風(fēng)能優(yōu)于太陽能？關(guān)鍵在存儲

全球?qū)?a href="http://msthinker.com/news/list/6/" target="_blank">太陽能和風(fēng)力發(fā)電的需求在不斷激增。2009年以來，全球太陽能光伏的裝機量平均每年增加了約40%，而風(fēng)力發(fā)電力的裝機容量已經(jīng)增加了一倍。

風(fēng)能和太陽能產(chǎn)業(yè)的急劇增長，已經(jīng)導(dǎo)致公共部門開始測試大規(guī)模能夠存儲多余清潔電力并且在陽光和風(fēng)力供應(yīng)都不足時按需傳送電力的技術(shù)。

現(xiàn)在，一組來自斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)就為電網(wǎng)制造電池和其他存儲技術(shù)的“巨大成本”進行了研究。目前的問題是，可再生能源的供應(yīng)，例如風(fēng)能和太陽能光伏，是否可以產(chǎn)生足夠的能量來推動其自身的成長以及必要的儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“當(dāng)創(chuàng)建一項新技術(shù)時，你必須預(yù)先投入大量的精力，”斯坦福大學(xué)的一位研究助理邁克爾•戴爾表示。“研究表明，風(fēng)力渦輪機和太陽能光伏裝置現(xiàn)在生產(chǎn)的能量比它們消耗的能量要多。問題是，風(fēng)能和太陽能產(chǎn)業(yè)能夠負擔(dān)得起多少額外的電網(wǎng)規(guī)模的存儲，而能源供應(yīng)商仍然能夠為電網(wǎng)保存多少額外的電網(wǎng)規(guī)模的存儲。”

在發(fā)表于三月十九日《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版的文章中，戴爾和他的斯坦福大學(xué)的同事發(fā)現(xiàn)，從一個充滿活力的角度來看，風(fēng)電行業(yè)能夠輕松負擔(dān)起大量的存儲，足以提供超過三天的不間斷電力。然而，該研究還發(fā)現(xiàn)，太陽能產(chǎn)業(yè)僅能負擔(dān)起約24小時的能量儲存。這是因為，與風(fēng)力汽輪機相比，它需要應(yīng)用更多的能量來制造太陽能電池板。

“我們研究了通過現(xiàn)時構(gòu)建電池和其他存儲技術(shù)而有可能給風(fēng)能和太陽能產(chǎn)業(yè)造成的負擔(dān)的增加，”該研究的主要作者戴爾表示。“我們的分析表明，今天的風(fēng)電行業(yè)，甚至是具有大量電網(wǎng)規(guī)模存儲的風(fēng)電行業(yè)，是積極可持續(xù)的。我們發(fā)現(xiàn)，通過減少用于制造太陽能光伏發(fā)電的能量，太陽能產(chǎn)業(yè)也能實現(xiàn)可持續(xù)的存儲能力。”

他表示，還需要減少對電池制造的能源投入。

有力的風(fēng)

多年來，消費者已經(jīng)習(xí)慣于認為靠煤炭、天然氣或石油運行的發(fā)電廠是電力需求的主要來源。但是這些可提供可靠的、不間斷的能量的化石燃料，還會散發(fā)出數(shù)億噸溫室氣體，造成全球變暖。

風(fēng)能和太陽能發(fā)電場提供無排放的能源，但是只有在刮風(fēng)和陽光普照的時候才會發(fā)電。過剩能量可以被存儲用于以后使用，但是今天的電網(wǎng)不具有存儲能力，因此使用了其他措施來平衡電力供應(yīng)和需求。

在這項研究中，斯坦福大學(xué)的小組為電網(wǎng)考慮了多種存儲技術(shù)，包括電池和地質(zhì)系統(tǒng)，例如抽水水電存儲。對于風(fēng)電行業(yè)，這個發(fā)現(xiàn)是非常有利的。

“風(fēng)能技術(shù)產(chǎn)生的能量比其消耗的能量多得多，”戴爾表示。“我們研究表明，風(fēng)能事實上產(chǎn)生了足夠的富余電量來支持長達72小時的電池使用或地質(zhì)儲存。這表明，該行業(yè)可以部署足夠的存儲以應(yīng)付三天的風(fēng)力間歇，這在許多天氣系統(tǒng)中都是常見的，并且仍然向社會提供凈電力。”

該結(jié)果對于陸上風(fēng)力渦輪機非常有利。“我們發(fā)現(xiàn)，通過三天的地質(zhì)儲存支持的陸上風(fēng)電，可以支持100%的年增長率——也就是說，每年在規(guī)模方面翻一番——并且仍然能保持能量過剩狀態(tài)，”他表示。

“這些結(jié)果是非常鼓舞人心的，”研究的共同作者、斯坦福大學(xué)能源工程的教授兼全球氣候與能源項目(GCEP)的主任薩莉•本森表示。“他們表明，你可以創(chuàng)建一個通過將風(fēng)能和存儲結(jié)合在一起來增長及本身的可持續(xù)的能源系統(tǒng)。這取決于該行業(yè)的增長速率，因為你增長的越快，你就需要更多的能量來建造新的渦輪機和電池。”

太陽能行業(yè)

斯坦福大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，對于太陽能行業(yè)，我們需要進行更多的工作來使電網(wǎng)規(guī)模的存儲得到大力發(fā)展。該研究顯示，一些太陽能技術(shù)，如單晶硅電池，成長得如此之快，以至于它們成為凈能阱——也就是說，它們消耗的功率比他們提供給電網(wǎng)的要多。從能量的角度來看，這些行業(yè)“不能支持任何水平的存儲，”該研究總結(jié)稱。

“我們的分析表明，從一個充滿活力的角度來看，大多數(shù)光伏技術(shù)與一個電池和泵送水電的等量混合一同只能承擔(dān)起長達24小時的存儲，”戴爾表示。“這表明，具有足夠存儲的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以被部署于夜間來提供電力，并且該行業(yè)仍然能夠以凈能量盈余來運作。”

風(fēng)能優(yōu)于太陽能的一個優(yōu)點是，它在投資方面具有巨大的能源回報，本森解釋稱。“在短短幾個月內(nèi)，風(fēng)力渦輪機所產(chǎn)生的電力就足以償還所有用以構(gòu)建它的能量，”她表示。“但是，一些光伏發(fā)電的能源回收期用了近兩年的時間。而為了實現(xiàn)可持續(xù)地支持電網(wǎng)規(guī)模的存儲，需要將用于制造光伏電池的礦物燃料的量不斷減少。”

其他費用

斯坦福小組主要專注于研究風(fēng)能和太陽能發(fā)電場部署存儲的巨大成本。研究人員并沒有計算每隔幾年需要多少能量來建立和替換電網(wǎng)規(guī)模的電池，也沒有考慮建造和安裝大型存儲系統(tǒng)的財務(wù)成本。

“人們經(jīng)常會問，對于間歇性可再生能源來說，存儲是一個好的還是壞的解決方法?”本森表示。“這位問題太過于簡單化了。它既不好也不壞。雖然風(fēng)電中電網(wǎng)規(guī)模的存儲與從電網(wǎng)購買電力相比可能不符合成本效益，但是它非常的實惠，即使是以兩位數(shù)的速率增長的風(fēng)電行業(yè)。

“在太陽能行業(yè)能夠承擔(dān)得起像今天風(fēng)能所承擔(dān)的存儲之前，它需要持續(xù)地降低其用于建造光伏組件的能量。”