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水電站為什麼能發電

生活 更新时间:2024-12-27 03:27:44
清潔能源介紹

随着世界各國承諾實施碳中和這個偉大目标,許多清潔能源就紛紛登場了,比如風能、太陽能等等。

但是這些能源往往不被看重,還被稱為垃圾電。

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主要是因為風是間歇性的,就會導緻風力發電輸出的電能也具有間歇性的特點,而光伏發電功率則受各種因素影響,甚至一日内的變化也極度明顯,随機性強。

說白了都是靠天吃飯,不受我們人為控制的。

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并且在用電高峰的時候,這些新能源産生的電可能還不夠用,而在用電低谷的時候,又會出現電力過剩,從而導緻棄電的現象。

但不管怎麼說,這些都還是清潔能源,是老天賞賜的,可就這麼白白浪費,确實可惜!

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至于核能,雖然也不錯,但是也有危險,而且出了事都是重大事故,日本福島核洩漏的例子還曆曆在目呢,德國都準備全面棄核了。

那怎麼辦呢?

我們可以把多餘的電儲存起來,等需要用電的時候再輸出,這就需要用到儲能技術了。

混凝土儲能技術

儲能分很多種,比如電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和熔鹽儲能等等。

除此之外,還有一種最讓人不可思議的叫做-混凝土儲能發電。

對,就是利用混凝土來儲存電能,是不是滿臉疑惑呢?

這個想法最早是由瑞士一家名為Energy Vault的公司提出,并且人家不是說說而已,還真實際幹起來了!

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他們用數千塊混凝土塊去壘出一個巨大的圓柱體建築,然後在中間放置一台向外伸出6個支架的巨型塔吊起重機,讓每一個支架都帶着一個重達35噸的混凝土塊,上上下下地吊來吊去。

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把磚塊搬來搬去就能儲能? 是不是真的?

嗯!确實是真的!

它的工作原理也很簡單,初中物理就能看懂,一點也不超綱。

在生産的電能有盈餘的時候,就用多餘的電能驅動吊塔,把重達35噸的混凝土方磚吊起,并壘起120米的高塔,相當于30多層樓的高度。

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當電力匮乏時,吊塔便把混凝土塊放下,讓其自由下落,在下落的過程中由重力驅動,吊塔連接的發電機會被帶動,從而快速且大量持續發電。

裡面用到技術其實就是重力勢能。把電能轉化為勢能儲存起來,等需要的時候再通過重力勢能釋放出來。

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塔吊的六個臂協同工作的時候,大大提升了供電持續性,而且材料用的是混凝土塊呀,根本壞不了,非常穩定。

這其實與抽水蓄能的方法很相似。

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隻不過後者是通過将水泵送到高處的水庫來儲存能量,讓水下落帶動渦旋機來回收能量,而前者隻是利用混凝土和起重機代替了水和水庫。

可以說混凝土儲能工程都不生産能量,隻是能量的搬運工!

這種騷操作也是絕了!

儲能效率介紹

值得一提的是,這種儲能整套系統價格是不貴的,最昂貴的部分可能就是裡面的混凝土砌塊。

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而為了降低價格,他們開發了一種機器,可以混合城市裡經常不要的廢物,如建築垃圾、煤灰、泥土等,用它們來制造出的混凝土材料,成本低,環境污染也小。

它設計使用壽命可達30年以上,同時擁有高達 80% - 90% 的儲能效率。

這個很誇張了好吧,我來給大家聊聊其他儲能方式的效率。

電池儲能最普遍的例子就是現在電動車上的化學電池,儲能效率一般在80%左右,缺點也很明顯,就是續航能力短、安全性較低,電動車發生電池起火的事件也不少見。

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抽水儲能,目前來說相對成熟穩定可靠,但是占地面積大,對選址要求很高,儲能效率一般在60%-75%左右。

壓縮空氣蓄能,它是利用電力系統負荷低谷時的多餘電量,由電動機帶動空氣壓縮機,将空氣壓入作為儲氣室的密閉大容量地下洞穴。

當系統發電量不足時,将壓縮空氣經換熱器與油或天然氣混合燃燒,導入燃氣輪機作功發電。

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它的儲能效率是50%,效率較低,畢竟在壓縮空氣過程中會有一部分能量以熱能的形式散失,而在膨脹之前必須要重新加熱。

飛輪儲能是在電力充足的條件下,由電能驅動真空懸浮條件下的飛輪高速旋轉,電能轉變為機械能存儲。

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當系統需要時,飛輪減速,将飛輪的動能轉化成電能,有點像騎自行車時的上下坡。

這種方式使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數限制,儲能效率可以達到90%,但是儲能時間短,如供電停止,能量在幾到幾十個小時内就會自行耗盡。

技術分析

再來看看混凝土儲能,它的綜合能力還是比較優秀的,而且是高度自動化,全程不需要人為幹預。

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當起重機在其周圍形成一個混凝土砌塊塔時,該系統就處于“完全充電”狀态,就像一個巨型電池,可存儲在塔中的總能量為20兆瓦時(MWh),足以供應2000個瑞士住宅一整天。

當然了,千萬别以為這玩意很簡單!

裡面可複雜着呢,比如它對塔吊的操作精度要求就非常高。

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幾十米長、迎風飄擺的纜繩,需要做到讓5000塊磚,每一塊的位置誤差都小于幾毫米。否則,百米高塔就真的會像小孩子搭的積木一樣,說塌就塌。

你以為這就完了?

還沒完!

2021年4月Energy Vault公司又推出了全新EVx能量庫方案。

由于目前透露出來的信息并不多,所以我查了相關資料,隻知道比之前會更穩定、可擴展更高、無化學火災風險、更加适應高溫/惡劣氣候天氣。

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同時存儲能力不會因時間而耗損,可将潛在能量儲存在位于高處的複合儲能塊中,并可無限期保存。

并且在EVx的基礎上還提出了“EVRC”(Energy Vault Resiliency Center™)的整體電廠的雛形,以此來緩慢替代現有老式發電廠。

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不得不說,這個想法真的是贊很美好!

并且Energy Vault公司稱其建築材料基本都可以使用可再生環保材料構築,這有可能就是未來的新型能源電廠雛形了吧!

最後

目前全球氣候變暖所引發的經濟衰退和自然災害,正在引起越來越多的人關注。

研究顯示,如果維持現有的排放情況不變,到本世紀末,地球的溫度将升高到災難性的 5℃。而根據《巴黎協定》,人類必須在本世紀将全球氣溫升高控制在 2℃ 以内。

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為了實現這個目标,大幅提高可再生能源的發電比例是重中之重。

而可再生能源本身并不完美。

太陽能似乎哪都有,但做不到24小時供電,對光照時長和光照角度都有一定的要求;風能在某些地方看似是無限的,但仍有間歇性的特點。

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即使是現在的傳統發電廠,也存在着用電低谷時的棄電現象。

所以為了彌補這些缺陷,儲能系統是必不可少的,它其實并不高深,我們機械手表裡的發條就是一種儲能裝置。

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隻要人類開動腦筋,我們還能開發出更多的儲能裝備,而像搬磚一樣的混凝土儲能就是其中一種很好的探索。

由于篇幅有限,還有一種同樣優秀的熔鹽儲能就沒法展開講了,它被用在甘肅敦煌的鏡子發電站上,想了解的朋友可以翻翻以前的文章。

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儲能系統終究是存儲能量的,可你知道哪種儲能系統最大嗎?我找到了一個,那就是地球的自轉~不知道在未來能不能實現呢?

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最後呢,歡迎有想法的朋友可以與我在評論區交流呀!

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