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依靠自然風(fēng)和陽光等可再生能源發(fā)電，存在發(fā)電量不穩(wěn)定的問題。因此，專家正在探索儲蓄富裕能量的方式，以便在需要時再將其轉(zhuǎn)換為電能。方案之一是地下儲氫，這種方式經(jīng)濟(jì)高效，能夠快速為電網(wǎng)輸送電力。

刮風(fēng)是一種自然現(xiàn)象，*不以人的意志為轉(zhuǎn)移。但當(dāng)今時代，隨著風(fēng)力發(fā)電的作用日益重要，這個自然現(xiàn)象對人類的電力供應(yīng)產(chǎn)生了巨大的影響。2007年，風(fēng)力發(fā)電占德國用電總量的6.4%，達(dá)到397億度，而且，據(jù)德國可再生能源聯(lián)合會（BEE）的預(yù)測，到2020年，這一數(shù)字有望上升至25%（即1,490億度）。到那時，德國風(fēng)電機(jī)組的總裝機(jī)容量將達(dá)到550億瓦，是2007年的220億瓦的兩倍以上。

地下蓄能系統(tǒng)（上圖）也是一種解決方案。

目前，德國風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量已占全球風(fēng)電機(jī)組總裝機(jī)容量的20%。不久前，德國還是全球風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量最大的國家，但如今已被美國趕超，屈居第二。雖然就遏止全球變暖而言這是一個好消息，但卻也為電力行業(yè)帶來了一個問題。風(fēng)力發(fā)電和用電的時間規(guī)律并不總是*，一般而言，夜間風(fēng)電機(jī)組可以生產(chǎn)更多的電能，而這個時候正是用電低谷時段。常規(guī)發(fā)電廠可以通過調(diào)峰來順應(yīng)用電時間規(guī)律，簡而言之就是在不同的時段投入不同數(shù)量的燃料。但就產(chǎn)量波動不定的發(fā)電方式而言，調(diào)峰的作用非常有限。

理想的辦法是暫時存儲多余的電能，在需要的時候再將其饋回電網(wǎng)。電網(wǎng)本身不具備這種功能，因為它是一套*均衡式系統(tǒng)，也就是說，供電量和用電量剛好匹配。如果不匹配的話，交流電的輸電頻率將偏離規(guī)定的50赫茲，即在用電量超過供電量時低于50赫茲，在供電量超過用電量時高于50赫茲。

這兩種情況都必須避免，否則將危及連接至電網(wǎng)的設(shè)備，譬如電機(jī)、電器、計算機(jī)和發(fā)電機(jī)等。一旦由于電網(wǎng)負(fù)荷過高導(dǎo)致電網(wǎng)頻率下降至47.5赫茲，電廠必須立即脫離電網(wǎng)。

供大于求同樣會產(chǎn)生諸多問題。德國《可再生能源法案》規(guī)定，電網(wǎng)公司必須給予可再生能源上網(wǎng)優(yōu)先權(quán)。但是，大量的風(fēng)電上網(wǎng)意味著常規(guī)電廠不得不經(jīng)常關(guān)機(jī)，特別是燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠。這些電廠肩負(fù)著滿足當(dāng)前用電需求的重任，換言之，就是迎合周期性波動的用電需求。對那些滿足基本用電需求的電廠——主要是核電站和燃煤發(fā)電廠——而言，不斷開機(jī)關(guān)機(jī)相對而言比較復(fù)雜，而且成本很高。

在風(fēng)力很大的日子，我們會看到一些奇怪的現(xiàn)象。譬如，在這樣的日子里，發(fā)電廠可能需要在位于德國萊比錫的歐洲能源交易所出售多余的電能，價格之低幾乎相當(dāng)于白送。事實上，有的時候電廠甚至要倒貼。2009年5月3日就發(fā)生了這種倒貼現(xiàn)象，當(dāng)日每千度電以-152歐元的價格成交。換句話說，常規(guī)發(fā)電廠寧愿倒貼費用讓別人拿走自己生產(chǎn)的多余電能，也不愿暫時降低自身的發(fā)電量。

