比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能

2021年10月13日23:44:03 科学 1241

自进入21世纪以来,随着全球气候变暖,我们一直在探索未来的电网储能技术,这是人类在应对气候变化的斗争中需要开发的重要技术。目前,太阳能和风能技术已经成熟,能够以化石燃料发电成本的一部分为全人类提供足够的能源。 2017年,可再生能源行业在全球范围内获得了总计1280亿美元的补贴,与化石燃料行业获得的总计4470亿美元的补贴相比实在是相形见绌。

比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能 - 天天要闻

今天,阻碍可再生能源发展的主要因素是“储能问题”。锂离子电池和其他新型电池技术正迅速成为我们储能需求首当其冲的先行者。然而,在我们寻找最佳的储能方法时,我们“遗忘”了最古老和最主要的储能形式——抽水蓄能,这是我们现代电网中仍在使用的最古老的技术之一,通过将水泵入高架水库,将电能转化为势能,然后在需要电力时将水释放以驱动涡轮机叶轮发电。

在这里,以人口相对较少且有抽水蓄能电站Turlough Hill(特洛山)的爱尔兰为例,它高681米(2234英尺),由ESB拥有和运营,安装的四台73兆瓦的发电机在需求高峰时可产生高达 292 兆瓦的电力。

比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能 - 天天要闻

这是电动机,从电网获取电力以旋转位于较低层的叶轮,将水泵上山。当我们需要发电时,这个阀门(也在较低层)打开,让水流过叶轮,以相反的方向旋转叶轮并驱动位于电机下方的发动机,在最大流速下,水以每秒28.3立方米的速度冲过机器。如果将四台73兆瓦的发电机,则总计每秒111.3立方米,在这个流速下,230万立方米的上部水库将在5个半小时多一点的时间内排干。

那这些水能产生多大能量呢?

首先,让我们想象一个1立方米的水立方,我们可以通过增加它的高度来提高它的能量,再使用重力势能方程来计算能量的增加,它是物体的质量乘以重力加速度乘以其高度,所以,我们将高度定义为起点和终点之间的高度差。

比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能 - 天天要闻

我们得出1立方米水的质量是1000公斤,同时高度每增加1米,将增加9810焦耳的能量,我们将其转换为瓦时,因为它是一个更常用的单位。9810焦耳约等于2725Wh。这不是很多,可以让一个100瓦的灯泡运行98.1秒。

由于抽水蓄能电站无法做到100%的转化效率。特洛山的效率约为80%,因此接近78.5秒,如果我们将高度提升到286米,那1立方米的水块可以为灯泡供电22451秒,也就是6.2小时。

比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能 - 天天要闻

正因看到了抽水蓄能电站的巨大潜力,近十几年来,中国抽水蓄能电站的迅速发展,2004年底全国已建成投产的抽水蓄能电站10座,装机容量达到570.1万kW(其中60万kW供香港)。

有人可能就会问了,既然这抽水蓄能电站有这么大的潜力,那能不能多建几座呢?

答案是,可以。但是为抽水蓄能电站寻找合适的地点极其困难,我们需要的不是一个,而是两个能够容纳大量水的水库,两个水库之间不仅水平距离需要相对较短,还要相隔至少200米的高度。

比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能 - 天天要闻

通常,截止点由头部高度与水平距离的比率定义,任何大于1:10的值都是不经济的,因此,200米的水头在水库之间的最大水平距离为2公里。

正是在以上种种限制下,为抽水蓄能电站找到合适的地点成了一大难题,为此,专家们正在寻求解决这些问题的方法。

比风能太阳能还好用,可再生能源的未来——抽水蓄能 - 天天要闻

而抽水蓄能作为一种古老可靠且持久的储能方式,它正面临来自获得10亿美元大规模投资的其它可再生能源的竞争压力,但它长期储存能量的能力将确保其不被淘汰继续使用。

科学分类资讯推荐

研究发现消失的尼罗河支流 或助解开金字塔建造之谜 - 天天要闻

研究发现消失的尼罗河支流 或助解开金字塔建造之谜

新华社北京5月21日电 研究人员日前绘制出尼罗河一条现已干涸的支流地图,认为它可能帮助古埃及人建造了31座金字塔,包括著名的吉萨金字塔群。研究成果由最新一期英国《通讯-地球与环境》杂志刊载。 埃及金字塔最集中的地区是自吉萨市向南至利什特村之间的一片沙漠。那里距离尼罗河有数十公里远,但发现了港口遗迹。埃及学家...
2023年重庆长江干流监测到鱼类93种 珍稀特有鱼类出现频率增加 - 天天要闻

