在纽约州斯蒂芬敦郊外,靠近马萨诸塞州边界的一个小镇,200多个陀螺在半埋在地下的容器中旋转。在容器内部,真空环境允许每个陀螺以每分钟高达 16,000 转的速度旋转,尽管每个陀螺的重量超过一公吨,这要归功于其钢铁和碳纤维的构成。在真空中(为了减少摩擦)如此快速地旋转使每个陀螺能够储存约 25 千瓦时的电力。当电网的频率失调时——也就是说,如果每秒 60 次的电流应该反向流动——所有磁悬浮陀螺都会加速、减速或翻转方向,以确保电网保持同步。
总而言之,Beacon Power 的飞轮可以为州电网提供 20 兆瓦的频率调节以及短期储能。唯一的问题是,Beacon 的所有者在将“交流”引入交流电的过程中破产了——在从美国能源部获得 3950 万美元的贷款后。
“我们公司一直在亏损运营,”Beacon Power 首席执行官比尔·卡普在 11 月 1 日的准备好的声明 [pdf] 中解释了破产。“我们采取此行动的目标是尽量减少失业,并继续寻找在频率调节和储能市场中应用我们创新技术的方法。”
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻工作 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
好消息是,这些飞轮仍然在赚钱——不足以维持 Beacon 的业务,但足以潜在地偿还美国纳税人。飞轮还代表了全球电网中日益增长的趋势——储能。自 2002 年以来,钠硫电池一直被用于储存日本电网的电力,并且自 2008 年以来,一直用于支持 Xcel Energy 在明尼苏达州的风力发电场。熔盐帮助西西里岛的一家发电厂储存太阳热量,以便在夜间和阴天转化为电力。甚至在美国各地的多个地点抽到山上的水以及在阿拉巴马州的地下洞穴中压缩的空气(以及其他地方)都在电力便宜时储存电能,并在电力昂贵时将其释放出来。这种储能被认为是至关重要的,它可以帮助风能和太阳能等间歇性可再生资源在美国和全球能源供应中发挥更大的作用,但可能 Beacon 的飞轮太贵而无法与其他可用技术竞争。
“飞轮通常不像电池那样储存那么多能量,”电力研究所技术创新项目的战略项目经理 Haresh Kamath 指出,该研究所是一个行业资助的研究小组。“但它们的使用寿命非常长,这使得它们在某些应用中具有吸引力,尤其是在系统循环非常频繁的情况下——也就是说,在短时间内反复放电和充电的情况下。”
Kamath 及其同事于 11 月 17 日在《科学》杂志上发表的一项新分析发现,电池的成本正在迅速下降,并且允许在不需要时(例如,在深夜刮大风时,灯光关闭,工厂通常停产)储存产生的电力,并在需要时(白天高峰期)使用它。这种存储将大大扩展可再生能源在电力方面的潜在用途,并减少对电网本身的必要投资。过去,建造新的发电厂并铺设更多的电缆将其连接到电网上比安装大型电池系统更便宜。“如今,电池的初始成本在大多数情况下都过高,”卡马斯解释说。而且“电池的寿命相对较短:电池只能使用几年,但大多数电网组件可以使用几十年。”
但是,现在建造新的输电线路和其他电网硬件的成本更高,这使得电池储能可能更具吸引力。“成本是储能未在电网上广泛使用的原因,”研究人员写道,并且锂离子电池的成本降低——这归功于在电动汽车中的潜在大规模应用——可能会改变这种局面。大型锂离子电池可能很快就会以非常低的成本和大量生产,使其最终便宜到足以用于广泛的电网存储应用以及其他可能性。“电动汽车本身可以充当储能装置,”卡马斯指出。“当然,车主必须同意这一点。”
电力公司 AES 已经在西弗吉尼亚州的埃尔金斯开设了全国最大的电池装置。来自 A123 系统的超过 30 兆瓦的锂离子电池已连接到该公司 98 兆瓦的通用电气风力涡轮机,以确保更稳定的电力输出。
然而,在廉价存储领域已经有一个技术领导者:抽水蓄能,它占当今世界使用的 127,000 兆瓦电力存储的 99%。它的传播仅受地理、地质和混凝土的限制。而且,最终,更先进的存储选择——无论是电池还是飞轮——可能会被另一个竞争对手所破坏:使用天然气的联合循环涡轮机,可以在几秒钟内启动。“我们需要新的技术和方法来降低电池成本,延长电池寿命并提高电池效率,”卡马斯说,特别是要与化石燃料替代品竞争。