100GWh！可实现20个光热电站共享！MIT提出超大规模长时储能设想

据SolarPACES消息，目前美国麻省理工学院(MIT)提出了一个非常大规模的长时间储能(long duration energy storage，简称LDES)设想——建设一个长1公里、宽60米、有盖的中央储能容器，内置20米深的岩石用于储热。如果把这些岩石首尾相连的话，大约有10个足球场那么大。

按照设想，储能系统作为共享储能区，而光热电站则分布在其周围，通过槽式或塔式光热发电系统的传热介质(导热油或熔盐)来为中央储能系统供能，储能系统可以存储20多个光热电站搜集的能量，以实现为电网提供数天的可调度电力。

这一概念由麻省理工学院核工程系的高级研究科学家查尔斯·福斯伯格(Charles Forsberg)和他的工程研究生阿里·阿尔杰弗里(Ali Aljefri)提出，目前仍处于早期研究阶段。Forsberg认为，该技术还具备使核电更加可调度以更好地适应完全可再生电网的应用潜力。

在2020年度的SolarPACES会议上，Forsberg介绍了该设想的总体思路(详见如下视频)，并将其与美国亚利桑那州装机250MW的Solana槽式光热电站的储存容量进行了比较，该发电厂的储存容量为6小时(容量为每天1500MWh)。

Charles Forsberg指出，Solana 1500MWh的储能容量与新设想提出的100GWh的容量将不是一个量级的，这一新思路的主要应用潜力将在核能利用以及大型光热发电园区方面。比如，中国拥有丰富的太阳能资源，但条件优越的地区往往比较偏僻，需要很长的直流输电线路，而一条每天运行8-12小时的直流输电线路是非常昂贵的，所以这些地方有很大的动力去考虑开发可全天候稳定输出、且灵活可调的太阳能发电系统。

LDES的更多潜在客户

Forsberg指出，目前美国能源部可再生能源实验室(如NREL和Sandia等)及其核部门正在调研LDES技术，这将进一步增加LDES技术走向商业化的可能性。

Forsberg表示：“对于该技术来说，热源并非重点，关键是我们必须找到一种可以廉价储存能源的方法。而该技术既可以用于核能，又可以跟太阳能结合，这一点非常有利。该系统甚至可以看作是一个独立的“卡诺”电池，以热储存来自电网的电能。这意味着你有三个市场，所以你的商业化机会大幅上升。

开发和部署这些东西需要大量实实在在的资金，而且像任何技术一样，在走向商业化应用的道路上、扩大规模时不能避免会出现各种问题，但如果经济性足够强，就会产生经济驱动力让人们愿意花钱去解决这些缺陷。只要基本数据看起来足够好，人们就愿意通过各种途径去解决问题。”

目标：kWh成本为2-4美元

那么，MIT全新的LDES设想能达到什么水平呢?

Aljefri强调，该设想目前还处于非常早期的阶段，仍然是一个想法。第一阶段MIT只是想证明这个想法是可行的。这是一种新的大规模存储，我们正试图看看集中存储来自多个太阳能机组或核电站的热量是否有经济意义。所以，首先我们做的只是一个数值模型，只是为了证明这个想法是有意义的。

据悉，他们的目标是要比现在的单一光热电站的储热成本低很多，预计每千瓦时从30美元降到15美元(目前蓄电池的价格在每千瓦时几百美元左右)。Forsberg预计，全新LDES技术的资本成本有望达到每千瓦时2到4美元。

按照Forsberg的算法，光热电站的储能资本成本是每千瓦时30、25、20美元不等，但这仅仅是一个光热电站的一个储能系统和一个发电机组的资本成本。但是，如果20个槽式集热系统(采用槽式光热发电技术)或定日镜场(采用塔式式光热发电技术)只有一个电源块和一个存储系统，那就相当便宜了。同时，这种思路可以减掉一半操作人员，因为操作一个50MW或者500MW的蒸汽装置，所需的操作人员数量是差不多的。

工作原理

按照设想，热量将被储存在20米高、50米或更宽、长达一公里的碎石中。而在储能容器支撑桩的上方是一个气密的高度隔热的建筑，整体结构类似于飞机吊架【可参考下图】。

系统需要“充电”时，来自光热电站的传热流体会被喷射到岩石顶部并逐步将热量传输至岩石底部，冷却之后的传热流体则被收集在底部的“浅锅”中，然后被送回光热电站进行再加热。

系统往外“放电”时，冷的传热流体被喷洒在储能容器顶部，以吸收岩石中的热量，被加热的高温流体被收集在碎石下的容器中，然后被输送至动力系统用于发电。

图：工作原理(来自Forsberg MIT)

从上图可以看到，系统的整个运行过程将在一段一段的子系统中循环进行，子系统在每一个加热过程之后都会有一个冷却回收热量过程。因此，热量可以连续地从每个子系统依次供应到电源块，但整个操作却是在一个单独的容器中进行。

据悉，为了将熔盐或导热油运输1公里至储能“深坑”，Forsberg引用了石油行业在管道中运输热油方面的丰富经验。

Aljefri指出，在想法逐步形成的过程中，许多细节也可能会发生变化。例如，他认为还有一种思路——即光热电站可能是一个完整的光热发电系统，有自己的发电机组单独发电，而只是共用储能区;另一种思路则是上边提到的多个光热电站共用一个储能区和发电机组。

Aljefri表示：“不同的地区会有不同的需求。在阿联酋，我们所处的气候炎热，夏季、冬季、夜间和白天的经济运行状况将决定这里的储能用途。此外，如果有大量的光伏发电接入地区电网，那么电网系统对这种储能系统的需求也会变得不同，何时储能、储能的来源都要综合考虑经济性来决定。总的来说，储能系统的具体设计要以确保电网更加高效为目标。”

目前，Aljefri在麻省理工学院研究的是一个核反应堆的储热装置，该装置白天用来储能，天黑后则对外释放。但正如Forsberg所指出的，这种长时热能储存技术对核能和聚光太阳能发电均适用，甚至可以用于储存多余的太阳能光伏或风电。

责任编辑：肖舟