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“存储未来能源的瑞士解决之道”

存储未来能源的瑞士解决之道

全球面临的挑战并非只是利用可再生能源提高发电能力,将能源进行存储也是亟待解决的问题。凭借在阿尔卑斯山的水力发电站及各个创新项目,瑞士正在竭力寻求高效蓄能并保障电力持久供应的方案。

如今,全球总发电量中约30%源自太阳能、风能、水能及其他可持续能源;本世纪初,这一比例占20%左右。国际能源署(International Energy Agency)预测,到2050年,几乎90%的电力将由绿色清洁能源提供。

瑞士的大部分电力(75%)源自可再生能源,尤其是通过水力发电站进行发电。近几年来,光伏发电也呈现强劲增势,风力发电增长幅度较小。光伏电池板在全国各地如雨后春笋般不断涌现,甚至在最令人难以想象的地方安家落户,也有人提议在高速公路上架设太阳能电池板进行发电。

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瑞士南部城市马提尼附近计划在高速公路上架设太阳能电池板,这是艺术家展现的这一试点项目。

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在高速公路上架设太阳能板能否加速绿色能源供应?

此内容发布于 要到2050年实现净零碳排放,瑞士就需要加大太阳能的普及率,而在高速公路上架设太阳能电池板听似一个理想的解决办法。可是要在这个阿尔卑斯山国启动此类方案,依然是场硬仗。

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然而,太阳能与风能均属于不稳定性能源,产出的电量可能供大于求,尤其在夏季更是如此。能源转型的主要挑战之一,是开发存储盈余电量并在能源短缺时将其释放的蓄能系统。

阿尔卑斯山的 “水电池”

抽水蓄能电站因此成为最有效并且最经济的一项解决方案。这类设施能够在能源盈余时将水泵到山峰盆地进行存储,在能源短缺时让水流回山谷盆地用于发电。

瑞士有上百个利用水力进行发电的盆地,其中约15个设有抽水系统。与奥地利、德国和意大利等其他阿尔卑斯山国家相比,瑞士水力发电站的蓄水池容量通常更大,因此能够长时间运行,瑞士电力公司协会(AES)指出。

2022年7月,跻身欧洲发电功率最大电站之列的一家新型抽水蓄能电站刚刚在瓦莱州(Valais)投入运营,这种 “水电池 “可以帮助抵消欧洲太阳能和风能的波动。

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瑞士阿尔卑斯山中的一块巨型“水能蓄电池”

此内容发布于 瑞士及其各大水力电站对欧洲实现能源转型可以起到决定性的促进作用,瑞士建在一处较为偏远、地势险峻高山上的新型抽水蓄能电站将弥补波动性很大的风能和太阳能发电带来的不足。

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随着阿尔卑斯山区冰川逐渐消融,瑞士可以利用融水在山区筹建新的水坝与人工湖泊。这在巩固瑞士作为欧洲电力电池地位的同时,也将增加阿尔卑斯山脉的蓄能能力。

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位于瓦莱州(Vallese)的埃莫森(Emosson)大坝

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一块失去冰川之后更强大的“电池”

此内容发布于 研究人员预测,阿尔卑斯山冰川消退不会危及瑞士的水力发电量,相反,它为人们在山区修建大坝和水库创造了条件,阿尔卑斯山的储能容量也因此有望增加。

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利用重力发电

瑞士初创企业Energy Vault(中文译名:能源库)采用抽水蓄能电站的相同原理,但使用的不是水,而是水泥块。

当太阳或风能产生的电能超过所需电能时-比如在夏季,多余的电能就会为一个系统提供能量:该系统会提升重物并将其放置在电池大楼的上层。这一过程将电能转化为势能。

在需要电力的时候,水泥重块以可控的速度降落到地面或更低的楼层。在 “下降”过程中,它们驱动发电机,将储存的势能转化为电流。

第一家运营工厂已在中国上海附近的江苏省如东县建成。

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这座长110米、宽120米、高148米的35层长方体储能塔,其主要工作原理是通过提升和降低重力块的方式来存储和分配可再生能源,为电网或用户提供电力。

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瑞士重力储能电池助力中国能源转型

此内容发布于 即使在我们不需要的时候,太阳和风力也依然在持续发电。我们如何才能防止这些电能白白流失呢?瑞士研发的重力电池可将可再生能源存储在重型砌块中-这一想法正引发世界各地的浓厚兴趣,尤其是中国。

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利用氢气实现无排放交通

盈余电力也可以被转化为液态或气态能源,所谓的“储能与电力多元转换”(power-to-x)技术使之成为可能,例如,太阳能或风力发电站利用产出的电力来生产氢气,随后再将其转化为甲烷,这两种元素均可以长期存储并作为燃料使用。

瑞士意欲采用绿色氢气取代化石燃料,为实现净零排放移动出行开辟道路。2020年,全球首个氢动力商业卡车车队于投入运行。2023年6月,全国高速公路网的第一个加氢站在伯尔尼附近启用。

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瑞士首座加氢站已于2016年开业

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氢能–能源的绿色革命

此内容发布于 未来的清洁出行也许只能依靠氢能才可以实现,而瑞士已经开始为此做准备:瑞士希望通过以绿色氢气替代化石燃料,为实现零排放移动出行开辟道路。

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尽管瑞士具有创新和创业精神,但在可再生氢的竞争中却落在了后面。瑞士尚未制定国家氢能战略,在没有与欧盟达成能源协议的情况下,瑞士有可能陷入孤立无援的境地。

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瑞士曾是氢能汽车领域的先行者,但却在清洁燃料竞赛中落后

此内容发布于 瑞士公司已经认识到绿氢的潜力,并正在推动其发展。但由于缺乏政府战略,这个阿尔卑斯山国家可能被排除在其他国家的氢能计划之外。瑞士洛桑联邦理工学院的研究员史蒂文·申克说,绿氢被认为是脱碳领域的“瑞士军刀”。

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寻找未来电池

在未来,我们也需要高效经济的能源来应对能源短缺的情况,快速并尽可能减少对环境产生的负荷。瑞士参与了欧洲“电池2030+”(Battery 2030+)研究计划,该计划旨在提高传统锂离子电池的寿命和能量密度,从而减少稀有金属的使用。

瑞士联邦材料科技实验室(Empa)专家Corsin Battaglia对瑞士的作用作出了评价:“无论是材料、电池与组件集成、电子、电池管理系统、回收,还是移动或固定存储,瑞士都有众多企业活跃在电池领域,甚至是世界领先者。”

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下一代电池:瑞士科研人员参与开发充电技术

此内容发布于 电池无处不在,我们的手机、笔记本电脑和汽车里都安装着电池,但低成本、高性能的理想型未来技术至今仍未被科学家发现。而欧洲和瑞士的多个重要研究计划正尝试满足对电池创新和电能储存的需求,预计在未来十年内会取得结果。

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提问者: 西蒙·布拉德利

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(译自意大利语:薛伟中)

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