Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor der er så få blackouter i USA? Det koger faktisk ned til dette: kraftværker gør altid mere magt, end folk beder om.
Relateret indhold
- Opladning foran: Batteriernes fremtid
- Fem spørgsmål, du skulle have om Californiens nye Tesla-drevne batteribank
Så snart elektricitet er produceret, strømmer elektronerne gennem kraftledninger til hjem, virksomheder, skoler og hospitaler - uanset hvor det kræves. Der produceres mere elektricitet, end netoperatører forventer, at du forbruger, så når du vender en afbryder, tændes et lys.
Uanset om du rent faktisk tænder for lysene, holder kraftværker deres turbiner snurrende, klar til at sende strøm til nettet på et øjeblik.
Problemet med overskydende strømproduktionskapacitet er værre om natten, når efterspørgslen er meget lav, og forskellen mellem den nødvendige strøm og tilgængelig strøm er endnu større. Dette afskrækker brugen af nogle vedvarende energikilder, især vindkraft, der kører mest om natten, når vinden er stærkest (og når folk bruger mindre elektricitet). Kort sagt produceres meget elektricitet og vigtigst af ren elektricitet på det forkerte tidspunkt.
Det er her energilagring kommer ind. Opbevaring af energi, når den er lavet og frigivelse af det, når det er nødvendigt, hjælper med at holde gitteret pålideligt og baner vejen for introduktion af periodiske vedvarende energikilder som vind og sol til blandingen.
Energi- og teknologiselskaber har i årevis arbejdet med at tackle manglende udbud / efterspørgsel, og batterier er opstået som den største konkurrent til at opbevare elektricitet. Tesla Inc. investerede for eksempel over 600 millioner dollars i sin Gigafactory i Nevada for at fremstille massemængder af lithium-ion-batterier.
Men et Alabama-kraftfirma har fundet et andet sted at anbringe store mængder overskydende energi - i saltgrotter. En halv mil under jorden holder en salt hule, der kan passe til Frihedsgudinden, Power South Energy Cooperative's mest nyttige ressource: luft.
I 25 år har kooperativet mestret kunsten og videnskaben ved at komprimere luft, opbevare den i en salt hule under jorden og bruge den til at producere elektricitet. McIntosh-kraftværket i McIntosh, Alabama, er det eneste CAES-anlæg i USA, og det er kun en håndfuld i verden.
Om natten, mens du sover, og dine apparater hviler, bruger anlægget overskydende elektricitet fra nettet til at komprimere luft og pumpe det under jorden i en lufttæt salthule.
”Salt er en smuk opbevaringsmekanisme, ” siger McIntosh-fabriksleder Lee Davis.
Dette skyldes, at hulerne giver store, uigennemtrængelige rum. Den komprimerede luft forbliver komprimeret, og iltet i luften reagerer ikke med saltet.
Der opbevares luften ved tryk mellem 650 og 1058 PSI, cirka en tiendedel af trykket i en højtryksoliebrønd.
Når folk efterspørger energi i løbet af dagen, frigives luften til en naturgas-enhed på stedet, hvor den opvarmes med naturgas, forbrænder og producerer en endnu varmere gasstrøm, der drejer en turbin og producerer elektricitet.
Fra oven ser McIntosh-anlægget ud som et standardkraftværk for naturgas, men direkte en halv kilometer under overfladen ligger en unik energilagringsmekanisme. (Courtesy Power South Energy Cooperative) Trykluft er en nøgleingrediens i produktion af elektricitet på alle gasanlæg; det er den kritiske komponent, der får gassen til at forbrænde, der producerer den gasstrøm, der spinder turbinen. På typiske naturgasanlæg er fremstilling af komprimeret luft den mest energikrævende del af driften af anlægget - mere end halvdelen af energien, der genereres af turbinen, ledes ganske enkelt tilbage til systemet for at komprimere luften.
Men McIntosh CAES-anlægget er i stand til at komprimere luften uafhængigt af kraftproduktionsprocessen, når det er mest økonomisk at gøre det, fordi det har et sted at opbevare den - saltgruven. Anlægget har tilstrækkelig oplagret luft til at hjælpe en 110 megawatt-turbin med at generere strøm i 26 timer, hvilket tager op til 110.000 hjem.
Ved at komprimere luften om natten, når elektricitet er billigt og rigeligt, i stedet for at bruge turbinens output til kompression, bruger anlægget mindre naturgas til at fremstille den samme mængde elektricitet. Det tillader også, at rene strømkilder bruges til komprimering.
Mens McIntosh-anlægget i øjeblikket ikke fungerer direkte i takt med nogen vedvarende anlæg, kunne det bestemt være, og det er nøgleideen. Den elektricitet, der bruges til at komprimere luften, kunne produceres af vindmøller, som det er planlagt til The Bethel Energy Center i West Texas. Apex CAES LLC har indsamlet $ 100 millioner til centret, der, hvis det blev udviklet, ville være et salt CAES-anlæg kombineret med vind. Centret planlægger at bruge elektricitet produceret af nærliggende vindmøller om natten til at komprimere luft og tilføre luften i en gasturbine i løbet af dagen.
I betragtning af, at naturgasanlæg er stigende i hele landet, giver lagring af komprimeret energi en måde at integrere vedvarende energi og i sidste ende brænde mindre gas.
Trykluft er imidlertid ikke et universalmiddel. Mens naturgasanlæg er relativt billige at bygge og drive, betyder den lave pris på naturgas også, at der er mindre incitament til at udforske alternativer til anlæggene eller installere muligheder, der sparer gas.
Med de deprimerede omkostninger ved naturgas og risikoen ved implementering af en relativt ny teknologi, der har få projekter til sit navn, er det svært at få numrene til at blyde ud for CAES. Bethel Energy Center-projektet har været under udvikling siden 2011 og har endnu ikke skaffet de nødvendige $ 400 millioner dollar i kapital.
"Noget nyt og anderledes er ikke let at komme af jorden, " siger Apex CAES COO, Stephen Naeve.
Andre testprojekter er mislykkedes på grund af de høje udviklingsomkostninger - alt fra omkostningerne ved bortskaffelse af saltvand, der er oprettet under minedriften, til risikoen for at udforske steder, der kan vise sig at være geologisk uegnet. Hvad angår lagringskonkurrencen, er batterier på mange måder mere fleksible, fordi de kan placeres tættere på hvor efterspørgslen efter strøm er, selvom batterier ifølge Apex er (i det mindste i øjeblikket) betydeligt dyrere i det lange løb.
Men Power South Energy Cooperative ville stadig nyde at tale salt med nogle andre CAES-allierede. Faktisk har McIntosh-anlægget trukket besøgende fra Californien, Utah, New York og Idaho.
Hvis salt er en måde at effektivisere gasanlæg på og anvende vedvarende energi, skal du videregive saltet.
Redaktørens note: En tidligere version af denne artikel fejlagtigt oprindeligt, at der sendes mere strøm til nettet end krævet, hvilket er, hvor det spildes. Faktisk spildes overskydende energi, før det sendes til nettet gennem en række processer. Smithsonian.com beklager fejlen.
