没有电池,人类如何大规模储存电能?

目前国际上电能储存的主流方式是抽水,准确的说是建设抽水蓄能电站,将电能转化为水势能储存起来。

具体操作就是找一个比较高的地方,在这里建一个巨大的水库,然后在水库下面建一个同样大小的蓄水区。如果产生的电没有用完,就用电机把较低的水提升到较高的水库储存起来。缺电时,把高水库的水放出来,利用高差产生的势能发电。

然而,抽水蓄能电站的缺点也是显而易见的。一是抽水蓄能电站选址高,需要建设两个相邻的大型水库。而且两者之间要有一定的高度差,大部分地方都不符合要求。其次,电能在储存和转换过程中有一定的损耗,电能的转换率只有70%到80%左右。也就是说,抽水蓄能电站储存1度电,送出去就只剩下0.7到0.8度电。

那么,除了抽水蓄能电站之外,我们还有没有其他办法来储存电大规模呢?

除了抽水蓄能电站,压缩空气是另一种常用的大规模储存电能的方法。首先,当电能过剩时,我们用压缩机把空气压缩成高压空气。当需要电力时,我们释放高压空气带动涡轮发电,将高压空气的内能转化为电能。

压缩空气的方法听起来很简单,但实现起来比抽水蓄能困难得多,而最困难的问题就是如何储存高压空气。

显然,如果高压空气像液化石油气一样储存在金属罐里,光是成本就难以承受。要解决这个问题,国际上最主流的解决方案是将高压空气储存在地下,比如在地下数百米的废弃矿井或洞穴中。

这种用压缩空气储存电能的电站在国内也在建设中,其中最大的是江苏金坛盐穴储气库项目,总投资55亿。该项目于2020年8月开工,初期规划60 MW,远期规划1,000 MW。

但是利用高压空气储存电能有一个很大的缺点,就是高压空气转化为电能的效率太低,只能达到20%到30%,剩余的能量只能浪费在转化中。

除了水电站和压缩空气这两种主流的储能方式,科学家们还探索出了很多奇特的储电方式,比如将电能转化为机械能的飞轮储能,将电能转化为磁场的超导储能等等。