抽水蓄能。迄今為止的解決辦法是暫時存儲多余的電能，在風(fēng)力較小的時候或陰天再將儲蓄的電能饋回電網(wǎng)。一種成熟的方法是使用抽水蓄能電站。在用電量降低的時候，多余的電能用于將水抽入蓄水壩。一旦電力需求量上升，再讓壩中的蓄水流入位置較低的另一個蓄水壩，中間安裝水力發(fā)電機(jī)發(fā)電。這是一個簡單、高效的方法。抽水蓄能電站的實際效率（即發(fā)電量與抽水用電的比率）可達(dá)80%左右，如今，還沒有任何其他一種蓄能裝置可以在幾個小時內(nèi)供應(yīng)數(shù)千兆瓦的電能。事實上，目前全球各地在用的蓄能系統(tǒng)中，99%是抽水蓄能電站。

每單位體積的可比蓄電量

德國最大的抽水蓄能電站位于柏林西南大約350公里的Goldisthal，其裝機(jī)容量為1,060兆瓦，可滿足圖林根全州8個小時的用電需求。德國目前共有33座抽水蓄能電站，總裝機(jī)容量為6,700兆瓦，發(fā)電總量高達(dá)4,000萬度。每年，它們可生產(chǎn)大約75億度所謂的“調(diào)節(jié)電能”，滿足用電高峰期的需求，譬如在人們紛紛打開電器和燈具的晚間。抽水蓄能電站所儲存的能量可以在短短幾分鐘內(nèi)得以利用。

但是，在德國，增加抽水蓄能電站的數(shù)量并不像聽上去那么簡單。一方面，德國缺乏建造這種電站的適當(dāng)位置，另一方面，這種建設(shè)項目往往會遭到抵制。因此，德國發(fā)電廠選擇與鄰國的同行合作。例如，巴頓符滕堡州能源公司（EnBW）不僅在德國建設(shè)了自己的抽水蓄能電站，還在奧地利福拉爾貝格州建立了同樣的設(shè)施。再比如，擁有很長水電歷史的挪威，目前正在試圖本國的蓄電潛力。但是，這種在鄰國建設(shè)抽水蓄能電站的做法，往往需要很高的固定資產(chǎn)投資。建設(shè)這樣的項目，并不是簡單地敷設(shè)一條到挪威的輸電線路。兩國電網(wǎng)入口處的容量必須提高，從而避免輸電容量瓶頸。“這是必須的，因為電力總是沿著電阻最小的通道流動，在遇到阻力時，它會選擇另一條路線。”EnBW的Dirk Ommeln解釋道。

電池和壓縮空氣。諸如美國等其他工業(yè)化國家以及中國也建設(shè)了眾多抽水蓄能電站，此外，全球各地都在大力探索其他蓄能方式。較知名的蓄電裝置是充電電池，所有的手機(jī)都裝配了這種電池。雖然相比而言充電電池儲存的電量很小，但這并沒有阻止部分國家利用蓄電池作為電網(wǎng)的蓄能裝置。“例如，日本全國都使用這種方法，”西門子研究院的Manfred Waidhas博士指出，“像集裝箱那么大的電池可以儲蓄大約5,000度的電能，它們被安裝在靠近用戶的電網(wǎng)一側(cè)。”這些電池被用于緊急供電、電高峰期的備用電源，或者作為臨時蓄電裝置，調(diào)節(jié)采用可再生能源發(fā)電所引起的供電波動。鈉/硫蓄電池的效率為70～80%，被廣泛用于上述目的。

同樣地，采用一種稱之為V2G（車輛到電網(wǎng)）的方法，電動汽車也可在今后用作蓄能裝置，僅需采用電纜將汽車連接至電網(wǎng)。盡管與電網(wǎng)所需電量相比，一臺電動車輛的蓄電量微乎其微，但此類車輛的龐大保有量及其相對較高的功率——以40千瓦/輛為例——*可以彌補(bǔ)這一缺憾。“即便僅僅將20萬輛電動汽車連接至電網(wǎng)，也可提供高達(dá)8,000兆瓦的調(diào)節(jié)電力，足以保障電網(wǎng)的供電穩(wěn)定。”西門子研究院的Gernot Spiegelberg教授解釋說。

