美擬建實(shí)驗(yàn)性壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電站

    在美國(guó)西部地區(qū)，通常夜間風(fēng)力大于白天，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)在夜間能夠比在白天生產(chǎn)更多的電能，但現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是，夜間用電量要少于白天，從而出現(xiàn)了電能供需在時(shí)間上不對(duì)應(yīng)的狀況。對(duì)此，美國(guó)研究人員認(rèn)為，采取興建新型壓縮空氣儲(chǔ)能廠的間接方式，能夠儲(chǔ)藏西北地區(qū)豐富的風(fēng)能，以備日后電能高需求和電能供應(yīng)緊張之時(shí)所用。他們提出的壓縮空氣儲(chǔ)能廠不僅能儲(chǔ)能，而且可在短短數(shù)分鐘時(shí)間內(nèi)，從能源儲(chǔ)能廠轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電廠，在白天為平衡地區(qū)性高變化的風(fēng)能發(fā)電提供機(jī)動(dòng)性。


    新完成的綜合性研究分析顯示，美國(guó)西北部的風(fēng)能可以在夜間發(fā)電驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)將空氣存儲(chǔ)在地下深處多孔巖中，在需要時(shí)可以用壓縮空氣來(lái)發(fā)電，每月滿足8.5萬(wàn)家用戶的需求。能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和博納維爾電力管理局的技術(shù)人員通過(guò)研究，尋找到兩種獨(dú)特的儲(chǔ)能方法，并在華盛頓州東部確定了將兩項(xiàng)儲(chǔ)能途徑賦予實(shí)踐的場(chǎng)地。


    負(fù)責(zé)為博納維爾電力管理局管理該項(xiàng)研究的史蒂夫·克努德森表示，由于可再生能源發(fā)電配額制（RPS）要求美國(guó)各州電能中的20%或30%來(lái)自不同的能源（如風(fēng)能和太陽(yáng)能），因此興建壓縮空氣儲(chǔ)能廠在幫助管理和整合可再生電能進(jìn)入西北電網(wǎng)的事務(wù)中，能夠發(fā)揮極具價(jià)值的作用。


    研究人員表示，所有的壓縮空氣儲(chǔ)能廠均基于相同的基本前提運(yùn)行。當(dāng)電能供應(yīng)豐富時(shí)，工廠從電網(wǎng)中獲取電能用于啟動(dòng)大型空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣送入地下特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)。當(dāng)電能需求較高時(shí)，存儲(chǔ)在地下的壓縮空氣被釋放出來(lái)，并在加熱后用以推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。研究顯示，通過(guò)上述的循環(huán)，壓縮空氣儲(chǔ)能廠利用壓縮空氣產(chǎn)生的電能最多可達(dá)到壓縮空氣時(shí)所花費(fèi)電能的80%。


    全球現(xiàn)有兩家壓縮空氣儲(chǔ)能廠，一個(gè)在美國(guó)阿拉巴馬州，一個(gè)在德國(guó)，它們采用人造鹽穴來(lái)存儲(chǔ)空氣（即過(guò)量的電能）。與之相比，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和博納維爾電力管理局所提出的方法有所不同：利用地下深處天然的多孔巖區(qū)以存儲(chǔ)可再生能源。


    在過(guò)去10年中，由于能源公司和其他機(jī)構(gòu)在尋求更好的將可再生能源并入電網(wǎng)的途徑，因而利用地下多孔巖存儲(chǔ)壓縮空氣并發(fā)電的技術(shù)越來(lái)越受到它們的重視。美國(guó)西北部約13%的電能供應(yīng)，也就是近8600兆瓦來(lái)自于風(fēng)能發(fā)電，如何有效地利用夜間風(fēng)力電能的問(wèn)題促使能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和博納維爾電力管理局決定就新技術(shù)能否用在西北地區(qū)進(jìn)行調(diào)查。


    為尋找到潛在的壓縮空氣存儲(chǔ)地，研究小組考察了哥倫比亞高原地區(qū)。在那里，大部分土地被厚厚的火山玄武巖所覆蓋。研究小組尋求的是處于地下1500英尺厚度達(dá)30英尺的玄武巖結(jié)構(gòu)，同時(shí)該地點(diǎn)能夠靠近高壓傳輸線且滿足其他相關(guān)的條件。


