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麻省理工開發儲電蓄熱系統,靠古帝國解決現代再生能源儲能問題

T客邦 標誌 T客邦 2017/9/19 TechNews科技新報

再生能源的發展呈秋風掃葉之勢,鋒不可擋,但儲能問題也隨之而來,我們可以看到特斯拉日前與維斯塔斯風力系統公司合作,積極想將更多儲能電池集成至風力渦輪機,以幫助平衡電網的穩定性。現在,麻省理工學院團隊更借用古智慧──來自西元前 17 世紀西台古帝國發明的耐火磚(Fire brick)技術。

研究人員發想,或許可將再生能源的過剩電力轉換成熱能儲存在耐火磚裡,需要時再將熱能轉換回電力。

西台帝國(Hittite)創建於西元前 17 世紀晚期、瓦解於西元前 12 世紀,是一個雄峙近東的亞洲古國,除了西台楔形文和《西台法典》外,他們最無人不知無人不曉的就是當時獨步天下的冶鐵技術,以及令埃及等週遭大國不寒而慄的驍勇善戰。

西台人是西亞地區乃至全球最早發明冶鐵術和使用鐵器的國家,也是世界最早進入鐵器時代的民族。西台國王建立了一支攜有先進鐵兵器的精銳軍隊,屢次讓埃及法老御駕親征還吃癟;他們在戰場上無往不利,所向披靡,常使敵軍聞風喪膽。

也是西台人約在西元前 1600 年發明的耐火磚(用於煉鐵窯),或許可成為今日用來存儲風能和太陽能的好方法。麻省理工學院核科學與工程學系教授查爾斯‧福斯伯格(Charles Forsberg)利用這項古技術開發出「FIRES」蓄熱系統,可將太陽能、風能高峰產電時的過剩電力轉換成熱能儲存在耐火磚裡,這些熱既可直接用在燃料工業,也可在需要時轉換回電力出售給電網。研究已發表在《電力期刊》。

© 由 T客邦 提供

耐火磚是磚塊的變種,由黏土製成,可承受溫度達 1,600℃,查爾斯‧福斯伯格的想法是利用電阻加熱器將電力轉換成熱量,再透過改變黏土的化學成分,讓不同區塊的耐火磚呈現不同特性,比如放在核心區域的耐火磚具高導熱性,更容易透過電阻加熱器來吸收熱量;放在結構外部的耐火磚則具極低導熱性,以形成絕緣外殼來幫助保持中心區域的熱能。

陽光明媚的白天或是吹著強風的夜晚,都讓太陽能和風能的發電量達到頂峰,此時的電價幾乎跌到谷底,比如美國愛荷華州、加州或德國,在太陽能和風能發威時,電力價格都接近零。查爾斯‧福斯伯格說,「FIRES」系統將可提高再生能源公用事業市場的最低電價(可能跟天然氣價格一樣),因為多餘的電將轉換成熱,送進實際上對「熱」需求大於電力總需求的燃料工業。

© 由 T客邦 提供

而燃料工業(如燃煤業)可直接用這些熱來推動渦輪機發電,減少燃燒化石燃料的量,一方面來說,也可以推動包括核能業在內生產無碳電力。只不過,「FIRES」系統目前還有些微限制,普通的電阻加熱器頂多只能加熱至 850℃,但推動天然氣發電渦輪機需要至少 1,600℃ 的溫度。查爾斯‧福斯伯格最後建議,可以讓耐火磚一起做為低成本的電阻加熱器,最有希望的材料是碳化矽。

目前,研究人員正在尋找可嘗試利用該系統的客戶,很可能是一家需大量熱能的乙醇煉油廠。不過,也有專家提醒,如果這種系統沒有高效的隔熱屏障,將熱完全封閉在絕緣套管中,則熱封模式幾乎不能維持,必須設計某種真空阻擋層以防任何熱能逸散損失,才能進行長期儲熱。在利用最有效的熱回電技術之時,同樣重要的是要確保這種創舉能否帶來確實的經濟效應。

 

●本文授權轉載自:科技新報

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