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據(jù)SolarPACES消息，目前美國麻省理工學(xué)院(MIT)提出了一個(gè)非常大規(guī)模的長時(shí)間儲能(long duration energy storage，簡稱LDES)設(shè)想——建設(shè)一個(gè)長1公里、寬60米、有蓋的中央儲能容器，內(nèi)置20米深的巖石用于儲熱。如果把這些巖石首尾相連的話，大約有10個(gè)足球場那么大。
按照設(shè)想，儲能系統(tǒng)作為共享儲能區(qū)，而光熱電站則分布在其周圍，通過槽式或塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油或熔鹽)來為中央儲能系統(tǒng)供能，儲能系統(tǒng)可以存儲20多個(gè)光熱電站搜集的能量，以實(shí)現(xiàn)為電網(wǎng)提供數(shù)天的可調(diào)度電力。

這一概念由麻省理工學(xué)院核工程系的高級研究科學(xué)家查爾斯·福斯伯格(Charles Forsberg)和他的工程研究生阿里·阿爾杰弗里(Ali Aljefri)提出，目前仍處于早期研究階段。Forsberg認(rèn)為，該技術(shù)還具備使核電更加可調(diào)度以更好地適應(yīng)完全可再生電網(wǎng)的應(yīng)用潛力。

在2020年度的SolarPACES會議上，F(xiàn)orsberg介紹了該設(shè)想的總體思路(詳見如下視頻)，并將其與美國亞利桑那州裝機(jī)250MW的Solana槽式光熱電站的儲存容量進(jìn)行了比較，該發(fā)電廠的儲存容量為6小時(shí)(容量為每天1500MWh)。

Charles Forsberg指出，Solana 1500MWh的儲能容量與新設(shè)想提出的100GWh的容量將不是一個(gè)量級的，這一新思路的主要應(yīng)用潛力將在核能利用以及大型光熱發(fā)電園區(qū)方面。比如，中國擁有豐富的太陽能資源，但條件優(yōu)越的地區(qū)往往比較偏僻，需要很長的直流輸電線路，而一條每天運(yùn)行8-12小時(shí)的直流輸電線路是非常昂貴的，所以這些地方有很大的動力去考慮開發(fā)可全天候穩(wěn)定輸出、且靈活可調(diào)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

LDES的更多潛在客戶

Forsberg指出，目前美國能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(如NREL和Sandia等)及其核部門正在調(diào)研LDES技術(shù)，這將進(jìn)一步增加LDES技術(shù)走向商業(yè)化的可能性。

Forsberg表示：“對于該技術(shù)來說，熱源并非重點(diǎn)，關(guān)鍵是我們必須找到一種可以廉價(jià)儲存能源的方法。而該技術(shù)既可以用于核能，又可以跟太陽能結(jié)合，這一點(diǎn)非常有利。該系統(tǒng)甚至可以看作是一個(gè)獨(dú)立的“卡諾”電池，以熱儲存來自電網(wǎng)的電能。這意味著你有三個(gè)市場，所以你的商業(yè)化機(jī)會大幅上升。

開發(fā)和部署這些東西需要大量實(shí)實(shí)在在的資金，而且像任何技術(shù)一樣，在走向商業(yè)化應(yīng)用的道路上、擴(kuò)大規(guī)模時(shí)不能避免會出現(xiàn)各種問題，但如果經(jīng)濟(jì)性足夠強(qiáng)，就會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)驅(qū)動力讓人們愿意花錢去解決這些缺陷。只要基本數(shù)據(jù)看起來足夠好，人們就愿意通過各種途徑去解決問題。”

目標(biāo)：kWh成本為2-4美元

那么，MIT全新的LDES設(shè)想能達(dá)到什么水平呢?

