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芬兰“沙电池”、德国“热水瓶”……看欧洲各国如何花式储能

2022-07-15    来源:科技日报
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[ 导读 ]:根据《巴黎协定》的目标,本世纪全球平均气温升幅必须控制在1.5摄氏度以内。随着气候变化、化石燃料价格迅速上涨,需要各国大力开发可再生能源。但风能、太阳能等可再生能源一般“靠天吃饭”,具有间歇性的特点,它们无法按需发电,所以在对它们加大投资力度的同时也要做好能源的存储。从传统的基于锂的“超大号”电池,到液流电池、硅相变电池、熔盐电池、铁空气电池、重力电池、二氧化碳膨胀电池等,为了储存能量各国尝试了各种办法。
芬兰“沙电池”、德国“热水瓶”……看欧洲各国如何花式储能
图为德国柏林一个储存热水的巨大“热水瓶”视觉中国供图

【新看点】

根据《巴黎协定》的目标,本世纪全球平均气温升幅必须控制在1.5摄氏度以内。随着气候变化、化石燃料价格迅速上涨,需要各国大力开发可再生能源。但风能、太阳能等可再生能源一般“靠天吃饭”,具有间歇性的特点,它们无法按需发电,所以在对它们加大投资力度的同时也要做好能源的存储。从传统的基于锂的“超大号”电池,到液流电池、硅相变电池、熔盐电池、铁空气电池、重力电池、二氧化碳膨胀电池等,为了储存能量各国尝试了各种办法。

近年来,国际局势的变化带来的欧洲天然气价格飙升,影响了欧洲的能源安全。为应对气候变化和能源危机,欧洲各国也提出了各种不同的储能方案。

芬兰:

启用“沙子电池”供热系统

芬兰初创公司“极夜能源”和能源公用事业公司Vatajankoski共同建造了世界上第一个可由太阳能和风能驱动的“沙子电池”——商用沙基高温储热系统。

沙子经久耐用,价格低廉,是一种非常有效的储存热量的介质,并且随着时间的推移,热量损失也很少。在“沙子电池”中,宽约4米、高约7米的钢制集装箱里有自动蓄热系统,装着约100吨沙子。

那么,“沙子电池”是如何工作的呢?每当太阳能和风能过剩时,“沙子电池”就会利用这些能量加热电阻使沙子温度达到500摄氏度。这会产生热空气,热空气通过热交换器在沙子中循环。

开发人员表示,他们的设备可让沙子在500—600摄氏度的温度下储存大量热量,并保持数月。这一储热系统最多可释放100千瓦的热电,储能容量为8兆瓦。它可在芬兰漫长的冬天提供能源,使住宅、办公室、工厂甚至当地的游泳池都保持温暖。

德国:

准备巨型供暖“热水瓶”

为了摆脱对外来能源的依赖,德国柏林准备了巨大的“热水瓶”,今年冬天帮助民众取暖。

这个巨大的“热水瓶”实际是一个热水塔,它储存的不是电力,而是热能。负责建造这座热水塔的瑞典大瀑布电力公司表示,这一热能储存设施高45米,可容纳5600万升的热水。其采用的巨大隔热水箱可让水保持长达13个小时的高温。

这个“热水瓶”能将可再生能源产生的多余热量转化为热能进行存储,并根据需要释放能量,从而缓解可再生能源供应波动的问题。

这座耗资5000万欧元的设施,热容量达200兆瓦,其储存的热能能不间断地让大量的水保持在接近沸腾的温度,这足以满足柏林夏季大部分的热水需求或冬季所需热水量10%左右的需求。

“这是一个巨大的‘热水瓶’,当我们不需要它的时候储存热量,在需要时释放热量。”大瀑布电力公司德国供热部门负责人坦贾·维尔戈斯表示,“热水瓶”可以利用并保存其他热源,例如从工业生产中的高温废水中提取并保存热能。

柏林最高气候官员贝蒂娜·贾拉施表示,由于地理位置的原因,柏林地区比德国其他地区更依赖外来的化石燃料。国际局势和能源危机使得他们需要加快建设这样的蓄热系统。

挪威:

建造混凝土基商用“热电池”

随着电动汽车电池和储能电池需求的增加,专家预计,到2030年,欧盟对锂的需求量将是2020年的18倍,钴的需求量将是5倍。到2050年,欧盟对锂的需求量将是2020年的60倍,钴的需求量将是15倍。但今天欧洲只在葡萄牙有一个锂矿。与此同时,钴供应高度集中在少数几个市场,刚果民主共和国拥有全球一半以上的钴储量,澳大利亚则拥有20%的钴储量。解决供应链问题是欧洲能源转型的关键。

挪威热储能技术厂商EnergyNest成立于2011年。其开发了一种“热电池”以支持工业过程中的脱碳,该“热电池”是一种基于混凝土的储热系统。“热电池”的产品名称为Heatcrete,主要通过采用特殊配方的混凝土来存储热量,该公司声称,这种混凝土材料的成本非常低,且可无害化回收。EnergyNest官网介绍,该材料可持续使用30年到50年而不会降解。

高温传热流体(HTF)可通过钢管注入“热电池”加热混凝土,然后随着“电池”放电,冷的HTF流入“电池”单元的底部,热量从顶部流出。

“热电池”采用模块化设计,安装在约6米长的模块化钢管中,系统既经济又紧凑,能量密度高,热量损失少,容量可从兆瓦时扩展到吉瓦时。

2016年,该储热系统在阿布扎比马斯达研究所的太阳能热发电平台上实现首次示范应用。2021年,EnergyNest获得基础设施股权投资商1.1亿欧元的投资。

目前,该公司正在意大利西西里岛建造第一个商业“热电池”。德国《商报》报道称,该公司的“热电池”对于该行业摆脱天然气以及整体脱碳或具有决定性意义。

来源:科技日报
 
关键词: 欧洲 储能 沙电池 热水瓶
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