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來(lái)源：AVNET 作者：Cameron Coward 我們需要找到一種儲存可再生能源的方法，因為在未來(lái)我們將依賴(lài)它。即使不考慮環(huán)境問(wèn)題，化石燃料的資源也是有限的。雖然核電仍然實(shí)用可行，但可再生能源應該會(huì )占世界絕大部分的供應。 但是許多可再生資源，包括太陽(yáng)能和風(fēng)能，都有一個(gè)嚴重的缺點(diǎn)：無(wú)法依需求生產(chǎn)能源。太陽(yáng)能場(chǎng)只有在陽(yáng)光普照時(shí)才能收獲能源。風(fēng)車(chē)只有在陣風(fēng)足夠強大時(shí)才能發(fā)電–風(fēng)速大約要每小時(shí)6.7英里或更快。 為了在人們需要時(shí)提供電力，我們必須儲存可再生資源產(chǎn)生的能源。一個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)一天可產(chǎn)生200MWh的電力，但僅限在晴天。為了滿(mǎn)足一天中其他剩余時(shí)間以及夜晚的電力需求，一半以上的電力需要儲存至少幾個(gè)小時(shí)。 儲存可再生能源的最佳方法是一個(gè)具有爭議的議題。 本文將會(huì )探討這些選項。 電池儲能 各種類(lèi)型的電池可以高效（充電/放電周期為80-90%）和壓縮的方式存儲能量，但這是電池存儲的唯一好處。從其他方面來(lái)看，電池對于具有規模的能量存儲來(lái)說(shuō)都不是一個(gè)好的選擇。 從財務(wù)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，電池最明顯的問(wèn)題就是費用。一個(gè)夠大的電池數組，可以存儲來(lái)自太陽(yáng)能或風(fēng)電場(chǎng)的能量，其成本可能高于太陽(yáng)能電池板或風(fēng)車(chē)本身。而這不是一次性成本，因為電池的使用壽命很短，最終需要經(jīng)常更換。 而從環(huán)境觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這個(gè)選擇更糟。大多數現代的電池都需要重金屬和其他有毒物質(zhì)。鎘和鋰等元素不僅資源有限，就像化石燃料一樣，而且在采礦過(guò)程中和使用后，也對環(huán)境構成重大風(fēng)險。 電池很難實(shí)用于這種大規模的能量存儲中，但有其他替代方法。電池可以?xún)Υ婊瘜W(xué)能源，而這只是能量的一種形式。其他形式的能量，如動(dòng)能和熱能，可以其他更容易、更便宜地方法來(lái)大量?jì)Υ妗?br /> 抽蓄式水力儲能 一種儲存動(dòng)能的方法是抽蓄式水力儲能系統，幾乎與現代水電大壩相同。但不是利用河流中的自然水流，而是依據需要移動(dòng)水來(lái)儲存能量。 為了了解這是如何運作的，請想象兩個(gè)湖泊。 一個(gè)湖的海拔比另一個(gè)湖高。當太陽(yáng)能或風(fēng)電場(chǎng)輸出的能量超過(guò)其服務(wù)區域所需的能量時(shí)，多余的能量為泵提供動(dòng)力，將水從底部湖輸送到頂部湖。然后，當電場(chǎng)無(wú)法滿(mǎn)足當前用電需求時(shí)，水會(huì )透過(guò)傳統的水力發(fā)電機從頂部湖流回底部湖。 水力儲能系統 
上圖顯示了田納西州的抽水蓄能系統。 （來(lái)源：維基百科） 這個(gè)系統有許多優(yōu)點(diǎn)。它可以提供超過(guò) 80% 的效率,、具有成本效益、使用久經(jīng)考驗的機器，并且在初始建設后對環(huán)境造成的風(fēng)險很小。抽水儲能系統還能夠以勢能的形式存儲大量電力，并且是以安全的方式存儲。 雖然缺點(diǎn)并不多，但確實(shí)存在的缺點(diǎn)有時(shí)會(huì )難以克服。抽水儲能系統需要大量的水，而許多地區都缺乏。雖然可同時(shí)將水用于其他應用，例如典型的市政用途，但某些地區是沒(méi)有足夠的水來(lái)儲存所需的能量。 另外，為了使系統運作，一個(gè)蓄水池需要比另一個(gè)蓄水池更高。若在平坦地區，這將需要建造高大的水塔或是挖掘更深的蓄水池。這種建造的成本雖然仍會(huì )低于電池數組的成本，但并非一筆小金額。 最后，寒冷的天氣也是一個(gè)問(wèn)題。蓄水池本身不會(huì )結冰–即使在最寒冷的居住地區，結冰的厚度也很少超過(guò)兩英尺。但是，正如現代水電大壩中會(huì )發(fā)生的情況，冰流會(huì )給水力發(fā)電機械帶來(lái)成本高昂的問(wèn)題。 