硅沙多少錢一噸（NREL選擇模塊化）

沙中儲(chǔ)能為可再生能源時(shí)代的可靠電力和熱力供應(yīng)提供低成本途徑在新的NREL開發(fā)的顆粒熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中，二氧化硅顆粒通過電阻加熱元件進(jìn)行重力供給。加熱的顆粒儲(chǔ)存在隔熱的混凝土筒倉中。當(dāng)需要能量時(shí)，加熱的顆粒通過熱交換器供給，為電網(wǎng)發(fā)電。該系統(tǒng)在高

沙中儲(chǔ)能為可再生能源時(shí)代的可靠電力和熱力供應(yīng)提供低成本途徑

在新的 NREL 開發(fā)的顆粒熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中，二氧化硅顆粒通過電阻加熱元件進(jìn)行重力供給。加熱的顆粒儲(chǔ)存在隔熱的混凝土筒倉中。當(dāng)需要能量時(shí)，加熱的顆粒通過熱交換器供給，為電網(wǎng)發(fā)電。該系統(tǒng)在高電力需求期間放電，并在電力便宜時(shí)充電。 圖片來自 NREL 的 Patrick Davenport 和 Al Hicks

隨著社區(qū)、城市和州制定雄心勃勃的能源效率和脫碳目標(biāo)，儲(chǔ)能成為我們能源經(jīng)濟(jì)中越來越重要的組成部分。太陽能和風(fēng)能等可再生能源正在改變我們?yōu)榻ㄖ铩⒐I(yè)和電網(wǎng)供電的方式；然而，它們是間歇性的——即使在太陽落山或風(fēng)減弱之后，我們也需要持續(xù)供電。因此，儲(chǔ)能對(duì)于確保持續(xù)供電至關(guān)重要，并允許能源生產(chǎn)商在晴天（或有風(fēng)）的過度發(fā)電期間充分利用。

在能源存儲(chǔ)方面，電池并不是全部。

在短時(shí)儲(chǔ)能方面，鋰離子電池被認(rèn)為是領(lǐng)跑者，但電池并不是全部。我們的建筑、企業(yè)、工業(yè)和電網(wǎng)需要更多的存儲(chǔ)、更低的成本、更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間和更大的容量，而不是電池所能提供的，以取代化石燃料以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的未來。

為了應(yīng)對(duì)這一儲(chǔ)能挑戰(zhàn)，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 的研究人員正處于原型測(cè)試的后期階段，該技術(shù)改變了游戲規(guī)則的新型熱儲(chǔ)能技術(shù)，該技術(shù)使用廉價(jià)的硅砂作為存儲(chǔ)介質(zhì)。使用低成本熱能儲(chǔ)存和高效電力循環(huán) (ENDURING) 的經(jīng)濟(jì)型長(zhǎng)期電力儲(chǔ)存是一種可靠、經(jīng)濟(jì)高效且可擴(kuò)展的解決方案，可以安裝在任何地方。

持久的機(jī)制：可儲(chǔ)存的電加熱沙子提供按需電力

ENDURING 使用多余的太陽能或風(fēng)能來加熱蓄熱材料——硅砂。顆粒被送入一系列電阻加熱元件，將它們加熱到 1,200°C（想象一下將沙子倒入一個(gè)巨大的烤面包機(jī)）。然后將加熱的顆粒重力送入隔熱混凝土筒倉以儲(chǔ)存熱能。基線系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于經(jīng)濟(jì)地存儲(chǔ)高達(dá) 26,000 MWh 的熱能。通過模塊化設(shè)計(jì)，可以相對(duì)輕松地?cái)U(kuò)展或縮減存儲(chǔ)容量。

當(dāng)需要能量時(shí)，熱粒子通過熱交換器重力饋送，加熱和加壓內(nèi)部的工作氣體，以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)和旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，為電網(wǎng)發(fā)電。該系統(tǒng)會(huì)在電力需求旺盛和太陽能光伏或風(fēng)能有限時(shí)放電，例如清晨和傍晚、準(zhǔn)備晚餐期間以及打開電視時(shí)。排放后，用過的冷顆粒再次被送入絕緣筒倉進(jìn)行儲(chǔ)存，直到條件（和經(jīng)濟(jì)性）再次適合充電。

筒倉中的熱沙如何徹底改變能源脫碳

粒子熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)可以利用退役煤和天然氣發(fā)電廠的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施建造。圖片由 NREL 的 Jeffrey Gifford 和 Patrick Davenport 提供

ENDURING 相對(duì)于其他電力存儲(chǔ)技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

