如今,能源主要是通過電網(wǎng)直接輸送給用戶使用,或通過電池、抽水蓄能等形式存儲供將來使用。然而,由于消費者地理空間分布不同、用電需求的差異,傳統(tǒng)方式輸送可再生能源(如太陽能、風(fēng)能)十分困難。
為何需要存儲太陽能
答案很簡單,正如沃根博士(Dr. David Wogan)在《美國科學(xué)期刊》中所述“我們需要存儲太陽能,因為夜間沒有日照?!币虼?,研發(fā)儲能技術(shù)滿足可再生能源波動需求為形勢所趨。目前太陽能的利用面臨三個主要問題:
1.太陽能變化不可控:日照每時每刻變化影響瞬時輸出功率,因此無法控制太陽的輸出,同時也需要額外的能耗來調(diào)節(jié)瞬時供電,輔助系統(tǒng)(如頻率調(diào)節(jié)和電壓控制)。
2.部分不可預(yù)測:太陽能系統(tǒng)可用性受日照影響,日照不可控導(dǎo)致太陽能系統(tǒng)可用性不可預(yù)測。
3.地理依賴:太陽能與傳統(tǒng)能源(煤炭、天然氣、石油)不同,其地理依賴性強,不能被輸送至最優(yōu)的發(fā)電點。太陽能發(fā)電需要靠近太陽能收集地,但是這些地點往往遠(yuǎn)離消費地,因此需要革新太陽能傳送技術(shù)。
存儲太陽能可以解決或減輕上述問題。在日照強烈的時候存儲盈余的太陽能,在日照不足時輸出存儲的太陽能,以此來克服太陽能變化不可控和不可預(yù)測。儲存太陽能還能減少因電網(wǎng)容量不足造成的太陽能浪費,提高太陽能總體利用效率。
氫存儲與傳統(tǒng)儲能
氫存儲彌補傳統(tǒng)儲能的局限性:
1.氫存儲成本低于電池儲能,當(dāng)儲量增大和存儲時間增加時,氫存儲優(yōu)勢更加顯著。儲氫成本接近儲罐在其生命周期內(nèi)價值,而電池成本從一開始就持續(xù)增長。
2.氫存儲壽命長。儲氫壽命長達(dá)40年且性能衰減少,而電池性能在反復(fù)充放電中壽命不斷減小。
3.氫存儲不受地域條件限制,適用性廣,而抽水蓄能和壓縮空氣儲能受限于地理條件。
4.長管拖車和天然氣管道用于氫氣傳送,克服區(qū)域限制。
此外,太陽能電解制氫零溫室氣體排放,減緩氣候變暖。工業(yè)領(lǐng)域用其生產(chǎn)的“清潔的氫氣”作原料,取代傳統(tǒng)化石能源制氫。如今工業(yè)用制氫設(shè)備只能在恒定電壓下工作,因此,需要創(chuàng)新制氫設(shè)備(該設(shè)備可在交變電壓下工作),滿足日照間歇不穩(wěn)定的需求。目前,VERDE LLC已研發(fā)出2.5MW的制氫系統(tǒng),完美解決日照波動下電壓不穩(wěn)定的難題。
提高整體能源效率是氫存儲的目標(biāo),也是相關(guān)公司(如VERDE LLC )關(guān)注的方向。為了從技術(shù)和經(jīng)濟上提升效率,需要注意以下幾個方面:
1.根據(jù)太陽能板的實際情況重新設(shè)計變電器系統(tǒng)。
2.整合變電器、制氫設(shè)備、氫氣壓縮機、儲罐,提高整體效率。
3.設(shè)計自動控制系統(tǒng)。
氫存儲解決日照不穩(wěn)地和不可預(yù)測的問題。通過太陽能轉(zhuǎn)換成電能、太能轉(zhuǎn)換成氫能、氫能轉(zhuǎn)換回電能,可以實現(xiàn)穩(wěn)定的太陽能發(fā)電。美國能源部發(fā)布了一系列報告,揭示了一簡單卻珍貴的事實:利用太陽能等可再生能源生產(chǎn)的氫氣在未來的幾十年內(nèi)將主導(dǎo)許多行業(yè)的原料市場。氫存儲技術(shù)推動太陽能產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展,最終取得成功。