抽水蓄能

閆升

人類的一切活動都離不開能源。小到呼吸心跳，大到工廠設(shè)備運轉(zhuǎn)，能源驅(qū)動著地球上所有生物的繁衍和整個人類社會的運轉(zhuǎn)。從古至今，我們從一開始燒樹葉、樹枝，演變到后來燒煤炭、石油、天然氣等化石燃料，到今天開始使用風(fēng)能、水能、地?zé)崮堋⒑四艿刃履茉础鋵?，我們所使用的絕大部分能源，最初都來自太陽。太陽蘊藏著難以想象的龐大能量，太陽每秒鐘要消耗420萬噸物質(zhì)，從太陽誕生到今天，太陽總共消耗了相當(dāng)于100個地球質(zhì)量那么多的物質(zhì)。這些能量以光和熱等形式輻射到地球。據(jù)統(tǒng)計，地球每秒接收的太陽能量，比全人類24小時內(nèi)消耗的總能量都多。

為了減少碳排放，減少使用過程中會排放碳的化石燃料的消耗量，直接利用太陽能是很明智的做法，畢竟風(fēng)能、水能、潮汐能都是“二手”的太陽能。1839年，法國物理學(xué)家貝克勒爾偶然發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)：在一定條件下，半導(dǎo)體材料能夠在光照下產(chǎn)生電勢差，也就能形成電流。經(jīng)驗證，硅被認為是最適合制作光伏發(fā)電面板的半導(dǎo)體材料。從發(fā)明之初到今天，硅基光伏面板發(fā)電的成本也在以驚人的速度迅速下降：從最開始的每瓦特50多元，一直下降到今天的每瓦特1.75元。

光伏發(fā)電面板組成的“藍色海洋”

光伏發(fā)電廠也改變了所在地的生態(tài)

我國的甘肅、青海、新疆、西藏和內(nèi)蒙古等省、自治區(qū)充分利用自身光照時間長的天然優(yōu)勢，大量建造光伏發(fā)電廠。由于光伏發(fā)電廠一般修建在缺少植被、巖石裸露的荒地，沙塵很容易覆蓋面板，降低發(fā)電效率，故清洗面板成了光伏發(fā)電廠的日常工作。因日常清洗工作而形成的“長期灌溉”卻讓光伏電廠下方的沙土變得濕潤，光伏面板本身又降低了下方沙土的蒸發(fā)量，久而久之，光伏發(fā)電廠長出了許多植被，黃土地變得郁郁蔥蔥。為了避免植被陰影影響發(fā)電效率，一些光伏發(fā)電廠還請來當(dāng)?shù)啬撩?，讓羊吃掉電廠里的植被。

不過，太陽能長期以來被扣著“垃圾電”的帽子，這是因為：光伏電廠產(chǎn)生的電時多時少，波動很大，并且全天只有白天能發(fā)電，晚上只能作罷。這種巨大的波動性和晝夜間歇性運轉(zhuǎn)對輸電網(wǎng)提出了巨大挑戰(zhàn)。

為了解決光伏發(fā)電廠的波動性和間歇性難題，工程師提出了解決方案：在白天，光伏電廠的一部分發(fā)電量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，另一部分發(fā)電量儲存起來;到了晚上，儲存起來的電量輸送上網(wǎng)。這樣一來，光伏發(fā)電廠就能持續(xù)輸出上網(wǎng)電了。

可問題是，用什么來儲存白天產(chǎn)生的額外電能呢？電池的儲電能力太弱，并且本身的壽命也不夠長，還存在超出壽命后的處理和回收等難題。為此，人們提出了一系列大規(guī)模儲能方案，其中被應(yīng)用最多的一種是抽水儲能：在白天，光伏發(fā)電廠產(chǎn)生的多余電能驅(qū)動水泵，將位于山腳下的蓄水池中的水泵到位于更高處的蓄水池，這樣一來，電能就被轉(zhuǎn)化成了水的重力勢能。到了晚上，高處蓄水池開閘放水，以穩(wěn)定的流速驅(qū)動發(fā)電機的葉片旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的電能并傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。