储存可再生能源并减少排放的液态空气

编译 许林玉

欧洲的CryoHub计划欲将低温储存可再生能源与制冷结合起来。

冷藏食品是一项消耗能量的工作，冷藏食品仓库和工厂同样需要消耗大量能源。随着气候变暖以及全球食品消耗的增加，这种冷藏需求预计会相应增加。目前，一个欧洲研究团队和多家欧洲公司正在开发一种低温能源储存系统，以降低食品领域的碳排放，同时提供一种便捷的风能和太阳能储存方式。

CryoHub计划利用多余的风电和太阳能发电将空气冷冻至低温，使其变成液体。在此过程中，空气体积将缩小700倍，液态空气储存在与液氮和天然气类似的绝缘低压罐中。

当电网需要电力时，零度以下的液体被泵入蒸发器中并膨胀成气体，以此带动涡轮旋转发电。液体膨胀时，还会从周围的空气中吸收热量。伦敦南岸大学空调与制冷工程教授、CryoHub计划协调员朱迪思·埃文斯（Judith Evans）表示：“这样一来，基本上可以为食物储存提供免费冷藏。”

欧盟设立了两个关键气候目标：一是至少32%的能源来自可再生能源，二是能效至少提升32%。欧盟承诺，将全球变暖控制在1.5℃之内，上述目标是实现这一承诺的有效举措，而CryoHub计划提供的可再生能源储存和低碳制冷是实现上述目标的关键所在。

英国已经成为液态空气储能（LAES）技术的领导者。2018年夏天，总部位于伦敦的Highview Power公司推出了首个LAES系统，其位于曼彻斯特附近的示范电厂装机容量为5兆瓦，可以为5 000户家庭提供约3小时的电力。

与压缩空气储能和抽水蓄能一样，LAES可以储存足够的风电和太阳能发电，为数十万家庭提供数十年的电力。但压缩空气储能和抽水蓄能由于电池所需空间太大，成本太高，且使用寿命有限，因此根本无法满足这一需求，而LAES所需空间只相当于压缩空气和抽水蓄能的一小部分，而且无须改变海拔高度，也不需要大型地下洞穴。

但是，LAES的问题在于它的往返效率很低。往返效率是指一端输出的能量与另一端输出能量之比。液化空气并使其膨胀都需要消耗电力，效率也因此降低，Highview Power试点工厂的效率为17%。

不过，可以找到提高效率的办法。液化空气并使其膨胀的过程在消耗电力的同时，也会产生余能——分别为热能和冷能。要提高往返效率，就必须充分利用这些余能。埃文斯表示：“理想的工艺应该能够在过程中储存热能和冷能，这样就可以充分利用液化过程中产生的热量和发电过程中产生的冷能。”

CryoHub计划将通过LAES与工业制冷相结合来实现。协调器的目标是通过回收余热和利用食品仓库的余冷，使整体效率达到60%至70%。埃文斯与其同事的首要任务是研发一种低成本、高效率的材料来储存余热。为此，他们正在对玻璃微珠进行测试。利用附近工厂或发电厂的余热来加热制冷剂也是一种解决方案。

2020年，这个由来自5个国家的合作伙伴组成的团队将开始在比利时隆美尔的一个冷藏食品仓库建造一座装机容量为100千瓦的示范电厂。埃文斯表示：“建造首个试点示范电厂的目的并非一定要实现最高效率，而只是为了证明该系统具有可行性。作为首个示范项目，CryoHub将成为一个试验场。我们需要了解的东西很多，而且许多事情还将取决于政府的激励措施，并且有赖于是否能够找到合适的市场。”

CryoHub研究人员绘制了欧洲各地的冷藏仓库地图。他们发现，LAES的最大受益者将会是西欧和南欧国家，因为它们拥有最多的冷藏设施和最大份额的可再生能源。例如，英国拥有需要消耗232兆瓦电力的142个大型冷藏仓库，足够为23万多户家庭供电。