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Sage Geosystems开创地下储能技术 将能源存储效率提升至200%

2023-12-04 12:40:58
来源:环球零碳

化石能源向可再生能源转型,储能技术是解决风电、光伏等能源波动性和碎片化的关键。

目前比较常见的储能方式包括化学储能,如锂离子电池、铅酸电池等;机械储能,如飞轮、压缩空气、重力等储能装备,抽水蓄能其实也是机械储能的一种;热储能,如热水储能、蓄热式壁炉或热泵储能等。

如今,一家位于美国休斯顿的公司,开创了一种新的储能方式,把地球变成电池,可以把能量廉价地储存在地下,需要的时候随时调用,效率最高可达200%。

这家公司叫Sage Geosystems,由石油巨头壳牌(Shell)的科学家和高管于2020年创立,是一家专注于地热和长时储能的开发商。

其实技术比较简单,就是寻找废弃的石油井,让它变成隐藏在地下的能源宝库。通过把水和泥浆注入井里,扩张岩石的裂缝来储存能量,然后在需要时打开阀门,启动涡轮机发电。

这种“地球电池”不仅能够储存多余的可再生能源,还可以利用地下的热能,把水烧得热气腾腾,从而提高电力输出。Sage公司声称,这项技术的效率最低为70%,最高可达200%。

日前,Sage公司宣布,该公司已经完成了一项高压水储能系统的商业化试验,并表示这个装机容量2MW储能系统可以提供18小时或更长时间的持续时间,与锂离子电池储能系统和抽水蓄能发电设施相比具有成本竞争力。

那么,这套地球电池究竟是怎么运作的呢?

EarthStore™系统是如何运作的?

Sage公司创新的核心是 EarthStore™系统,这是一种机械储能技术,可利用地下深处储存的流体压力能,并通过地球地层的热量增强效率。

具体操作是,在废弃油井的地下深处,使用高密度钻井泥浆,以高压将细长的裂缝推开,然后再用高压泵将水泵入,使裂缝保持"充气"状态。这项工作是利用白天收集的多余可再生能源完成的,然后关闭阀门将水锁住。

图说:EarthStore系统工作示意图

来源:Sage Geosystems

当需要回收能量时,只需打开阀门即可;裂缝周围的地层压力会将裂缝重新挤压在一起,水流会被迫回到管道中,然后通过涡轮机发电。事实上,当系统反向运行时,当初迫使水流下管道的电机和水泵就会变成涡轮机和发电机,将能量重新输出。

Sage公司在得克萨斯州的一口老油井测试的"EarthStore"系统,往返效率高达 70-75%,测得的流体损耗仅为 1-2%,而且没有检测到诱发地震活动。

如果旧石油井比较深,能进入地球深处,那么整个系统还有另一个好处:获得额外热量。作为电网或本地储能系统,EarthStore 这样的系统可以带来足够的利润,一旦将获得的额外热量考虑在内,它就开始变得极具吸引力。

井越深,温度越高,一般技术采集这些地热能通常并不划算,但EarthStore储能系统却大大改变了这一数字。

EarthStore 系统将水与炙热的岩石装在一起,与地表有大量接触,并将其锁定在那里。因此,当水被释放出来时,热量不仅会增加水流回流的压力,使涡轮机更强劲地运转,而且还有机会通过热交换器收集热量,这样你从"地球电池"中获得的能量最终会超过投入的能量。

比锂电和抽水蓄能都有竞争力

这套系统可以单独运行,也可以多个并联运行。将多个彼此靠近的地球电池连在一起,变成一个多缸的热/压引擎。

这样就可以从一个地下储存库释放热水,用热交换器冷却产生电力后,再把它泵回另一个井储存起来,整个过程可以在这两个气缸之间来回运行,连地面的储液设施都可以省去了,节约更多的成本。

Sage公司预测,一个18-20“缸”的地球电池,就相当于50兆瓦的可再生能源存储电厂,有效输出两倍于输入的能量,以 200% 的效率储存能量。你可以把它看作是增强型能源存储,也可以把它看作是使相对较浅的地热能源在经济上更加可行的一种方法,但这是一个非常巧妙的想法。

图说:带有热交换器的多缸系统有望实现以 200% 效率储存能量

来源:Sage Geosystems

更重要的是,研究结果表明,基于LCOS(平准化成本), Sage的储能系统可以以低于锂离子电池储能和传统抽水蓄能的成本提供电力。与天然气调峰电厂相比,它也具有竞争力,为提供辅助服务、黑启动服务或在高峰需求期间重新分配减少的能源提供了更清洁的选择。

Sage公司估计,根据持续时间的不同,该公司开发的这种储能系统的平均成本在2美分/kWh到4美分/kWh之间,而抽水蓄能的成本为6美分/kWh到15美分/kWh,锂离子电池的成本为25美分/kWh到30美分/kWh。

Sage Geosystems首席执行官Cindy Taff表示:“我们已经破解了为可再生能源提供完美补充的密码,以一种与锂离子电池和天然气调峰电厂相比具有成本竞争力的方式产生可靠的替代基本负荷。从远程采矿作业到数据中心,再到解决偏远地区的能源贫困,我们的储能系统提供电力的机会是巨大的。我们可以与电网互联,或者用经过验证并准备好规模化的更清洁能源解决方案开发分布式微电网。”

发布人:caoyang
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