儲存可再生能源并減少排放的液態(tài)空氣

編譯 許林玉

歐洲的CryoHub計劃欲將低溫儲存可再生能源與制冷結(jié)合起來。

冷藏食品是一項消耗能量的工作，冷藏食品倉庫和工廠同樣需要消耗大量能源。隨著氣候變暖以及全球食品消耗的增加，這種冷藏需求預(yù)計會相應(yīng)增加。目前，一個歐洲研究團(tuán)隊和多家歐洲公司正在開發(fā)一種低溫能源儲存系統(tǒng)，以降低食品領(lǐng)域的碳排放，同時提供一種便捷的風(fēng)能和太陽能儲存方式。

CryoHub計劃利用多余的風(fēng)電和太陽能發(fā)電將空氣冷凍至低溫，使其變成液體。在此過程中，空氣體積將縮小700倍，液態(tài)空氣儲存在與液氮和天然氣類似的絕緣低壓罐中。

當(dāng)電網(wǎng)需要電力時，零度以下的液體被泵入蒸發(fā)器中并膨脹成氣體，以此帶動渦輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電。液體膨脹時，還會從周圍的空氣中吸收熱量。倫敦南岸大學(xué)空調(diào)與制冷工程教授、CryoHub計劃協(xié)調(diào)員朱迪思·埃文斯（Judith Evans）表示：“這樣一來，基本上可以為食物儲存提供免費(fèi)冷藏。”

歐盟設(shè)立了兩個關(guān)鍵氣候目標(biāo)：一是至少32%的能源來自可再生能源，二是能效至少提升32%。歐盟承諾，將全球變暖控制在1.5℃之內(nèi)，上述目標(biāo)是實現(xiàn)這一承諾的有效舉措，而CryoHub計劃提供的可再生能源儲存和低碳制冷是實現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

英國已經(jīng)成為液態(tài)空氣儲能（LAES）技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。2018年夏天，總部位于倫敦的Highview Power公司推出了首個LAES系統(tǒng)，其位于曼徹斯特附近的示范電廠裝機(jī)容量為5兆瓦，可以為5 000戶家庭提供約3小時的電力。

與壓縮空氣儲能和抽水蓄能一樣，LAES可以儲存足夠的風(fēng)電和太陽能發(fā)電，為數(shù)十萬家庭提供數(shù)十年的電力。但壓縮空氣儲能和抽水蓄能由于電池所需空間太大，成本太高，且使用壽命有限，因此根本無法滿足這一需求，而LAES所需空間只相當(dāng)于壓縮空氣和抽水蓄能的一小部分，而且無須改變海拔高度，也不需要大型地下洞穴。

但是，LAES的問題在于它的往返效率很低。往返效率是指一端輸出的能量與另一端輸出能量之比。液化空氣并使其膨脹都需要消耗電力，效率也因此降低，Highview Power試點(diǎn)工廠的效率為17%。

不過，可以找到提高效率的辦法。液化空氣并使其膨脹的過程在消耗電力的同時，也會產(chǎn)生余能——分別為熱能和冷能。要提高往返效率，就必須充分利用這些余能。埃文斯表示：“理想的工藝應(yīng)該能夠在過程中儲存熱能和冷能，這樣就可以充分利用液化過程中產(chǎn)生的熱量和發(fā)電過程中產(chǎn)生的冷能。”

CryoHub計劃將通過LAES與工業(yè)制冷相結(jié)合來實現(xiàn)。協(xié)調(diào)器的目標(biāo)是通過回收余熱和利用食品倉庫的余冷，使整體效率達(dá)到60%至70%。埃文斯與其同事的首要任務(wù)是研發(fā)一種低成本、高效率的材料來儲存余熱。為此，他們正在對玻璃微珠進(jìn)行測試。利用附近工廠或發(fā)電廠的余熱來加熱制冷劑也是一種解決方案。

2020年，這個由來自5個國家的合作伙伴組成的團(tuán)隊將開始在比利時隆美爾的一個冷藏食品倉庫建造一座裝機(jī)容量為100千瓦的示范電廠。埃文斯表示：“建造首個試點(diǎn)示范電廠的目的并非一定要實現(xiàn)最高效率，而只是為了證明該系統(tǒng)具有可行性。作為首個示范項目，CryoHub將成為一個試驗場。我們需要了解的東西很多，而且許多事情還將取決于政府的激勵措施，并且有賴于是否能夠找到合適的市場。”

CryoHub研究人員繪制了歐洲各地的冷藏倉庫地圖。他們發(fā)現(xiàn)，LAES的最大受益者將會是西歐和南歐國家，因為它們擁有最多的冷藏設(shè)施和最大份額的可再生能源。例如，英國擁有需要消耗232兆瓦電力的142個大型冷藏倉庫，足夠為23萬多戶家庭供電。