國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 的研究人員正處于原型測(cè)試新的儲(chǔ)熱技術(shù)的最終階段——使用廉價(jià)的硅砂作為存儲(chǔ)介質(zhì)的低成本儲(chǔ)熱和高效電力循環(huán) (ENDURING) 的經(jīng)濟(jì)型長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
ENDURING 利用剩余的太陽能發(fā)電或風(fēng)電來加熱蓄熱材料，在這種情況下，硅砂通過一系列電阻加熱元件將它們加熱到1200°C。然后通過重力將其送入隔熱混凝土貯倉以進(jìn)行熱能儲(chǔ)存?；€系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于存儲(chǔ)高達(dá)26 GWh 的熱能。通過對(duì)模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)微更改，可以相對(duì)輕松地增加或減少存儲(chǔ)容量。
當(dāng)需要能量時(shí)，加熱的硅砂通過熱交換器重力供給，加熱和加壓內(nèi)部的工作氣體，以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)械和旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)從而為電網(wǎng)發(fā)電。該系統(tǒng)在高電力需求期間以及太陽能或風(fēng)能等有限的間歇性電源不可用時(shí)放電。
一旦放電后，用過的冷沙再次送入隔熱貯倉進(jìn)行儲(chǔ)存，直到存儲(chǔ)條件復(fù)原。
NREL 報(bào)告指出，硅砂是一種豐富、穩(wěn)定且廉價(jià)的存儲(chǔ)介質(zhì)，每噸成本為 30-50 美元。與鋰離子電池相比，它的提取和退役對(duì)生態(tài)影響較小。硅砂熱能存儲(chǔ)是一種能量密度較低的存儲(chǔ)形式，且非常便宜，在 900°C 的充放電溫差下，每千瓦時(shí)儲(chǔ)熱只需 2-4 美元。
ENDURING 系統(tǒng)也可以使用廢棄燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施來構(gòu)建。
除了提供電網(wǎng)存儲(chǔ)和建筑熱量外，ENDURING 還為工業(yè)和化學(xué)過程提供穩(wěn)定的熱源，這些全部受制于與太陽能和風(fēng)能的間歇不穩(wěn)定性。
NREL 研究員Patrick Davenport 說：“具有耐火絕緣材料的沙子和混凝土貯倉是非常便宜的材料，可以實(shí)現(xiàn)低成本的儲(chǔ)能?！?“傳統(tǒng)的4小時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)不能很好地?cái)U(kuò)展到電網(wǎng)或城市規(guī)?！，F(xiàn)在我們需要大規(guī)模的儲(chǔ)能，因此這項(xiàng)技術(shù)很有意義。”
通用電氣、Allied Mineral Products、Worley、普杜大學(xué)、Babcock & Wilcox 和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院是為 ENDURING 項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)的一些相關(guān)行業(yè)和學(xué)術(shù)研究合作伙伴。
NREL 的研究人員最近獲得了美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)高級(jí)能源系統(tǒng)分部和太陽能分部 2021 年一等獎(jiǎng)最佳論文獎(jiǎng)和多個(gè)美國能源部技術(shù)資助獎(jiǎng)。
ENDURING 項(xiàng)目的首席研究員Zhiwen Ma相信，如果原型任務(wù)在今年秋季成功，ENDURING 技術(shù)將為支持未來無碳能源供應(yīng)的可再生能源整合提供巨大潛力。
NREL 和清潔能源技術(shù)公司 Babcock & Wilcox 簽訂了獨(dú)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)選擇協(xié)議，許可 ENDURING 硅砂儲(chǔ)熱技術(shù)。ENDURING 原型加熱器和熱交換器目前正在高溫條件下進(jìn)行測(cè)試。
NREL 分析師發(fā)現(xiàn)，到 2050 年，美國電力系統(tǒng)公用事業(yè)規(guī)模的日間儲(chǔ)能（最多 12 小時(shí)）市場(chǎng)潛力巨大，預(yù)計(jì)美國電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能容量將增長超過 125 GW。NREL 研究人員還發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)能可以提供一系列電網(wǎng)服務(wù)，并有可能在印度具有成本效益的電力部門發(fā)展中發(fā)揮重要作用。他們預(yù)測(cè)，由于預(yù)計(jì) 2030 年成本下降，儲(chǔ)能將變得與其他技術(shù)相比具有成本競爭力。