“但另一方面，我們還必須注意一點，那就是：由于這類蓄電池體積小、安全要求高且重量輕，因此成本也會相對較高。”德國奧伯豪森弗勞恩霍夫環(huán)境、安全以及能源技術(shù)研究所的Christian D??tsch提醒道，“而除此之外，蓄電池的充電次數(shù)也是極為有限的。就目前來看，出于保證負(fù)荷平衡的目的對蓄電池進(jìn)行額外的充電與放電會大大地縮短蓄電池的使用壽命。”

而另外一種行之有效的途徑是，利用壓縮空氣蓄能技術(shù)（CAES）將產(chǎn)生的動能存儲于地下。這就意味著將100巴的高壓空氣注入體積為10萬至100萬立方米的地下洞室中，如廢棄的鹽丘等。“此類壓縮空氣可用于燃?xì)廨啓C(jī)”，Waidhas解釋說，“當(dāng)然，在這個過程中，天然氣等礦物燃料依然必不可少，但因為用于燃燒的壓縮空氣已經(jīng)具備，所以也就達(dá)到了節(jié)能的目的。”

在全球范圍內(nèi)，目前已啟動了兩個CAES試點項目，分別于1978年與1991年在德國亨托夫以及阿拉巴馬州的麥金托什正式投產(chǎn)。CAES的基本原理非常簡單，但同時也存在一些不盡人意之處。“在這兩個試點項目中，燃?xì)廨啓C(jī)都是專門定制的，所需費用甚高。”Waidhas進(jìn)一步指出，“而且，CAES的蓄電容量僅為300萬度左右。”

氫——理想的蓄能介質(zhì)？除前面提到的蓄能方法之外，儲氫也是非常有效的一種選擇。通過電解方式，可將富余的電力制成氫，并儲存于壓強(qiáng)保持在100至350巴之間的地下洞室中。總部位于德國愛爾蘭根的西門子能源的Erik Wolf表示，在這種條件的地下洞室中，可以有效地避免氫泄露問題。“一般而言，每年的氫流失率僅為0.01%。這是因為，此類洞室的巖鹽墻作用機(jī)理與液體無異，當(dāng)出現(xiàn)泄露時可自動進(jìn)行密封。”Wolf還指出，正因為如此，所有曾被用于短期儲存天然氣的洞室同樣適用于儲氫。

今后，電動汽車能夠暫時存儲富余的電能，并在需要的時候再將其饋回電網(wǎng)，從而進(jìn)一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

目前，德國約有60個這樣的洞室正在建設(shè)之中。Wolf表示，“即便我們僅僅將其中的30個洞室用于儲氫，就能夠存儲約42億度電。”氫的儲能密度*，每立方米存儲空間可容納多達(dá)350度電力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了CAES的儲能密度（2.7度/立方米）。事實上，氫在儲能密度方式的優(yōu)勢只有鋰離子電池才能與之媲美。

利用儲氫技術(shù)，當(dāng)用電量上升時，就可將氫用于驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池。“目前，地下儲氫的優(yōu)勢是其他任何儲能系統(tǒng)都無法比擬的。”Wolf解釋說，“在基礎(chǔ)負(fù)荷運行條件下，一個洞室即可滿足長達(dá)一周的500兆瓦以上的用電負(fù)荷，相當(dāng)于1.4億度。而相比之下，德國所有抽水蓄能電站的總產(chǎn)能僅為4,000萬度。”與此同時，地下儲氫設(shè)施還能夠?qū)崿F(xiàn)快速供電，其靈活性直逼聯(lián)合循環(huán)電廠。而且，儲氫技術(shù)還具備其他優(yōu)勢：除能夠蓄能以供發(fā)電或供熱之外，氫還能與生物質(zhì)電廠等的合成氣相混合，為生物質(zhì)液化流程提供燃料。事實上，這在德國勃蘭登堡州的一個試點項目中已經(jīng)得到了應(yīng)用。2009年4月，Enertrag為落戶普倫茨勞的新建測試中心舉行了奠基儀式。該中心也將成為全球氫-風(fēng)-生物質(zhì)混合電廠，能夠利用富余的風(fēng)電制氫。而制成的氫將用于驅(qū)動氫燃料汽車，或是與生物氣混合，在總裝機(jī)容量為700千瓦的兩處組裝式熱電廠實現(xiàn)發(fā)電與供熱。該中心預(yù)計將于2010年中期正式投入運行。