國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 的研究人員正處于原型測試新的儲熱技術(shù)的最終階段——使用廉價的硅砂作為存儲介質(zhì)的低成本儲熱和高效電力循環(huán) (ENDURING) 的經(jīng)濟(jì)型長時儲能技術(shù)。
ENDURING 利用剩余的太陽能發(fā)電或風(fēng)電來加熱蓄熱材料，在這種情況下，硅砂通過一系列電阻加熱元件將它們加熱到1200°C。然后通過重力將其送入隔熱混凝土貯倉以進(jìn)行熱能儲存?；€系統(tǒng)設(shè)計用于存儲高達(dá)26 GWh 的熱能。通過對模塊化設(shè)計進(jìn)行細(xì)微更改，可以相對輕松地增加或減少存儲容量。
當(dāng)需要能量時，加熱的硅砂通過熱交換器重力供給，加熱和加壓內(nèi)部的工作氣體，以驅(qū)動渦輪機(jī)械和旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)從而為電網(wǎng)發(fā)電。該系統(tǒng)在高電力需求期間以及太陽能或風(fēng)能等有限的間歇性電源不可用時放電。
一旦放電后，用過的冷沙再次送入隔熱貯倉進(jìn)行儲存，直到存儲條件復(fù)原。
NREL 報告指出，硅砂是一種豐富、穩(wěn)定且廉價的存儲介質(zhì)，每噸成本為 30-50 美元。與鋰離子電池相比，它的提取和退役對生態(tài)影響較小。硅砂熱能存儲是一種能量密度較低的存儲形式，且非常便宜，在 900°C 的充放電溫差下，每千瓦時儲熱只需 2-4 美元。
ENDURING 系統(tǒng)也可以使用廢棄燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施來構(gòu)建。
除了提供電網(wǎng)存儲和建筑熱量外，ENDURING 還為工業(yè)和化學(xué)過程提供穩(wěn)定的熱源，這些全部受制于與太陽能和風(fēng)能的間歇不穩(wěn)定性。
NREL 研究員Patrick Davenport 說：“具有耐火絕緣材料的沙子和混凝土貯倉是非常便宜的材料，可以實(shí)現(xiàn)低成本的儲能?！?“傳統(tǒng)的4小時儲能技術(shù)不能很好地擴(kuò)展到電網(wǎng)或城市規(guī)模?，F(xiàn)在我們需要大規(guī)模的儲能，因此這項技術(shù)很有意義?！?
通用電氣、Allied Mineral Products、Worley、普杜大學(xué)、Babcock & Wilcox 和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院是為 ENDURING 項目做出貢獻(xiàn)的一些相關(guān)行業(yè)和學(xué)術(shù)研究合作伙伴。
NREL 的研究人員最近獲得了美國機(jī)械工程師協(xié)會高級能源系統(tǒng)分部和太陽能分部 2021 年一等獎最佳論文獎和多個美國能源部技術(shù)資助獎。
ENDURING 項目的首席研究員Zhiwen Ma相信，如果原型任務(wù)在今年秋季成功，ENDURING 技術(shù)將為支持未來無碳能源供應(yīng)的可再生能源整合提供巨大潛力。
NREL 和清潔能源技術(shù)公司 Babcock & Wilcox 簽訂了獨(dú)家知識產(chǎn)權(quán)選擇協(xié)議，許可 ENDURING 硅砂儲熱技術(shù)。ENDURING 原型加熱器和熱交換器目前正在高溫條件下進(jìn)行測試。
NREL 分析師發(fā)現(xiàn)，到 2050 年，美國電力系統(tǒng)公用事業(yè)規(guī)模的日間儲能（最多 12 小時）市場潛力巨大，預(yù)計美國電網(wǎng)規(guī)模儲能容量將增長超過 125 GW。NREL 研究人員還發(fā)現(xiàn)，儲能可以提供一系列電網(wǎng)服務(wù)，并有可能在印度具有成本效益的電力部門發(fā)展中發(fā)揮重要作用。他們預(yù)測，由于預(yù)計 2030 年成本下降，儲能將變得與其他技術(shù)相比具有成本競爭力。
