風力發(fā)電所產生的電能除了可以輸送給電網或者直接應用外,還可以儲存起來。氫氣可以用作儲存風能的媒介,這種儲能方式具有獨特的優(yōu)勢。
首先,電解水制氫過程中,隨著電流流過,會在電極兩側生成氧氣和氫氣。假設電解裝置的效率為100%,則生成1千克氫氣需要消耗39千瓦時的電。而在現實中,最好的電解裝置的效率大約為80%。使用效率為80%的電解裝置,生成1千克氫氣需要消耗50度電。生成的氫氣用管道輸送到儲氫裝置中。為了避免氫氣壓縮或冷卻液化的高成本,一個很好的選擇是將氫儲存于金屬氫化物懸浮液中。即采用很小的金屬微粒與合適的分散劑,可使鎂金屬微粒永久性保持懸浮狀態(tài)。在適當壓力和溫度下,使用氫化反應器,鎂的懸浮液將快速吸收氫氣,在反應器中生成的氫化鎂懸浮液,從而在環(huán)境條件下大量儲氫。氫化反應器在生成氫化鎂懸浮液的同時產生熱。這些熱能大約是氫氣熱值的30%,其中的大約10%或其三分之一可用來做有效功,例如用來發(fā)電。其余的熱能可以用來供暖或熱水。這樣,氫化反應過程的效率將達到110%-130%。
這些儲存氫的懸浮液具有多重選擇。
其一,氫氣可以在原地重新釋放,用于驅動燃氣渦輪機發(fā)電。風力發(fā)電廠主可以選擇實時或先于電力市場銷售,時間和價格都由電廠主自己決定。因為通常夜晚刮風的次數比白天多,而白天的用電量比晚上多,晚上電的批發(fā)價格一般是0.02美元每千瓦時或者更少。據《商業(yè)周刊》報道,2009年年初至今德克薩斯州的輸電網電的批發(fā)價格接近于零或低于當時價格的11%。所以在那個時侯,連接在電網上的風力發(fā)電設備實際上是在賠著錢向電網供電。為什么這么說呢?因為大型的煤電廠和核電廠不希望改變他們的發(fā)電量,這種發(fā)電量變化的循環(huán)會導致過發(fā)電設備早磨損和高成本。風力發(fā)電廠享受著美國聯(lián)邦稅務所0.022美元的稅收補貼。因此,只要電的價格沒有降到-0.022美元,風力發(fā)電廠仍可以盈利。
其二是使用氫懸浮液將風能儲存起來。風不可能一年四季不間斷的吹,而電網又不能僅僅依靠風力發(fā)電供應所有的電能。一般說來,風力發(fā)電廠輸出的電能只有15%可作為可靠能量。這意味著對于一個500兆瓦的風力發(fā)電廠,僅僅有75兆瓦被ISO視為可發(fā)電的能量。通常為保證風力發(fā)電輸出電能的穩(wěn)定性,需要附加一個天然氣電廠,這就在一定程度上影響了風力發(fā)電的零碳排放。以下是一個500兆瓦風力發(fā)電廠提供的150兆瓦發(fā)電量100%用氫儲存并驅動燃氣輪機發(fā)電的例子。在這個例子中,ISO認為風力發(fā)電占電網30%的電能。
圖中,灰褐色部分代表被氫儲存的電能,藍色部分被風力發(fā)電機傳送到輸電網,紅色部分來源于氫驅動燃氣發(fā)電機。橫坐標代表輸送到輸電網的電能中來源于風力發(fā)電機和燃氣發(fā)電機的電能所占比率。一年里大約45%的時間,這150兆瓦的電能來源于實時風能,并將多余風能儲存起來。大約40%的時間里,電能來源于風能和燃氣發(fā)電機協(xié)同供電。大約15%的時間,電能僅來源于燃氣發(fā)電機。綜上所述,采用氫存儲風能的優(yōu)勢主要有:
1.分送電力時可要求更高的價格。
2.網并聯(lián)可以采用較小的容量——而不用將其設計為適于風力發(fā)電廠最大供電量。
3.不需燃天然氣發(fā)電廠。
4.燃氫氣的發(fā)電機可以替代天然氣發(fā)電機。
5.風力發(fā)電機只要在有風的情況下就能全天發(fā)電。