行過(guo)(guo)程將(jiang)在一(yi)段一(yi)段的子(zi)系統(tong)中循環進行，子(zi)系統(tong)在每一(yi)個(ge)(ge)加熱過(guo)(guo)程之后都會有(you)一(yi)個(ge)(ge)冷卻(que)回(hui)收熱量(liang)過(guo)(guo)程。因此，熱量(liang)可(ke)以連(lian)續地從每個(ge)(ge)子(zi)系統(tong)依次供應到電源塊，但整(zheng)個(ge)(ge)操作卻(que)是在一(yi)個(ge)(ge)單獨的容器中進行。

據(ju)悉(xi)，為了(le)將熔鹽或導熱油運輸(shu)1公里至儲(chu)能“深坑”，Forsberg引用了(le)石油行(xing)業(ye)在管道中運輸(shu)熱油方(fang)面的豐富經驗。

Aljefri指出，在想(xiang)法逐步形成的過程中，許多細(xi)節也可能(neng)(neng)(neng)會發(fa)(fa)生變化。例如，他(ta)認(ren)為還有(you)一種(zhong)思(si)路(lu)——即光(guang)(guang)熱電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站可能(neng)(neng)(neng)是一個完整的光(guang)(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)系統，有(you)自己的發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)單(dan)獨(du)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，而只是共(gong)用儲能(neng)(neng)(neng)區(qu)；另一種(zhong)思(si)路(lu)則是上邊提到的多個光(guang)(guang)熱電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站共(gong)用一個儲能(neng)(neng)(neng)區(qu)和發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)。

Aljefri表示(shi)：“不(bu)同(tong)(tong)的(de)地(di)區(qu)會(hui)有不(bu)同(tong)(tong)的(de)需求(qiu)。在阿聯酋(qiu)，我們所處的(de)氣(qi)候炎熱，夏季、冬季、夜間和白天的(de)經濟運(yun)行狀況將決(jue)定這里的(de)儲能(neng)用途。此外，如(ru)果有大量的(de)光伏發電接(jie)入地(di)區(qu)電網，那么電網系統(tong)對這種儲能(neng)系統(tong)的(de)需求(qiu)也會(hui)變得(de)不(bu)同(tong)(tong)，何時儲能(neng)、儲能(neng)的(de)來源都要(yao)綜合考慮經濟性來決(jue)定。總的(de)來說(shuo)，儲能(neng)系統(tong)的(de)具體設計(ji)要(yao)以確保(bao)電網更加高效(xiao)為目標(biao)。”

目前，Aljefri在麻省理工學院研(yan)究的(de)(de)是一個核(he)反應堆的(de)(de)儲(chu)熱裝(zhuang)置，該裝(zhuang)置白(bai)天用來(lai)儲(chu)能(neng)，天黑后則對外釋放(fang)。但(dan)正如Forsberg所指(zhi)出(chu)的(de)(de)，這種長時熱能(neng)儲(chu)存技(ji)術對核(he)能(neng)和(he)聚(ju)光(guang)太(tai)陽(yang)能(neng)發電均適用，甚(shen)至(zhi)可(ke)以用于儲(chu)存多余的(de)(de)太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)伏(fu)或風電。

附英文原文鏈接：//www.solarpaces.org/100-gwh-of-long-duration-energy-storage-from-mit/