Redox Cube项目计划利用天然气产生25兆瓦的燃料电池。图片来源:Redox Power Systems
即将到来的新型燃料电池能消除这种权衡利弊的需要,并且使可再生能源并入电网变得更加容易。
随着成本下降以及各国政府和公司力图减少温室气体排放,对太阳能光伏和风力涡轮机的投资正在猛增。然而,来自风和太阳的波动电量威胁着电网的稳定性。当更多的间歇性能源被连接起来,电力便会激增并且崩溃。这增加了电压、电量和交流电频率的变化性。
超过25%的能源产生自可再生能源的德国已经遇到了困难。电压故障会摧毁关键组件并破坏工厂和发电厂设备,从而导致成千上万欧元的损失。利用燃煤电厂维持稳定,又增加了温室气体的排放。
生产和负荷必须得到平衡。3种方法正在实施中:利用实时需求和定价激励举措控制负荷;增加或减少天然气发电厂,以对这种波动供电进行补偿;储存能量。每种都有一些缺点。反复要求减少用电需求会激怒用户,并且可能受到唯利是图的第三方操控。燃气轮机和电池无法提供快速(低于1秒)的大功率响应,也不能长期提供能源。电池容易退化,而且更换费用较高。组合电池则要求很多套电子设备和控制系统。
针对这些情况,美国能源部先进能源研究规划署(ARPA-E)项目负责人John P. Lemmon日前在《自然》杂志上撰文指出,即将到来的新型燃料电池能消除这种权衡利弊的需要,并且使可再生能源并入电网变得更加容易。目前,燃料电池仅被用于产生电和热。其实,它们能通过改进用于储存能源,并且由于材料和设计上的突破,还可产生诸如甲醇等液体燃料。开发拥有一种蓄电池模式的燃料电池是Lemmon所指导项目的一个重点。
Lemmon领导了13个横跨学术界、工业界和国家实验室的项目。他认为,当下研究人员必须证明,燃料电池能执行多种功能,并且仍能高效发电。