洛杉磯——冰能公司為21世紀的電力挑戰提供了一個新穎的解決方案:製作冰棒。
換句話說,該公司希望在夜間在類似冰箱的箱子中冷凍水,這些箱子與商用空調相鄰,然後在白天融化它,此時電力需求最高。從理論上講,這將允許溫暖氣候中對空調需求量大的商業建築在熱浪期間減少能源使用,方法是在仍然從融化的冰中向建築物提供冷空氣的同時,關閉空調。
經過七年的開發和測試,這家總部位於科羅拉多州溫莎市的公司最近與此處的南加州公共電力管理局簽署了一項協議,在該公用事業公司在洛杉磯周圍的服務區域內的1,500個地點部署約6,000個冰棒製造裝置。冰能公司表示,這些名為“冰熊”的裝置將透過避免使用所謂的調峰發電廠(僅在需求最高時開啟),為該公用事業公司帶來30%的燃料減少。
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該公司表示,在南加州和其他溫暖地區,好處很多,因為這些地區在較熱的月份嚴重依賴空調。 避免高峰電力也意味著在加州電網在熱浪期間承受壓力時,減少從州外進口的燃煤電力。
冰能公司執行長弗蘭克·拉米雷斯在一次採訪中說:“電力受制於必須在發電時使用的核心原則。 我們真正利用的是大自然每天透過其自轉賦予我們的東西:夜間較冷的溫度。”
拉米雷斯喜歡將他們的技術稱為“儲能”,但實際上,冰熊只是一種在能源更便宜、更充足時使用能源的方式。 這樣做可以為公用事業公司節省資金,減少溫室氣體排放,併為暖通空調技術人員和製造商創造更多藍領工作崗位。
成本是多少? 南加州公共電力管理局為這6,000臺裝置支付了約1億美元,這個價格包括冰能公司的維護保證,該公司計劃分包給暖通空調專家,以及與配電網路的智慧電網協調。
表面上看這似乎價格昂貴,但拉米雷斯堅稱,這項投資將在20年內為公用事業公司節省高達20%的燃料成本。 而且,正如他喜歡指出的那樣,這筆投資沒有得到聯邦或州政府的支援,這與許多競爭對手的新技術傾向於爭奪補貼不同。
拉米雷斯說:“我們是第一個獨立的能源效率技術,不需要政府援助或補貼即可使用。”
並非普通的製冰機
這就是冰熊的工作原理:它在充電和冷卻之間波動,在夜間冷凍450加侖的水(這個過程可以說“儲存”了電力),然後在白天逆轉過程。 冷空氣透過已有的管道系統輸送到建築物中。
有些人將這項技術比作混合動力汽車,混合動力汽車依靠電池來關閉內燃機,直到電量耗盡,然後發動機重新啟動。 同樣可比的是地熱熱泵,地熱熱泵在斯堪的納維亞半島和其他寒冷國家廣泛用於在寒冷的月份為房屋供暖。 與冰熊一樣,這種系統在某種意義上就像冷凍機,泵的背面(散發熱量)內建在房屋內部,而水凍結髮生在外部。
物理學家簡·奧拉夫·岡德森解釋說,將水轉化為冰是從H20中去除熱量的一種手段。 然後熱量透過冷凍裝置的背面排出,使房屋變暖。
挪威國民岡德森說:“在挪威,幾乎所有新房屋都由內建在牆壁中的熱泵供暖,‘冷凍機的背面’在房屋內部,‘冷凍機’在房屋外部。 家用冷凍機是一種典型的熱泵,加熱您房屋最便宜的方法是將冷凍機裝滿水,然後在水變成冰的形式時,將冰塊扔到您的房屋外面,然後再次將冷凍機裝滿水。”
冰能公司似乎有意利用相同的簡單系統,只是反過來,拉米雷斯欣然承認他的技術最適用於溫暖的氣候。 從冰變回水的轉化過程中會損失能量(高達15%),但拉米雷斯表示,白天到夜晚15華氏度或更高的溫差使該產品實現能量中性。
拉米雷斯說:“在加州大部分地區,平均溫差[白天和夜晚溫度之間的差異]為22度。 我們擁有透過較冷的溫度來排出熱量的天然優勢,而不是執行必須克服白天熱量的空調。”
至於供水,冰熊加註一次水後就永遠不會再加註。 拉米雷斯堅稱,這個概念是任何其他名稱的儲存,只是不是人們傾向於預期的那種儲存。
拉米雷斯拿起混合動力汽車的比喻說:“它是一個裝滿水的電池。 我認為你可以得出結論,沒有什麼能比儲存介質更便宜。”
訪問國會山
拉米雷斯說,加州是將其冰熊推向市場的理想場所,還有另一個原因:該州已將可再生能源組合標準寫入法律,到2010年達到20%,到2020年達到33%。
拉米雷斯引用北美電力可靠性公司關於風力發電的報告說,在加州沒有人願意承認像風能這樣的間歇效能源在高峰電力期間往往是最弱的。 換句話說,在最熱的時候,風往往不會那麼大。
這將使風能在炎熱、無風的日子裡成為不可靠的能源,在這些日子裡,某種儲存介質可能會抵消這種現實。 拉米雷斯說:“風的最大輸出與峰值呈180度異相。 它本質上是可變的,並且通常在你不需要它的時候吹。”
因此,對於這位高管來說,答案是將冰儲能與可再生能源配對作為互補技術。 他還表示,他的機器的分散式特性意味著透過輸配電減少電力損失,此外還更多地依賴基本負荷電力,這比調峰電力更有效。
拉米雷斯說:“空調需求是調峰電力問題的根源”,他指出,最近在南加州,由於環境正義活動家不希望在低收入社群建造這些電廠,導致14個調峰裝置受阻。
至少一位著名的立法者,眾議院議長南希·佩洛西(民主黨,加利福尼亞州)已經成為信徒。 佩洛西最近邀請拉米雷斯向眾議院民主黨核心小組發表演講,他在那裡向民主黨人做了與他向這位記者提出的幾乎相同的推介。
下一步是什麼? 拉米雷斯說,他正在與洛杉磯水電局——美國最大的公用事業公司——洽談一項協議,該協議可能會使南加州公共電力管理局的安排相形見絀。 這些討論的重點是在南加州建立一家制造工廠,這對於一個面臨12%失業率的州來說是當務之急。
這樣的交易可能會效仿特斯拉汽車公司,這家總部位於矽谷的電動汽車製造商最近同意在南加州設立一家制造廠,以換取稅收減免以促進生產(Greenwire,2009年10月29日)。
拉米雷斯說:“我們將與[洛杉磯市長安東尼奧·維拉萊戈薩]和洛杉磯水電局討論在南加州建廠可能需要什麼”,他補充說,如果冰能公司從該公用事業公司獲得足夠大的專案承諾,那麼在加州建立工廠是可能的。
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