2023年重庆长江干流监测到鱼类93种 珍稀特有鱼类出现频率增加

封面新闻记者 李茂佳在国际生物多样性日来临之际,5月21日,重庆市生态环境局举行重庆市生物多样性保护情况新闻发布会。2023年,重庆长江干流监测到鱼类93种,较禁捕前增加47种。长江鲟从禁捕前监测到的7尾增加到249尾,珍稀特有鱼类出现频率增加,出现范围扩大。新闻发布会现场。重庆市生态环境局党组成员、副局长陈卫表示...
全球首台!我国量子测量领域取得重要突破 - 天天要闻

全球首台!我国量子测量领域取得重要突破

5月21日,全国首届量子精密测量赋能产业发展大会,在安徽合肥举办。会上,全球首台商用低温版量子钻石原子力显微镜正式亮相。该显微镜由国仪量子技术(合肥)股份有限公司(以下简称“国仪量子”)自主研制,这标志着我国量子精密测量技术的产业化发展,取得重要突破。△低温版量子钻石原子力显微镜。图片来源:国仪量子国...
世界首次:科学家成功对 μ 子实行“冷却”加速,约达光速 4% - 天天要闻

世界首次:科学家成功对 μ 子实行“冷却”加速,约达光速 4%

IT之家 5 月 21 日消息,日本 J-PARC 研究中心、日本高能加速器研究机构联合发布公报,宣布完成了业内首次对 μ 子进行“冷却”和加速的操作,朝着实现世界首个 μ 子(渺子)加速器迈出了一大步。据介绍,研究团队在 J-PARC 中心使带一颗正电荷的正 μ 子减速到几乎停止(光速的 0.002%)的状态,并使正 μ 子的方向和速度...
气象水文部门预测:今年“龙舟水”水情较往年略偏重 - 天天要闻

气象水文部门预测:今年“龙舟水”水情较往年略偏重

5月20日迎来“小满”节气,民谚有云“小满小满,江河渐满”。进入“小满”节气,雨水丰盈,江河的水逐渐增多。根据广州市水文气象数据统计,5月20日广州市降暴雨,其中白云、花都、增城等区降大暴雨,全市平均日雨量74.0毫米。豆大雨点落在地面,溅起水花。图/广州日报新花城记者:吴子良受强降雨影响,5月20日全市江河水位...
值得收藏!《常州市野生鸟类图册》发布 - 天天要闻

值得收藏!《常州市野生鸟类图册》发布

现代快报讯(记者 陆文杰)鸟类是生物多样性的重要指示类群,是评价生态系统健康状况的关键性指标。随着生态环境的改善,常州鸟类生境状况大幅提升,越来越多的野生鸟类翱翔在青山绿水间,野外鸟类记录不断刷新,珍稀鸟类频频亮相。它们用翅膀为生态环境投票,实名认证了常州生物多样性工作的丰硕成果。在5·22国际生物多样...
马斯克豪言:30年内火星城市崛起,人类新家园即将诞生! - 天天要闻

马斯克豪言:30年内火星城市崛起,人类新家园即将诞生!

埃隆·马斯克,这个科技界的狂人,他总是有着让人震惊的想法和计划。这不,他又在火星上动起了脑筋。他旗下的SpaceX公司,一直在研究怎么把人送上火星,还在想方设法要在那上面建个城市。图片来自网络马斯克在社交媒体上可是挺活跃的,他就在那儿说,未来30年,火星上肯定会有人类城市。
研究发现英国 AI 聊天机器人的安全措施容易被绕过 - 天天要闻

研究发现英国 AI 聊天机器人的安全措施容易被绕过

划重点:- ️  英国政府研究人员发现,防止 AI 聊天机器人发出非法、有毒或露骨回应的保护措施可以被简单的技术绕过。-   通过测试,研究人员发现五个系统 “极易受到攻击”,甚至在没有有针对性地绕过保护措施的情况下,也能产生有害回应。-   安全防护可以通过 “相当简单” 的攻击绕过,例如指示系统以 “当然,...