Aljefri強(qiáng)調(diào)，該設(shè)想目前還處于非常早期的階段，仍然是一個(gè)想法。第一階段MIT只是想證明這個(gè)想法是可行的。這是一種新的大規(guī)模存儲，我們正試圖看看集中存儲來自多個(gè)太陽能機(jī)組或核電站的熱量是否有經(jīng)濟(jì)意義。所以，首先我們做的只是一個(gè)數(shù)值模型，只是為了證明這個(gè)想法是有意義的。

據(jù)悉，他們的目標(biāo)是要比現(xiàn)在的單一光熱電站的儲熱成本低很多，預(yù)計(jì)每千瓦時(shí)從30美元降到15美元(目前蓄電池的價(jià)格在每千瓦時(shí)幾百美元左右)。Forsberg預(yù)計(jì)，全新LDES技術(shù)的資本成本有望達(dá)到每千瓦時(shí)2到4美元。

按照Forsberg的算法，光熱電站的儲能資本成本是每千瓦時(shí)30、25、20美元不等，但這僅僅是一個(gè)光熱電站的一個(gè)儲能系統(tǒng)和一個(gè)發(fā)電機(jī)組的資本成本。但是，如果20個(gè)槽式集熱系統(tǒng)(采用槽式光熱發(fā)電技術(shù))或定日鏡場(采用塔式式光熱發(fā)電技術(shù))只有一個(gè)電源塊和一個(gè)存儲系統(tǒng)，那就相當(dāng)便宜了。同時(shí)，這種思路可以減掉一半操作人員，因?yàn)椴僮饕粋€(gè)50MW或者500MW的蒸汽裝置，所需的操作人員數(shù)量是差不多的。

工作原理

按照設(shè)想，熱量將被儲存在20米高、50米或更寬、長達(dá)一公里的碎石中。而在儲能容器支撐樁的上方是一個(gè)氣密的高度隔熱的建筑，整體結(jié)構(gòu)類似于飛機(jī)吊架【可參考下圖】。 系統(tǒng)需要“充電”時(shí)，來自光熱電站的傳熱流體會被噴射到巖石頂部并逐步將熱量傳輸至巖石底部，冷卻之后的傳熱流體則被收集在底部的“淺鍋”中，然后被送回光熱電站進(jìn)行再加熱。

系統(tǒng)往外“放電”時(shí)，冷的傳熱流體被噴灑在儲能容器頂部，以吸收巖石中的熱量，被加熱的高溫流體被收集在碎石下的容器中，然后被輸送至動力系統(tǒng)用于發(fā)電。 從上圖可以看到，系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程將在一段一段的子系統(tǒng)中循環(huán)進(jìn)行，子系統(tǒng)在每一個(gè)加熱過程之后都會有一個(gè)冷卻回收熱量過程。因此，熱量可以連續(xù)地從每個(gè)子系統(tǒng)依次供應(yīng)到電源塊，但整個(gè)操作卻是在一個(gè)單獨(dú)的容器中進(jìn)行。

據(jù)悉，為了將熔鹽或?qū)嵊瓦\(yùn)輸1公里至儲能“深坑”，F(xiàn)orsberg引用了石油行業(yè)在管道中運(yùn)輸熱油方面的豐富經(jīng)驗(yàn)。

Aljefri指出，在想法逐步形成的過程中，許多細(xì)節(jié)也可能會發(fā)生變化。例如，他認(rèn)為還有一種思路——即光熱電站可能是一個(gè)完整的光熱發(fā)電系統(tǒng)，有自己的發(fā)電機(jī)組單獨(dú)發(fā)電，而只是共用儲能區(qū);另一種思路則是上邊提到的多個(gè)光熱電站共用一個(gè)儲能區(qū)和發(fā)電機(jī)組。

Aljefri表示：“不同的地區(qū)會有不同的需求。在阿聯(lián)酋，我們所處的氣候炎熱，夏季、冬季、夜間和白天的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況將決定這里的儲能用途。此外，如果有大量的光伏發(fā)電接入地區(qū)電網(wǎng)，那么電網(wǎng)系統(tǒng)對這種儲能系統(tǒng)的需求也會變得不同，何時(shí)儲能、儲能的來源都要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性來決定。總的來說，儲能系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要以確保電網(wǎng)更加高效為目標(biāo)。”

目前，Aljefri在麻省理工學(xué)院研究的是一個(gè)核反應(yīng)堆的儲熱裝置，該裝置白天用來儲能，天黑后則對外釋放。但正如Forsberg所指出的，這種長時(shí)熱能儲存技術(shù)對核能和聚光太陽能發(fā)電均適用，甚至可以用于儲存多余的太陽能光伏或風(fēng)電。

原標(biāo)題：100GWh！可實(shí)現(xiàn)20個(gè)光熱電站共享！MIT提出超大規(guī)模長時(shí)儲能設(shè)想