作為儲(chǔ)存介質(zhì)，豐富的硅砂穩(wěn)定且價(jià)格低廉，每噸 30 至 50 美元，并且在提取和壽命結(jié)束時(shí)對(duì)生態(tài)的影響有限。相比之下，鋰離子電池具有出色的能量存儲(chǔ)密度——這對(duì)于重量很重要的某些行業(yè)（例如運(yùn)輸）很重要——但它的成本很高。粒子熱能儲(chǔ)存是一種能量密度較低的儲(chǔ)存形式，但非常便宜（在 900°C 的充放電溫差下，每千瓦時(shí)熱能 2-4 美元）。儲(chǔ)能系統(tǒng)是安全的，因?yàn)槭褂枚栊怨枭白鳛榇鎯?chǔ)介質(zhì)，使其成為大規(guī)模、長(zhǎng)期儲(chǔ)能的理想選擇。

ENDURING 系統(tǒng)沒有特定的選址限制，可以位于該國(guó)的任何地方。這些系統(tǒng)也可以使用退役的燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施建造。

ENDURING 技術(shù)可以支持在我國(guó)擴(kuò)大可再生能源發(fā)電。在美國(guó)各地建造這些具有成本效益的粒子熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)可以幫助公用事業(yè)公司繼續(xù)使用太陽能和風(fēng)能，而不會(huì)冒破壞電網(wǎng)穩(wěn)定或需要減少可再生能源發(fā)電的風(fēng)險(xiǎn)。粒子熱能儲(chǔ)存還將提供能量?jī)?chǔ)備，以便我們的社區(qū)能夠更好地應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期天氣事件，無論是為期一周的冷鋒還是夏季熱浪。

到 2050 年，多個(gè)潛在的經(jīng)濟(jì)用例支持脫碳

拜登政府力求在2050年實(shí)現(xiàn)在2035年和凈零排放，經(jīng)濟(jì)無碳電力部門馬志文，他也是持久項(xiàng)目的主要研究者，看到了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的粒子熱能儲(chǔ)存了重要的作用。“雖然電力脫碳有明確的路徑，但整個(gè)經(jīng)濟(jì)的脫碳——包括建筑供暖和工業(yè)流程等——更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樘烊粴夥浅１阋耍茈y被取代，”他說。“工業(yè)過程脫碳和建筑供暖非常困難。”

將可再生電力轉(zhuǎn)化為熱能是這些行業(yè)脫碳的一種方式。Ma 看到了粒子熱能儲(chǔ)存在經(jīng)濟(jì)高效地取代天然氣方面發(fā)揮作用的機(jī)會(huì)。通過使用熱泵，將一單位電能轉(zhuǎn)化為兩到三單位熱量，儲(chǔ)存在顆粒熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)中，然后輸送到最終用戶（取決于熱泵的性能系數(shù)）或使用新興的抽水蓄熱技術(shù)）。這些技術(shù)可用于建筑和工業(yè)過程加熱以替代煤炭或天然氣。

除了提供電網(wǎng)存儲(chǔ)和建筑熱量外，ENDURING 還為工業(yè)和化學(xué)過程提供穩(wěn)定的熱源，否則與太陽能和風(fēng)能相關(guān)的間歇性不相容。

根據(jù) NREL 研究員Patrick Davenport 的說法，經(jīng)濟(jì)環(huán)境、脫碳目標(biāo)和技術(shù)已經(jīng)與粒子熱能存儲(chǔ)保持一致。“具有耐火絕緣材料的沙子和混凝土筒倉是非常便宜的材料，可以實(shí)現(xiàn)低成本的儲(chǔ)能，”他說。“傳統(tǒng)的四小時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)不能很好地?cái)U(kuò)展到電網(wǎng)或城市規(guī)模。現(xiàn)在我們需要大規(guī)模的儲(chǔ)能，這項(xiàng)技術(shù)很有意義。”

早期成就和持久承諾

ENDURING 項(xiàng)目正在取得可喜的進(jìn)展和早期的興趣。該團(tuán)隊(duì)最近獲得了美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)高級(jí)能源系統(tǒng)分部和太陽能分部 2021 年一等獎(jiǎng)最佳論文獎(jiǎng)和多個(gè)美國(guó)能源部技術(shù)資助獎(jiǎng)。聚光太陽能集成專利已經(jīng)獲得，還有多項(xiàng)專利正在申請(qǐng)中。

ENDURING 原型加熱器和熱交換器目前正在高溫條件下進(jìn)行測(cè)試。如果原型任務(wù)在今年秋天成功，馬志文相信 ENDURING 技術(shù)將為支持可再生能源整合以實(shí)現(xiàn)未來無碳能源供應(yīng)提供巨大潛力。

看到前景的人并非只有馬志文：NREL 和清潔能源技術(shù)公司 Babcock & Wilcox 簽署了一項(xiàng)獨(dú)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)選擇協(xié)議，以許可 ENDURING 粒子熱能存儲(chǔ)技術(shù)。Babcock & Wilcox 是為 ENDURING 項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)的多個(gè)行業(yè)和學(xué)術(shù)研究合作伙伴之一，包括通用電氣、Allied Mineral Products、Worley、普渡大學(xué)和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院。