中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)型，儲(chǔ)能技術(shù)是解決風(fēng)電、光伏等能源波動(dòng)性和碎片化的關(guān)鍵。
目前比較常見的儲(chǔ)能方式包括化學(xué)儲(chǔ)能，如鋰離子電池、鉛酸電池等；機(jī)械儲(chǔ)能，如飛輪、壓縮空氣、重力等儲(chǔ)能裝備，抽水蓄能其實(shí)也是機(jī)械儲(chǔ)能的一種；熱儲(chǔ)能，如熱水儲(chǔ)能、蓄熱式壁爐或熱泵儲(chǔ)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(chǔ)能方式，把地球變成電池，可以把能量廉價(jià)地儲(chǔ)存在地下，需要的時(shí)候隨時(shí)調(diào)用，效率最高可達(dá)200%。
這家公司叫Sage Geosystems，由石油巨頭殼牌（Shell）的科學(xué)家和高管于2020年創(chuàng)立，是一家專注于地?zé)岷烷L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的開發(fā)商。
其實(shí)技術(shù)比較簡(jiǎn)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(kuò)張巖石的裂縫來儲(chǔ)存能量，然后在需要時(shí)打開閥門，啟動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。
這種“地球電池”不僅能夠儲(chǔ)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(xiàng)技術(shù)的效率最低為70%，最高可達(dá)200%。
日前，Sage公司宣布，該公司已經(jīng)完成了一項(xiàng)高壓水儲(chǔ)能系統(tǒng)的商業(yè)化試驗(yàn)，并表示這個(gè)裝機(jī)容量2MW儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供18小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和抽水蓄能發(fā)電設(shè)施相比具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。
那么，這套地球電池究竟是怎么運(yùn)作的呢？
EarthStore?系統(tǒng)是如何運(yùn)作的？
Sage公司創(chuàng)新的核心是 EarthStore?系統(tǒng)，這是一種機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)，可利用地下深處儲(chǔ)存的流體壓力能，并通過地球地層的熱量增強(qiáng)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(xì)長(zhǎng)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(xiàng)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(dāng)需要回收能量時(shí)，只需打開閥門即可；裂縫周圍的地層壓力會(huì)將裂縫重新擠壓在一起，水流會(huì)被迫回到管道中，然后通過渦輪機(jī)發(fā)電。事實(shí)上，當(dāng)系統(tǒng)反向運(yùn)行時(shí)，當(dāng)初迫使水流下管道的電機(jī)和水泵就會(huì)變成渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，將能量重新輸出。
Sage公司在得克薩斯州的一口老油井測(cè)試的"EarthStore"系統(tǒng)，往返效率高達(dá) 70-75%，測(cè)得的流體損耗僅為 1-2%，而且沒有檢測(cè)到誘發(fā)地震活動(dòng)。
如果舊石油井比較深，能進(jìn)入地球深處，那么整個(gè)系統(tǒng)還有另一個(gè)好處：獲得額外熱量。作為電網(wǎng)或本地儲(chǔ)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?zé)崮芡ǔ２⒉粍澦?，但EarthStore儲(chǔ)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(dāng)水被釋放出來時(shí)，熱量不僅會(huì)增加水流回流的壓力，使渦輪機(jī)更強(qiáng)勁地運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還有機(jī)會(huì)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(huì)超過投入的能量。
比鋰電和抽水蓄能都有競(jìng)爭(zhēng)力
這套系統(tǒng)可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以多個(gè)并聯(lián)運(yùn)行。將多個(gè)彼此靠近的地球電池連在一起，變成一個(gè)多缸的熱/壓引擎。
這樣就可以從一個(gè)地下儲(chǔ)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(gè)井儲(chǔ)存起來，整個(gè)過程可以在這兩個(gè)氣缸之間來回運(yùn)行，連地面的儲(chǔ)液設(shè)施都可以省去了，節(jié)約更多的成本。
Sage公司預(yù)測(cè)，一個(gè)18-20“缸”的地球電池，就相當(dāng)于50兆瓦的可再生能源存儲(chǔ)電廠，有效輸出兩倍于輸入的能量，以 200% 的效率儲(chǔ)存能量。你可以把它看作是增強(qiáng)型能源存儲(chǔ)，也可以把它看作是使相對(duì)較淺的地?zé)崮茉丛诮?jīng)濟(jì)上更加可行的一種方法，但這是一個(gè)非常巧妙的想法。
圖說：帶有熱交換器的多缸系統(tǒng)有望實(shí)現(xiàn)以 200% 效率儲(chǔ)存能量
來源：Sage Geosystems
更重要的是，研究結(jié)果表明，基于LCOS(平準(zhǔn)化成本)， Sage的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以以低于鋰離子電池儲(chǔ)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(jìng)爭(zhēng)力，為提供輔助服務(wù)、黑啟動(dòng)服務(wù)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(jì)，根據(jù)持續(xù)時(shí)間的不同，該公司開發(fā)的這種儲(chǔ)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(bǔ)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(jìng)爭(zhēng)力的方式產(chǎn)生可靠的替代基本負(fù)荷。從遠(yuǎn)程采礦作業(yè)到數(shù)據(jù)中心，再到解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源貧困，我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)提供電力的機(jī)會(huì)是巨大的。我們可以與電網(wǎng)互聯(lián)，或者用經(jīng)過驗(yàn)證并準(zhǔn)備好規(guī)?；母鍧嵞茉唇鉀Q方案開發(fā)分布式微電網(wǎng)?！?
