美研究發(fā)現(xiàn)：壓縮空氣系統(tǒng)可減少發(fā)電成本

    美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)的工程師Georgianne Peek認(rèn)為，透過(guò)將壓縮過(guò)的空氣存放在地下洞穴中，將可望協(xié)助減少一半的發(fā)電成本。在離峰時(shí)間內(nèi)，若壓縮機(jī)對(duì)地洞施加每平方英吋1,200磅(相較于海平面15psi)的壓力，則壓縮過(guò)的空氣將可讓發(fā)電機(jī)在尖峰用電時(shí)間內(nèi)更有效率。

    Peek表示：“壓縮的空氣系統(tǒng)就如同一個(gè)超大型電池，然而，不同于電池透過(guò)電化學(xué)(electro-chemical)的處理程序儲(chǔ)存電能；我們利用壓縮的空氣來(lái)節(jié)省50%的電力。”

    Peek是桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目經(jīng)理，該實(shí)驗(yàn)室位于愛(ài)荷華儲(chǔ)存能量園區(qū)(Iowa Stored Energy Park)，園區(qū)內(nèi)包含超過(guò)100臺(tái)隸屬于愛(ài)荷華州、明尼蘇達(dá)(Minnesota)州和達(dá)柯達(dá)(Dakotas)州的公共設(shè)備。采用具有50小時(shí)儲(chǔ)存容量的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，這些公共設(shè)施的額定總耗電量為每小時(shí)268MW至13,400MW。

    白天時(shí)，愛(ài)荷華的設(shè)備利用風(fēng)力發(fā)電；晚上則利用地洞中的壓縮空氣來(lái)節(jié)省電力。而這種方式可讓各個(gè)參與的州政府每年節(jié)省500萬(wàn)美元的電費(fèi)。

    桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究員目前正以愛(ài)荷華作為核心研究樣本，以確立地洞方案的可行性。此外，該實(shí)驗(yàn)室的研究專家Steve Bauer利用地質(zhì)力學(xué)(geomechanics)進(jìn)行有關(guān)地質(zhì)、水文以及巖石物理學(xué)的研究，設(shè)計(jì)出愛(ài)荷華地下空氣儲(chǔ)存洞穴，以此決定該施加多大的壓力以及了解在多大壓力下會(huì)導(dǎo)致空氣溢出。

    Peek表示：“少量空氣確實(shí)會(huì)從儲(chǔ)存裝置中溢出，然而，這個(gè)四周由石頭做的容器滲透性極低，所以溢出的空氣體積是相當(dāng)少的。”

    Bauer的研究小組將從近期的核心樣本結(jié)果得知愛(ài)荷華基地是否適合架設(shè)空氣壓縮系統(tǒng)。若一切結(jié)果如同預(yù)期，愛(ài)荷華空氣壓縮設(shè)備將于2012年正式上線。

   愛(ài)荷華以及美國(guó)其它州的設(shè)備于離峰使用時(shí)間儲(chǔ)存壓縮的空氣，接著利用一個(gè)能提升燃?xì)鉁u輪機(jī)燃料效能、由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的換熱器(heat recuperator)，來(lái)回復(fù)白天所儲(chǔ)存的能量。

    這些地洞必須是密閉的，也必須具有正確的大小尺寸來(lái)儲(chǔ)存足夠的壓縮空氣。“壓力取決于許多項(xiàng)目，包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)的深度以及所需儲(chǔ)存的能量”，Peek稱。

    接著換熱器對(duì)結(jié)合壓縮空氣與燃料的混合壓縮燃料進(jìn)行加熱，透過(guò)一連串平行風(fēng)口對(duì)該壓縮燃料加熱產(chǎn)生熱耗，預(yù)熱的氣體能更有效地達(dá)到燃點(diǎn)，因此更有效地節(jié)省燃?xì)鉁u輪機(jī)對(duì)燃料的消耗。

    Peek表示：“利用電壓縮空氣并將之以能量的方式儲(chǔ)存，接著利用壓縮的空氣來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)燃?xì)鉁u輪機(jī)以產(chǎn)生電力，并將電力運(yùn)回電網(wǎng)。雖然所有天燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)都各自有其壓縮循環(huán)，但是，具有空氣壓縮系統(tǒng)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)較有效率，因?yàn)樗鼈兌际褂妙A(yù)壓縮空氣。”

   Peek希望最終能建構(gòu)一個(gè)綠色空氣壓縮設(shè)備，包括一個(gè)完全利用壓縮空氣運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)。他表示，目前一個(gè)歐盟研究計(jì)劃正試圖儲(chǔ)存壓縮的熱能，并利用壓縮熱能以及壓縮空氣來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)蒸氣發(fā)電機(jī)。該技術(shù)稱為‘預(yù)先隔熱’(advance adiabatics)，可以省去對(duì)石油的需求。

    歐盟的計(jì)劃需要使用一個(gè)隔熱發(fā)電機(jī)，相對(duì)于換熱器，它可以將熱轉(zhuǎn)換為燃料；利用滑動(dòng)壓力渦輪產(chǎn)生由壓縮引起的溫度變化，驅(qū)動(dòng)一個(gè)蒸氣發(fā)電機(jī)。