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如果空氣也能當成充電池?

2020-12-14  大科技雜...

不久前,英國的工程師已經成功發明出了用空氣儲存能源的技術,只不過,他們為什么要發明出這樣一種技術?

用來儲存可再生能源

如今,人類所消耗的能源當中,至少已經有20%的能源是可再生能源,并且這一比例還將不斷擴大。另外,用來生產可再生能源的技術也日趨發展。但是,在此過程中,一個重要的問題暴露出來了,那就是可再生能源的儲存問題。

工程師可以隨意地操控由煤炭和石油所產生的能源。當人們對電量的需求少時,可以減少化石燃料的燃燒,從而達到節省燃料的目的;當人們對電量的需求增長時,工程師可以及時添加化石燃料,從而滿足人們的需求。

然而,可再生能源就不能這樣了。以太陽能為例,情況往往是:在早上,太陽能供大于需,此時的可再生能源不僅能滿足人們的需求,而且還有盈余,但由于沒有儲能設備,那些用不完的太陽能就只能浪費掉了;到了晚上,由于沒有了太陽,這時的太陽能大大地減少,而人們在家中會同時使用其他電器,用電不僅沒有減少,甚至還有增加。這種供需矛盾如果不能解決,太陽能等可再生能源的推廣就會遇到瓶頸。

為了解決可再生能源的儲能問題,英國工程師就發明了用空氣來儲能。但是,英國工程師為什么不直接使用鋰電池,而是專門發明出這樣一種新技術?

空氣充電,好處多多

實際上,工程師們已經設想和模擬其他各種各樣的方法了。例如,有這樣一個“抽水蓄能”模型,把多余的可再生能源用來抽水,然后利用這些水來制造一個瀑布,這條瀑布會推動渦輪機來進行發電。但這個蓄能方法受限于地理條件,只能用于有豐富水資源和較高的高低落差之地。

工程師們還曾試過制造巨型的蓄能鋰電池。但是鋰本身就是一種稀缺且昂貴的資源,在開采鋰以及處理報廢巨型鋰電池的過程中會對環境造成嚴重的污染。而且,這種巨型鋰電池的使用時間最長只有10年。使用其他改進的電池也不行,澳大利亞已經在研制使用各種不同的電池電解液來儲存可再生能源,盡管這項技術很有前景,但其制造價格昂貴,更重要的是,它會向空氣中釋放有毒的化學物質。

而空氣就沒有前面提到的各種局限性。用空氣來儲存可再生能源,不僅很少受地理條件的限制,儲能效率很高,原料來源環保,而且空氣本身就是可循環利用的。

液化空氣來發電

當空氣被冷卻到-196℃時,它會變成液態。在利用空氣儲能的工廠中,把空氣冷卻到-196℃所使用的能源就取自多余可再生能源。液態空氣隨后會被儲存到極其隔熱的大型鋼制氣罐中,這種大型鋼制氣罐工作原理和功能類似于保溫瓶,只不過它的效果會更好一些。

根據能量守恒定律,物質的能量不會憑空產生和消失??諝庵阅軌蚶鋮s,其原因就在于它的“熱能”被移出來了,而這被移出來的熱能會被儲存到另一個地方。到了晚上,需要補充發電能源時,這些儲存在另一個地方的熱能就會直接用來加熱液化空氣,而不需要工程師額外燃燒其他燃料來提供熱能。

此時,被加熱的液化空氣會瞬間汽化,轉化成體積為700倍的強勁氣流,這股強勁氣流又會推動渦輪發電機來進行發電。到了早上,工廠會重新補充空氣,而這補充的空氣就直接來自于當地的空氣。通過計算,跟“抽水蓄能”、流體電池和巨型鋰電池相比,空氣的儲能效率僅次于巨型鋰電池。另外,空氣還有兩個它們所沒有的優點,那就是環保和可循環利用。

用來冷卻空氣的工廠可以建在平原和一些高低落差不是太高的地方。另外,人們還可以在大型農場附近建造這種工廠,而且在工廠中,人們可以額外建造食物冷藏室,用已經液化了的冷空氣來冷藏食物,這樣,又能省下不少的能源。

第一座冷卻空氣的工廠已經在英國的曼徹斯特城落成。如今,該工廠晚上正在為附近的5000戶人家供電。也許在不遠的將來,晚上,就連我們的電器也有可能是由液化空氣來供電的。

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