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几种突破储能成本的方法正在研究中 目标是达到0.05美元每千瓦时

2020-01-04 08:57
微锂电
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为了将长时储能成本降低到0.05美元/千瓦时,美国能源高级研究计划局(ARPA-E)资助了10个团队,这10个研究团队在追求液流电池、氢储能和其他技术上的突破。

每个团队有自己的研究项目,团队利用联邦政府的拨款取得了一定程度的研究进展。研究项目包括用于整周备用的硫流电池,以及一种更有效的将电能转化为氢气再转化为电能的方法。

几种突破储能成本的方法正在研究中 目标是达到0.05美元每千瓦时 

根据美国能源高级研究计划局(ARPA-E)的DAYS项目,最终目标是实现每千瓦时0.05美元且可持续数日的储能。

以下是这10个项目的亮点,它们涵盖了企业、大学和其他团队。

硫流电池

液流电池利用电流产生电解液,电解液可以与电池分开储存,电解液通过电池的“流动”来产生电能。因此,使用液流电池的长时储能只需要较大的存储容量。

Form Energy公司研究这种硫流电池,该公司的目标是用比锂离子电池“便宜10倍或以上”的硫流电池来实现“整周备份电力”。含水的硫流电池是可充电电池中化学成本最低的,但其效率也较低。为了提高效率,公司正致力于阳极和阴极的配方、隔膜和物理系统的设计。

该公司有一个项目专注于研究硫锰流电池,与劳伦斯伯克利国家实验室、麻省理工学院和宾夕法尼亚州立大学是伙伴关系。

电解氢

田纳西大学诺克斯维尔分校的一个研究小组致力于提高电能转化为氢气再转化为电能的往返过程的效率。该小组目前的方法是用电来驱动一个电解槽,将水转化为氢和氧,然后利用燃料电池中的氢和氧来发电和供水。

几种突破储能成本的方法正在研究中 目标是达到0.05美元每千瓦时

小组首席研究员Thomas博士说表示,制造可再生燃料电池一直以来都是我们的目标,这是一种兼具燃料电池和电解质功能的单一设备。但在先前,这些设备的整体效率很低,因此这个新项目采取了另一种方法,通过改变电芯中的一种化学反应,绕过效率瓶颈。

研究小组将开发一种可逆性的燃料电池,将氢和氧转化为液态过氧化氢而不是水。首先,电被用来驱动可逆性燃料电池,它将过氧化氢转化为氢和氧然后将其储存起来,如此进行循环。使用过氧化氢代替水的好处是在充放电系统中有更高的效率。

锌溴液流电池

Primus Power公司在生产溴化锌流动电池,并从加州能源委员会获得了400万美元的拨款,用于增加25 kW、5 h的EnergyPod 2系统的电能。

根据ARPA-E授权,Primus Power公司将与哥伦比亚电化学能源中心合作,通过利用锌和溴在电池中的行为方式,不需使用分离器来分离带电的反应物。新的配置预计将允许所有的电解液储存在一个单一的槽中,而非多个电池,从而减少了系统成本。

热伏发电

安托拉能源公司(Antora Energy)将使用电力来驱动电阻式加热器,将碳块加热到2000°C以上。碳块将被暴露在热伏板上用于发电。Antora开发一种“热伏发电热机”,通过新型材料以及摩杰智能系统设计将面板的效率提高一倍。

镁锰氧化物发电

位于密歇根州立大学(Michigan State University)的研究小组将开发出一套模块系统,将镁锰氧化物(Mg-Mn-O)颗粒加热到足以释放氧气的温度。为了发电,该系统将空气通过粒子(现在是Mg-Mn)引发化学反应,释放热量来驱动燃气涡轮发电机。

热储能发电

在这里,有三个项目的目标是提高以热的形式储存电能的效率,然后利用这些热能来驱动涡轮发电机组。

几种突破储能成本的方法正在研究中 目标是达到0.05美元每千瓦时

美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)和科罗拉多矿业学校合作,将开发一种利用电力驱动高性能热交换器的系统,该热交换器将把价格低廉的固体颗粒加热到1100 ℃以上。这些颗粒被储存在保温筒仓中,最长可达几天。当需要电力时,热颗粒将通过流化床热交换器,加热工作流体,从而驱动附着在发电机上的布雷顿能量联合循环涡轮机。

布雷顿能源公司将开发具有成本竞争力的热储能系统与创新型的涡轮机。其中每个涡轮机械阶段都被设计成既充当压缩机又充当涡轮,在充放电周期之间交替使用。通过简化系统,该方法有望提高效率并降低资本成本。

为了发电,将使用电力加热如沙子或混凝土等低成本的材料,然后用产生的热能加热液态二氧化碳,先将其加热到超临界压力,被加热的超临界二氧化碳将通过涡轮膨胀来发电。

加压地下水发电

几种突破储能成本的方法正在研究中 目标是达到0.05美元每千瓦时

Quidnet能源公司正在开发一种将水泵入地下承压岩石,产生高压的方法。通过ARPA-E的资助,Quidnet可以展示利用地下的高压水发电的能力,找到合适的方法使美国的多个地区都可以进行此操作。

在上述10个项目中,有5个项目将在2021年完成,另外5个将在2022年完成。每个团队必须估算一个完整的系统成本,并参照ARPA-E的0.05美元/千瓦时的长期存储目标。

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