    隨后，研究人員對(duì)華盛頓州東南地區(qū)漢福德場(chǎng)區(qū)過(guò)去在鉆井進(jìn)行天然氣探測(cè)和研究中所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并將鉆井獲得的數(shù)據(jù)輸入太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室名為STOMP的專業(yè)計(jì)算機(jī)模型中。該計(jì)算機(jī)模型能夠模擬地下液體流動(dòng)，讓研究人員了解不同地下位置能夠存儲(chǔ)多少空氣并最終能有多少釋放回地面。


    研究人員通過(guò)分析研究后確認(rèn)，華盛頓州東部有兩處極具前景的地點(diǎn)，一個(gè)是被稱為哥倫比亞山丘的場(chǎng)地，它在俄勒岡州博德曼以北、華盛頓州哥倫比亞河河邊；另一個(gè)為雅吉瓦礦物場(chǎng)地，它位于華盛頓州西拉以北10英里處的雅吉瓦峽谷地區(qū)。


    然而，研究小組認(rèn)為這兩個(gè)場(chǎng)地適合于兩種截然不同壓縮空氣儲(chǔ)能途徑。哥倫比亞山丘場(chǎng)地靠近天然氣管道，因而適于使用常規(guī)壓縮空氣儲(chǔ)能設(shè)備。如此的常規(guī)設(shè)備能夠使用少量的天然氣加熱從地下存儲(chǔ)釋放的空氣，熱空氣隨后用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，其發(fā)電量超過(guò)普通天然氣發(fā)電廠發(fā)電量的兩倍。研究人員表示，在哥倫比亞山丘場(chǎng)地，他們有望建成發(fā)電量達(dá)207兆瓦的常規(guī)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電廠。


    雅吉瓦礦物場(chǎng)地遠(yuǎn)離天然氣管道，因此研究小組為其設(shè)計(jì)了不同的壓縮空氣儲(chǔ)能途徑，即使用地?zé)崮?。混合式的設(shè)施能夠借助地下深處的地?zé)釣橹评錂C(jī)提供動(dòng)力，用于冷卻空氣壓縮機(jī)，讓它們更有效運(yùn)行。此外，地?zé)崮芤部蔀閺牡叵箩尫懦鰜?lái)的壓縮空氣加熱。研究人員認(rèn)為，在此處有望建成發(fā)電量達(dá)83兆瓦的地?zé)釅嚎s空氣儲(chǔ)能發(fā)電廠。


    太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員、研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人皮特·麥克吉爾說(shuō)，將地?zé)崮芘c壓縮空氣儲(chǔ)能相結(jié)合是解決雅吉瓦礦物場(chǎng)地工程難題的創(chuàng)造性概念。這種混合型設(shè)施概念極大地拓展了地?zé)崮艿氖褂梅秶?br />

    研究表明，兩種途徑均能在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)保持能量的存儲(chǔ)。這將特別有助于西北地區(qū)在春天當(dāng)風(fēng)能和水利發(fā)電超過(guò)當(dāng)?shù)厮璧臅r(shí)候，人們利用過(guò)量電能儲(chǔ)藏壓縮空氣。研究人員表示，融雪產(chǎn)生的大量流水與大量的風(fēng)力資源相結(jié)合，能夠讓地區(qū)的電能產(chǎn)量達(dá)到峰值。為保障地區(qū)電能供應(yīng)的穩(wěn)定，電能系統(tǒng)管理者必須減少發(fā)電量或者存儲(chǔ)過(guò)量的電能。諸如壓縮空氣儲(chǔ)藏這類的儲(chǔ)能技術(shù)將幫助地方極大地獲取清潔的能源產(chǎn)品。


    博納維爾電力管理局與西北電力和保護(hù)委員會(huì)合作，將利用從研究中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)一步了解壓縮空氣儲(chǔ)能帶給西北地區(qū)的純利潤(rùn)。而其結(jié)果將被一個(gè)或多個(gè)地區(qū)性能源公司用來(lái)開(kāi)發(fā)商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能的演示項(xiàng)目。