機械儲能 在物理機制中存儲勢能是可能的，最簡(jiǎn)單的例子是彈簧。當你拉伸或壓縮彈簧時(shí)，會(huì )將一些消耗的能量存儲為勢能/動(dòng)能，以供以后使用。 但是我們沒(méi)有必要建造一系列巨大的彈簧來(lái)儲存能量，因為同樣的概念適用于許多其他機制。 例如，你用滑輪把一袋沙吊離地面，然后系上繩子，就是儲存了重力對沙袋的勢能。 一種大規模應用的方法看起來(lái)很像電纜車(chē)。當有多余的電力輸出可用時(shí)，電動(dòng)馬達會(huì )絞動(dòng)電纜并將「推車(chē)」（一輛裝滿(mǎn)廉價(jià)、沉重材料的火車(chē)車(chē)廂，如沙子）上山。當電力輸出不能滿(mǎn)足需求時(shí)，推車(chē)就會(huì )滑下山坡。當它這樣做的時(shí)候，電纜就會(huì )帶動(dòng)電動(dòng)馬達旋轉，電動(dòng)馬達就會(huì )像發(fā)電機一樣產(chǎn)生電力。 Energy Vault 提出的類(lèi)似的「重力電池塔」系統，效率高達90%，使其與鋰離子電池和抽水蓄能系統相比是具有競爭力的，而且成本只是其中的一小部分。這具有低于 0.05 美元/kWh 的平準化存儲成本 (LCOS)，而鋰離子電池和抽水蓄能分別為0.30美元/kWh 和0.17美元kWh。 重力電池塔r
這座 Energy Vault EV1 重力電池塔位于瑞士。 （來(lái)源：Energy Vault） 氣體壓縮儲能
本圖顯示了一個(gè)壓縮空氣儲能系統。 （來(lái)源： 美國能源部） 一種相關(guān)但不同的方法是壓縮氣體。動(dòng)力泵將氣體壓縮到儲存罐中，其中的氣體可以是普通的空氣。而在許多提議的系統中，都是將天然洞穴當作大型儲罐。當需求量大時(shí)，儲罐釋放的氣體會(huì )使渦輪機旋轉來(lái)產(chǎn)生電力。 若有天然洞穴可當儲罐利用，則壓縮空氣儲能的成本非常低。低成本與高效率使氣體壓縮儲能成為這個(gè)列表中最實(shí)用的存儲方法之一。 熱儲能 蒸汽引擎推動(dòng)了工業(yè)革命，而其背后的物理學(xué)也可能徹底改變可再生能源存儲。有許多方法可以將熱轉換為有用的電力，從蒸汽引擎到依賴(lài)溫差的現代熱電發(fā)電機。 但要在這種情況下利用熱能，就必須長(cháng)時(shí)間儲存熱。事實(shí)上，很難防止熱量因為對流或傳導的消散。因此，大多數熱儲能技術(shù)效率不佳。 這些技術(shù)依賴(lài)于加熱材料并盡可能地讓材料絕緣。這種材料可以是便宜且隨處可見(jiàn)的礫石或沙子，它們可以有很好的保溫功能。雖然熱儲能的效率很差（據估計為60-65%），但由于價(jià)格實(shí)惠且可大規模擴展，熱儲能在現實(shí)世界中具有很大的潛力。 在此列表中的方法中，熱存儲以很大的差距列為最便宜的。 儲氫 氫是一種化學(xué)能源資源，但它在存儲大量可再生能源方面比電池多了許多優(yōu)勢。電池成本高，對環(huán)境影響大；氫氣是一種簡(jiǎn)單的氣體，可儲存在傳統儲罐，或于壓縮空氣儲存方法所使用的同類(lèi)型天然洞穴中。 透過(guò)電解生產(chǎn)氫氣很容易。唯一需要的是H20（水）和電。利用太陽(yáng)能或風(fēng)電場(chǎng)的電力，電解將H2O轉化為氫氣和氧氣。氧氣可以排放到大氣中或被收集用于其他目的。氫氣則成為可燃燃料，為發(fā)電機供電。
電解過(guò)程幾乎不會(huì )造成環(huán)境危害或浪費。 （來(lái)源：維基百科） 當氫氣燃燒時(shí)，它與氧氣結合再次形成水。這意味著(zhù)對環(huán)境幾乎沒(méi)有危害，并且電解過(guò)程中使用的水不會(huì )被浪費。 儲氫的效率甚至比熱儲能低為18-46%。而且即使是儲存在天然洞穴中，成本也相當昂貴。氫的主要優(yōu)勢是，它是一種可燃燃料，表示它對今日已經(jīng)在使用的許多機器來(lái)說(shuō)都是很實(shí)用的。 向前邁進(jìn) 這些儲能的方法顯示了可再生能源的主要挑戰–儲存，是可以克服的。隨著(zhù)世界逐漸淘汰化石燃料，這些存儲技術(shù)將變得普遍，并成為電網(wǎng)的必要組成部分。 Energy storage comparison
本文介紹的儲能方法比較。 （來(lái)源：安富利） 雖然其中一些方法尚未得到大規模的證明，但它們都以當今堅實(shí)的科學(xué)以及容易取得的設備為基礎所產(chǎn)生。 然而，其中一種方法在今日已被廣泛使用。抽水儲能系統在 19 世紀后期首次使用，根據美國能源效率和可再生能源辦公室的數據，如今已占「美國所有公用事業(yè)規模儲能的93%」。 其他方法可能尚未廣泛使用，但每種方法都有其用途，可在抽水儲能不實(shí)用的情況下，填補其不足。 |
