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【视野】麻省理工靠古帝国解决现代再生能源储能问题

北极星风力发电网  来源:科技新报    2017/9/19 8:57:09  我要投稿  

北极星风力发电网讯:再生能源的发展呈秋风扫叶之势,锋不可挡,但储能问题也随之而来,我们可以看到特斯拉日前与维斯塔斯风力系统公司合作,积极想将更多储能电池集成至风力涡轮机,以帮助平衡电网的稳定性。现在,麻省理工学院团队更借用古智慧──来自公元前17世纪西台古帝国发明的耐火砖(Fire brick)技术。研究人员发想,或许可将再生能源的过剩电力转换成热能储存在耐火砖里,需要时再将热能转换回电力。

西台帝国(Hittite)创建于公元前17世纪晚期、瓦解于公元前12世纪,是一个雄峙近东的亚洲古国,除了西台楔形文和《西台法典》外,他们最无人不知无人不晓的就是当时独步天下的冶铁技术,以及令埃及等周遭大国不寒而栗的骁勇善战。

西台人是西亚地区乃至全球最早发明冶铁术和使用铁器的国家,也是世界最早进入铁器时代的民族。西台国王建立了一支携有先进铁兵器的精锐军队,屡次让埃及法老御驾亲征还吃瘪;他们在战场上无往不利,所向披靡,常使敌军闻风丧胆。

也是西台人约在公元前1600年发明的耐火砖(用于炼铁窑),或许可成为今日用来存储风能和太阳能的好方法。麻省理工学院核科学与工程学系教授查尔斯˙大众伯格(Charles Forsberg)利用这项古技术开发出“FIRES”蓄热系统,可将太阳能、风能高峰产电时的过剩电力转换成热能储存在耐火砖里,这些热既可直接用在燃料工业,也可在需要时转换回电力出售给电网。研究已发布在《电力期刊》。

耐火砖是砖块的变种,由黏土制成,可承受温度达1600℃,查尔斯˙大众伯格的想法是利用电阻加热器将电力转换成热量,再透过改变黏土的化学成分,让不同区块的耐火砖呈现不同特性,比如放在核心区域的耐火砖具高导热性,更容易透过电阻加热器来吸收热量;放在结构外部的耐火砖则具极低导热性,以形成绝缘外壳来帮助保持中心区域的热能。

阳光明媚的白天或是吹着强风的夜晚,都让太阳能和风能的发电量达到顶峰,此时的电价几乎跌到谷底,比如美国爱荷华州、加州或德国,在太阳能和风能发威时,电力价格都接近零。查尔斯˙大众伯格说,“FIRES”系统将可提高再生能源公用事业市场的最低电价(可能跟天然气价格一样),因为多余的电将转换成热,送进实际上对“热”需求大于电力总需求的燃料工业。

而燃料工业(如燃煤业)可直接用这些热来推动涡轮机发电,减少燃烧化石燃料的量,一方面来说,也可以推动包括核能业在内生产无碳电力。只不过,“FIRES”系统目前还有些微限制,普通的电阻加热器顶多只能加热至850℃,但推动天然气发电涡轮机需要至少1600℃的温度。查尔斯˙大众伯格最后建议,可以让耐火砖一起做为低成本的电阻加热器,最有希望的材料是碳化矽。

目前,研究人员正在寻找可尝试利用该系统的客户,很可能是一家需大量热能的乙醇炼油厂。不过,也有专家提醒,如果这种系统没有高效的隔热屏障,将热完全封闭在绝缘套管中,则热封模式几乎不能维持,必须设计某种真空阻挡层以防任何热能逸散损失,才能进行长期储热。在利用最有效的热回电技术之时,同样重要的是要确保这种创举能否带来确实的经济效应。

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