把能量放進消波塊裡存起來如何?

瑞士新創公司最近想出一種替代抽水蓄能的可行方案:利用混凝土塊和起重機取代水和水壩。

 

編譯|Mumu Dylan

 

  多虧現代化的電網讓我們隨時都能用電,但是電網只有在發電量與耗電量相等時才能運作,也就是說電網不可能一直維持平衡。因此,當耗電量減少或提升時,電力公司透過儲存多餘電力靈活調度供電。

 

  全世界約96%的儲能容量來自一種技術:抽水蓄能。每當發電量超過需求時,多餘的電力會啟動電動抽水泵,將水輸送至地勢較高的蓄水庫;當需求超過發電量時,蓄水庫則將水閘放開,藉由重力讓水流向原本的電動抽水泵,利用水的位能帶動渦輪機產生電力。

 

  但麻煩的是,抽水蓄能需要建造在特定的地理位置,以獲得水源和不同海拔高度的蓄水庫,這也是為什麼全世界建造的四分之三抽水蓄能電站集中在十個國家。如果人類想繼續增加太陽能和風能發電,減少對化石燃料的依賴,就必須找出更多有效且便利的能源儲存方式。

 

抽水蓄能電站。

 

  瑞士新創公司「Energy Vault」最近想出一種替代抽水蓄能的可行方案:利用混凝土塊和起重機取代水和水壩。他們花了約九個月時間,耗資不到兩百萬美元打造了一座小型示範蓄電站(大約是商轉規模的十分之一),這種低技術、低成本的創新技術或許能夠解決一部分的能源儲存問題。

 

  這個系統的科學原理很簡單。當舉起物體抵抗重力時,會把能量儲存在裡面。將我們把它放下後,就能重新取得能量。由於混凝土的密度比水大得多,所以舉起一塊混凝土所需——而且可儲存——的能量,比相同大小的水箱還要多更多。

 

  美國企業家比爾‧格羅斯(Bill Gross)和瑞士發明家安德利亞‧佩德雷蒂(Andrea Pedretti)合作開發了這個系統,它的運作方式是這樣:將120公尺高的六臂起重機置放在中間。在放電狀態下,每個重35公噸的混凝土塊整齊地堆放在起重機周圍。當有多餘的太陽能或風能輸送進來,電腦演算法會連結到安裝在起重機臂架上的攝影機,引導一個或多個起重機臂架找到混凝土塊位置。

 

  當起重機臂架定位並勾住混凝土塊時,電動機就會啟動,藉由電網多餘的電力提供動力將混凝土塊從地面舉起。雖然風可能會讓混凝土塊像鐘擺一樣晃動,但經由程式編寫讓起重機臂架得以抵抗晃動。因此,它可以平穩地舉起混凝土塊,然後把它放在另一堆離地更高的混凝土塊之上。當起重機在周圍堆疊出混凝土塊蓄電塔,即代表系統已經「蓄滿電」。蓄電塔可儲存的總能量約為20兆瓦時(MWh),能供2000個瑞士家庭使用一整天。若電網電量不足時,電動機會重新啟動,只是此時的電動機不是靠電力啟動,而是透過重力以位能帶動發電。

 

「Energy Vault」混凝土塊蓄電塔的模擬圖。

 

  Energy Vault的創新不在硬體方面,由於起重機和電動機已經發明數十年,因此他們的主要工作是研究如何設計軟體,使其精準的自動化操作(如舉起或放下混凝土塊),並解決混凝土塊在升降過程中抵抗鐘擺晃動的問題。由於他們使用的設備都是現成的商用硬體,成本也相對低廉。出乎意料的是,混凝土塊可能是整個蓄電塔中最昂貴的部分。雖然混凝土比鋰電池便宜許多,但是這個系統需要大量混凝土才能製造出數百個35公噸重的混凝土塊。

 

  為了解決這個問題,佩德雷蒂開發出一種機器能把城市清除的沙礫或建築垃圾與水泥混合,進而製造低成本的混凝土塊。與建築施工使用的混凝土相比,這種方式所需的水泥用量只有原本的六分之一。

 

  Energy Vault預計在2019年初建造第一個商轉蓄電站,無論他們未來是否成功都證明一點:當我們在尋找更高科技的電池創新技術的同時,也能思考如何運用低技術解決21世紀的問題。Energy Vault僅用九個月的時間建造出示範蓄電站,而且花費相對便宜,顯示出能源儲存問題的答案或許就隱藏在現有技術之中。

 

 

 

 參考報導:Quartz

 

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