Hydrostor計劃在8月份把幾個大型、氣球狀的袋子沉入安大略湖,然后使用Toronto Hydro電網的電運行一臺壓縮機,用空氣填滿這些袋子。當需要用電時,空氣被排出,通過膨脹渦輪機后用于驅動渦輪機作業。這將是世界上首個水下壓縮空氣儲能的商用設施。
使用壓縮空氣儲能并不是一個新的概念。壓縮空氣儲能系統可以追溯到19世紀70年代。今天,壓縮空氣主要儲藏在地下洞穴、管道,甚至儲藏在汽車或者火車的小型儲蓄罐中提供動力。多年來,科研人員對水下儲能進行過多次試驗,這可以追溯到20世紀80年代2012年,諾丁漢大學動力學教授Seamus Garvey設計了一種使用Thin Red Lin Aerpspace的袋子制作的水下儲能系統,并把它放在遠離蘇格蘭Orkeney島的水下。Garvey教授說:“這是把儲能放在最需要的地方—海上發電。”
Thin Red Line Aerospace氣球狀袋子
Hydrostor總裁Curtis Van Walleghem指出,他的公司在4年前就開始著眼于這項技術的研發,主要是作為風力發電的編外項目。最初,公司計劃使用抽水蓄能。雖然抽水蓄能的效率達到80%以上,但是受地理條件的限制,并且小規模使用的經濟性不高。“所我們就像,如果將1立方米的水抽到空氣中是最佳的儲能方式,那么反其道而行之或許也是可行的—就是把空氣存入水中,”Van Walleghem補充道。
水下壓縮空氣存儲的原理非常簡單:空氣袋停留在水下至少25米處(理想狀態是100米或者更深),水的重量就會壓迫空氣,給定的空間內部可以進去更多的空氣存儲能量(每深10米就增加約1個大氣壓,或者10萬帕斯卡)。Garvey教授表示:“在水深500米以下,與能量轉換的機械些成本相比,牽引成本基本可以忽略不計。”
在該公司的水下壓縮空氣儲能系統中,氣球狀的袋子(Hydrostor稱之為“靈活的蓄電池”)將會被置于水下80米處,可以供應1兆瓦的電力,持續時間約3小時左右。Hydrostor還會對固定壁的蓄電池(fixed-wall accumulator)進行測試,這種蓄電池會取代容器中的水。Van Walleghem補充道:“這是我們能完成的最小尺寸。還有一種是可以提供20——30MW的電力,時間10-20小時。Hydrostor的終極目標是制作效率在60%-70%的儲能系統。這項技術可以簡單擴容,我們把氣腔做得更大,沒有上限。”今年年底,Hydrostor計劃在阿魯巴島安裝更大、更深的水下壓縮空氣儲能設施。
2011年,Hydrostor測試水下壓縮空氣儲能設施
目前,Hydrostor面臨的一個關鍵技術性難題是當壓縮空氣時,如何捕捉釋放的熱能,并隨后在空氣膨脹冷卻的過程中用于加熱。位于加拿大安大略省溫莎大學的副教授Rupp Carriveau解釋說:“在壓縮過程中,空氣的溫度可以達到650℃。如果你不能捕捉到這些廢棄的熱量,你的能效會很低。”他曾在早些時候對Hydrostor的水下壓縮空氣儲能系統提出一些建議。最終得出的解決方案是把現成的熱交換器和一個隔熱的水槽結合使用。
事實上,Hydrostor嘗試了各種可能的方法。Van Walleghem表示:“可靠性對公共事業公司來講至關重要。在完全投入商業化之前,我們不能有功利心理。”Hydrostor公司的和作者和投資者都很看好這項技術。Hydrostor拒絕透露這個Toronto水下壓縮空氣儲能系統的精確成本,但是Van Walleghem表示足有上百萬美元。