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致力于实现0.05美金/千瓦时的长时储能目标 美国寻求氢储能、液流电池等技术突破
2020-01-10分类:资讯 / 国际来源:UPS应用

为了使长时储能成本降低至0.05美金/千瓦时,由美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)资助的研究团队正在寻求液流电池、氢气储能和其他储能技术(甚至是热储能)的突破。


十个致力于降低长时储能成本的研究团队正在某种程度上展开竞争,他们利用美国联邦政府的资助取得了足够的进展,从而为试点规模的项目获得后续资助。其研究项目包括一个具有一周储能容量的锂硫液流电池,以及一种更有效的将电能转换为氢气然后再转换为氢气的方法。


根据美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)的DAYS计划,每个项目的目标是实现可以持续数天的0.05美金/千瓦时的储能目标。


以下是涵盖企业和大学等研究开发团队研究的几个储能项目。


硫基水系液流电池


液流电池的电解质可以与电池分开存储,通过流动电解液发电。因此,使用液流电池的长时储能只需要更多容量的电解质。


FormEnergy企业联合创始人MarcoFerrara表示,该企业的目标是使用硫液流电池实现一周的持续放电时间,并且比锂离子电池便宜10倍甚至更多。FormEnergy企业最终可能会在与Enel企业的联合储能项目中试用其电池技术。


FormEnergy企业表示:“硫基水系液流电池有着更低的成本,但效率低下。为了提高效率,该企业正在研究阳极和阴极配方、离子膜和物理系统设计。


这两家企业的一个项目专注于硫基水系液流电池和锰液流电池,并拥有三个项目合作伙伴:美国劳伦斯伯克利国家实验室、麻省理工学院、宾夕法尼亚州立大学。该项目旨在克服储能系统控制和活性物质穿过膜的不必要的挑战。


氢气储能


田纳西大学诺克斯维尔分校(UTK)的一个研究小组旨在提高将电能转化为氢气然后再转化为氢气这些过程的效率。目前的工艺为电解槽供电以将水转化为氢气和氧气,然后使用燃料电池中的氢气和氧气来生产电力和水。


研究小组的首席研究员ThomasZawodzinski博士在大学的资讯稿指出:“生产可再生燃料电池是一个长期目标,该设备既可充当燃料电池又可充当电解槽。但是,这种设备以前的整体效率很低。大家开发的新项目采用了另一种方法,即改变电池中的化学反应并突破效率瓶颈。”


这个研究团队将开发一种系统,在该系统中,可逆燃料电池将氢气和氧气转化为液态过氧化氢而不是水。随后,电力将用于为可逆燃料电池供电,而可逆燃料电池现在作为电解槽运行,将过氧化氢转化为氢气和氧气,而这些氢气和氧气也被存储起来,并准备再次开始循环。而使用过氧化物代替水的好处是系统充放电效率更高。


全球对“绿色”氢气的投资正在加速,而“绿色”氢气是利用太阳能或风能生产的。


锌溴液流电池


Primus Power企业已生产溴化锌液流电池,并已获得加州能源委员会400万美金的资助,以部署装机容量为25kW、5小时的Energy Pod2的锌溴液流电池储能系统。


该项目获得美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)的资助,PrimusPower企业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,从而消除对隔板的需要,以使反应物在充电时保持分开。新的配置有望使所有电解液都存储在一个电解槽中,而不是多个电解槽中,从而降低了设备平衡硬件和系统成本。


热伏发电


AntoraEnergy企业将使用电力为电阻加热器供电,将碳块加热到2,000°C以上。为了发电,碳块将被暴露在热伏板中。Antora企业将开发一种“热电引擎”技术,以通过新材料和“智能系统设计”使面板效率提高一倍。


氧化镁锰发电


密歇根州立大学的一个团队正在开发一种模块化系统,该系统将氧化镁锰(Mg-Mn-O)颗粒加热到足够高的温度,以使颗粒释放氧气。为了发电,该系统将使空气流过颗粒(现在是Mg-Mn),从而引发化学反应,释放热量以驱动燃气轮机发电机。


电储能


研究的三个项目旨在提高将电力存储为热量的效率,然后利用这些热量来驱动涡轮发电机组。


美国国家可再生能源实验室将开发一种系统,该系统使用电力为高性能热交换器供电,该热交换器将低价的固体颗粒加热到1100℃以上。这些颗粒将在绝热料仓中存储长达几天。当需要电力时,热颗粒将通过流化床热交换器供料,加热工作流体以驱动连接到发电机的布雷顿能源联合循环涡轮机。科罗拉多矿业学院是一个项目合作伙伴。


布雷顿能源企业将“开发关键组件”,以创新的涡轮机械实现具有成本竞争力的热储能系统。该创新将与BraytonEnergy企业的“可逆、反向旋转的涡轮机设计有关,在该设计中,每个涡轮机级均设计为既充当压缩机又是涡轮机,在充放电循环之间交替。”该方法有望提高效率并降低通过简化电储能系统的投资。


Echogen将使用电来加热低成本的材料,例如沙子或混凝土。然而为了发电,其热量将用于加热液态二氧化碳(以前已达到超临界压力),而加热的超临界二氧化碳将通过涡轮膨胀以发电。


地下压力进行储能


QuidnetEnergy企业正在开发一种将水抽入地下密闭岩石来产生高压的过程。Quidnet企业将展示出利用地下压力储存发电的能力,并找到合适的方法进行该过程在美国多个地区开展工作。


未来发展


其中有五个项目将在2021年完成,其他五个项目将在2022年完成。每个项目团队必须估算一个储能系统的成本,该成本将与美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)的0.05美金/千瓦时长时储能目标进行比较。


美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)计划的第二阶段,以资助一个或多个在现场使用的原型系统的建设。美国能源部还通过一项补充计划,支撑低成本太阳能发电系统的研发。


原标题:美国研究团队致力于实现0.05美金/千瓦时的长时储能目标

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