中國儲能網(wǎng)訊：化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)型，儲能技術(shù)是解決風電、光伏等能源波動性和碎片化的關(guān)鍵。
目前比較常見的儲能方式包括化學儲能，如鋰離子電池、鉛酸電池等；機械儲能，如飛輪、壓縮空氣、重力等儲能裝備，抽水蓄能其實也是機械儲能的一種；熱儲能，如熱水儲能、蓄熱式壁爐或熱泵儲能等。
如今，一家位于美國休斯頓的公司，開創(chuàng)了一種新的儲能方式，把地球變成電池，可以把能量廉價地儲存在地下，需要的時候隨時調(diào)用，效率最高可達200%。
這家公司叫Sage Geosystems，由石油巨頭殼牌（Shell）的科學家和高管于2020年創(chuàng)立，是一家專注于地熱和長時儲能的開發(fā)商。
其實技術(shù)比較簡單，就是尋找廢棄的石油井，讓它變成隱藏在地下的能源寶庫。通過把水和泥漿注入井里，擴張巖石的裂縫來儲存能量，然后在需要時打開閥門，啟動渦輪機發(fā)電。
這種“地球電池”不僅能夠儲存多余的可再生能源，還可以利用地下的熱能，把水燒得熱氣騰騰，從而提高電力輸出。Sage公司聲稱，這項技術(shù)的效率最低為70%，最高可達200%。
日前，Sage公司宣布，該公司已經(jīng)完成了一項高壓水儲能系統(tǒng)的商業(yè)化試驗，并表示這個裝機容量2MW儲能系統(tǒng)可以提供18小時或更長時間的持續(xù)時間，與鋰離子電池儲能系統(tǒng)和抽水蓄能發(fā)電設施相比具有成本競爭力。
那么，這套地球電池究竟是怎么運作的呢？
EarthStore?系統(tǒng)是如何運作的？
Sage公司創(chuàng)新的核心是 EarthStore?系統(tǒng)，這是一種機械儲能技術(shù)，可利用地下深處儲存的流體壓力能，并通過地球地層的熱量增強效率。
具體操作是，在廢棄油井的地下深處，使用高密度鉆井泥漿，以高壓將細長的裂縫推開，然后再用高壓泵將水泵入，使裂縫保持"充氣"狀態(tài)。這項工作是利用白天收集的多余可再生能源完成的，然后關(guān)閉閥門將水鎖住。
圖說：EarthStore系統(tǒng)工作示意圖
來源：Sage Geosystems
當需要回收能量時，只需打開閥門即可；裂縫周圍的地層壓力會將裂縫重新擠壓在一起，水流會被迫回到管道中，然后通過渦輪機發(fā)電。事實上，當系統(tǒng)反向運行時，當初迫使水流下管道的電機和水泵就會變成渦輪機和發(fā)電機，將能量重新輸出。
Sage公司在得克薩斯州的一口老油井測試的"EarthStore"系統(tǒng)，往返效率高達 70-75%，測得的流體損耗僅為 1-2%，而且沒有檢測到誘發(fā)地震活動。
如果舊石油井比較深，能進入地球深處，那么整個系統(tǒng)還有另一個好處：獲得額外熱量。作為電網(wǎng)或本地儲能系統(tǒng)，EarthStore 這樣的系統(tǒng)可以帶來足夠的利潤，一旦將獲得的額外熱量考慮在內(nèi)，它就開始變得極具吸引力。
井越深，溫度越高，一般技術(shù)采集這些地熱能通常并不劃算，但EarthStore儲能系統(tǒng)卻大大改變了這一數(shù)字。
EarthStore 系統(tǒng)將水與炙熱的巖石裝在一起，與地表有大量接觸，并將其鎖定在那里。因此，當水被釋放出來時，熱量不僅會增加水流回流的壓力，使渦輪機更強勁地運轉(zhuǎn)，而且還有機會通過熱交換器收集熱量，這樣你從"地球電池"中獲得的能量最終會超過投入的能量。
比鋰電和抽水蓄能都有競爭力
這套系統(tǒng)可以單獨運行，也可以多個并聯(lián)運行。將多個彼此靠近的地球電池連在一起，變成一個多缸的熱/壓引擎。
這樣就可以從一個地下儲存庫釋放熱水，用熱交換器冷卻產(chǎn)生電力后，再把它泵回另一個井儲存起來，整個過程可以在這兩個氣缸之間來回運行，連地面的儲液設施都可以省去了，節(jié)約更多的成本。
Sage公司預測，一個18-20“缸”的地球電池，就相當于50兆瓦的可再生能源存儲電廠，有效輸出兩倍于輸入的能量，以 200% 的效率儲存能量。你可以把它看作是增強型能源存儲，也可以把它看作是使相對較淺的地熱能源在經(jīng)濟上更加可行的一種方法，但這是一個非常巧妙的想法。
圖說：帶有熱交換器的多缸系統(tǒng)有望實現(xiàn)以 200% 效率儲存能量
來源：Sage Geosystems
更重要的是，研究結(jié)果表明，基于LCOS(平準化成本)， Sage的儲能系統(tǒng)可以以低于鋰離子電池儲能和傳統(tǒng)抽水蓄能的成本提供電力。與天然氣調(diào)峰電廠相比，它也具有競爭力，為提供輔助服務、黑啟動服務或在高峰需求期間重新分配減少的能源提供了更清潔的選擇。
Sage公司估計，根據(jù)持續(xù)時間的不同，該公司開發(fā)的這種儲能系統(tǒng)的平均成本在2美分/kWh到4美分/kWh之間，而抽水蓄能的成本為6美分/kWh到15美分/kWh，鋰離子電池的成本為25美分/kWh到30美分/kWh。
Sage Geosystems首席執(zhí)行官Cindy Taff表示：“我們已經(jīng)破解了為可再生能源提供完美補充的密碼，以一種與鋰離子電池和天然氣調(diào)峰電廠相比具有成本競爭力的方式產(chǎn)生可靠的替代基本負荷。從遠程采礦作業(yè)到數(shù)據(jù)中心，再到解決偏遠地區(qū)的能源貧困，我們的儲能系統(tǒng)提供電力的機會是巨大的。我們可以與電網(wǎng)互聯(lián)，或者用經(jīng)過驗證并準備好規(guī)模化的更清潔能源解決方案開發(fā)分布式微電網(wǎng)?！?
