本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
1930年7月,《大眾科學》雜誌刊登了一篇文章,宣佈美國首座“十英里蓄電池”——或抽水蓄能電站——在康涅狄格州新米爾福德附近開始運營。康涅狄格電力照明公司建造該電站是為了滿足該地區用電高峰負荷並緩解季節性缺水問題。文章接著描述了該電站如何儲存電力、其經濟合理性和效率
來自四十英里外康涅狄格州德文郡蒸汽發電廠的剩餘電力透過抽水為這個巨大的蓄電池充電……從發電站旁的豪薩託尼克河抽水到海拔230英尺的蓄水庫……
當康涅狄格州需要更多電力時,水庫閘門就會開啟。水流傾瀉而下……透過水輪機,驅動一臺44,000馬力的發電機。
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因此,在“高峰”時段,來自發電機的電力被反饋到為該州供電的電網中。這種“電力儲存”不僅在一天中的某些時間,而且從一週到一週都會產生驚人的經濟效益……
這個偉大的“蓄電池”效率如此之高,以至於每用一百馬力抽水,就能輸送六十一馬力。
自《大眾科學》宣佈美國首座儲能電站以來,抽水蓄能技術並沒有發生太大變化。如今,抽水蓄能是美國迄今為止使用最廣泛的電網儲能技術,佔已安裝的23千兆瓦儲能容量中的22千兆瓦(截至2011年)。其中大部分用途與康涅狄格電力照明公司1930年的電站相同:它在電力需求低時將水抽到山上以儲存電力,然後在電力需求高峰時讓水流下山併發電。透過這樣做,抽水蓄能減少了滿足高峰電力需求所需的發電廠數量。
自從康涅狄格州新米爾福德電站首次投入運營以來,抽水蓄能電站規模變得更大。新米爾福德電站的最大放電功率為44,000馬力,大約相當於33兆瓦的電力,足以供應30,000個現代家庭的用電量,在1930年可能更多。如今,美國最大的抽水蓄能電站可以生產最大3,000兆瓦的電力——是新米爾福德電站容量的100倍,大約相當於三座核發電廠的發電量總和。
自新米爾福德電站投入運營以來,抽水蓄能的效率也大大提高。它可以輸送“每用一百馬力抽水,就能輸送六十一馬力”,這相當於61%的往返儲能效率。如今,現代抽水蓄能電站可以達到高達80%的往返效率。儘管現代技術取得了進步,但仍有20%的儲存電力在水泵、渦輪機中以及透過水分蒸發而損失。
雖然抽水蓄能是一種歷史悠久的儲能技術,能夠可靠執行數十年(新米爾福德電站仍然執行中),但在美國廣泛使用該技術存在許多障礙。美國電網安裝的22千兆瓦抽水蓄能容量與769千兆瓦的電力需求相比相形見絀,因此儘管存在抽水蓄能,但電網的儲能能力非常有限。雖然在抽水蓄能電站中儲存更多能量將使電網更加靈活、可靠,並能夠整合可再生能源,但環境問題、財務不確定性和缺乏技術上可行的場地限制了可以安裝多少新的抽水蓄能。在1986年至2006年期間,啟動了六個主要的抽水蓄能專案,但隨後被放棄,主要是由於市場不確定性。雖然新米爾福德抽水蓄能電站在建成時產生了“驚人的經濟效益”,但對於今天的新抽水蓄能設施來說,情況並非如此。
建造新的抽水蓄能設施的困難是人們對電網級電池儲能感興趣的部分原因,電網級電池儲能可以部署在電網上的任何地方,並且不依賴水這種有限的資源來執行。世界各地的研究人員正在努力降低電池技術的成本並提高其效能,希望有一天能夠以使電網儲能具有吸引力並能夠更廣泛地使用間歇性可再生能源的價格來儲存電網電力。
也許從新米爾福德抽水蓄能電站的故事中得到的最好啟示是,我們擁有大規模儲存電力的技術能力。然而,在很大程度上,無論是新的抽水蓄能設施還是電池,目前在經濟上都不切實際。隨著電網中可再生能源份額的增加,電網電池儲能成本的降低,以及天然氣和其他燃料成本隨時間的變化,電網儲能在經濟上的現實可能會發生變化,但就目前而言,在我們需要電力時發電仍然比大規模儲存電力更便宜。
圖片來源
大眾科學,來自Google 圖書。
杜克能源,來自Flickr Creative Commons。