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补偿技术可解决风能发电的间歇性瓶颈

2012-07-23 16:46
棒棒书香
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  不久前,美国众议院通过了尤德尔—布莱特可再生能源标准,希望将可再生能源发电纳入国家电网体系,并提出到2020年可再生能源在国家公用事业用电中的份额要达到20。目前在美国电网体系中,可再生能源发电占有相当大比例的州已达25个。风涡轮、光电板、垃圾填埋气均可用来发电,从这些技术的经济效益来看,风能的作用最大;从技术可行性来看,间歇性是风能利用的最大障碍。一旦风停了,如何降低损失是摆在科学家面前的最大难题。

  美国环保署大气保护分局专家约瑟夫·迪卡罗利斯早就开始研究风力发电。他认为,只要风涡轮分布的地理范围足够广泛,风的暂停不会造成大的影响。如某个区域的风力低于要求的临界值,在整体系统中就可以忽略不计。如风力远高于临界值,却不将其纳入能源体系,不光造成浪费,还会对整个系统造成很大的负面影响。加拿大卡尔加里大学已开发出一套计算机模型,测试风力发电的可行性。通过计算,即使风力发电在整个电网体系中所占份额极小,风的间歇成本仍然不可避免。据估计,靠风能发电,每度电成本约5美分,间歇损失不过1美分—2美分,风力发电中成本损失的大小,取决于间歇新补偿技术的选择。

  风水结合技术

  风力发电和水力发电相结合是最好的补偿方法之一。迪卡罗利斯对丹麦的风能利用状况进行了研究。丹麦将许多风场整合在一起,连成风力站,纳入国家电网体系,为本国提供了1/5的电能需要。迪卡罗利斯指出,只需1吨水,就很容易补足风力暂停造成的发电差额。

  丹麦北部的电力体系与挪威、瑞典相连,这里的风力较强,水电厂就可以降低水力发电量;风力到达南部减弱时,利用风力可以增加电力输出。将两种可再生能源结合在一起,平衡风力和水力发电能长期为电网体系提供廉价可靠的电力。

  如果地理条件限制,缺乏可以建设水电站的河流,可以采用另一种已知的水力发电方式。像挪威和瑞典一样建设水库,并转换成已知的“抽水蓄能电站”。水库的水从高位经过涡轮流向低位时,同样产生电能。电力富余时将水抽到高处,电能转化为势能存储起来,电力不足时可以重新转化为电能。

  20世纪70年代,维吉尼亚州巴思郡在阿列格尼山建设了抽水蓄能电站,以应对能源危机,就是一个显著的例子。

  压缩空气技术

  “压缩空气蓄能”技术的基本原理是利用富余的电能将空气压缩,注入地下储气库,以一种类似天然气的方式保存在地下。电力不足时,将这些压缩空气导入涡轮发电机,帮助天然气燃烧,供给燃气轮机的能量就是压缩空气的势能加上天然气化学能的总和,这样产生的能量很大。在充压和释放的循环中,压缩空气蓄能电站发出的电量大于充压所需的电量,可以节省1/2—2/3的燃烧成本。

  爱荷华州特拉尔市政电力公司的前任总裁肯特·豪斯特说,以目前的地理状况,人们很难在高山上找到一个合适的位置来建水库。豪斯特正在为爱荷华州设计一种混合设备,用风能来压缩空气,再用压缩空气通过燃气涡轮来发电。这种“爱荷华蓄能电厂”的模式,使能源利用效率翻倍。虽然目前仍处于设计初期,但据可行性研究显示,它的经济回报是巨大的。豪斯特说:“我们有义务去做消费者所想的事情,他们想要绿色能源。”

  大蓄电池技术

  根据各国不同的国情,还有一种完全不同的风能补偿形式。2004年,爱尔兰建设了索恩尼·希尔风电厂,目前正在建一座巨型蓄电池来解决发电过程中的间歇不稳定问题。这种蓄电池使用普通的钒氧化还原液流储能电池,以特定方式连接形成一个巨型的燃料电池。可行性研究显示,这种建筑尺寸的电池可以容纳12兆瓦时的电能,工作时间可达10年到15年,缺点是不能反复充放电。

  尽管这种电池不能解决全部问题,但综合考虑各种因素,也不失为一个合理的选择。迪卡罗利斯说,解决风涡轮输电过程中不稳定问题的途径有多种,人们可以通过成本核算,找出最佳的补偿方式。

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