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，這種冷藏需求預計會相應增加。目前，一個歐洲研究團隊和多家歐洲公司正在開發(fā)一種低溫能源儲存系統(tǒng)，以降低食品領域的碳排放，同時提供一種便捷的風能和太陽能儲存方式。

CryoHub計劃利用多余的風電和太陽能發(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冷藏。”

歐盟設立了兩個關鍵氣候目標：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)上述目標的關鍵所在。

英國已經(jīng)成為液態(tài)空氣儲能（LAES）技術的領導者。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?！?/p>

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)器的目標是通過回收余熱和利用食品倉庫的余冷，使整體效率達到60%至70%。埃文斯與其同事的首要任務是研發(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容量為100千瓦的示范電廠。埃文斯表示：“建造首個試點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。