再生能源“存”在哪儿?多孔岩石潜力大
利用风能、太阳能等可再生能源技术产生的能源量往往取决于天气条件,而为保证持续稳定的供电方式,科学家正想方设法在大自然中寻找各种靠谱的储能材料和方法。
大规模储能技术研究成为热点
据外媒称,英国大多数核电站均将在本世纪20年代末到期退役;而日本日立公司近日也宣布因建设成本上升将暂停其在英国的核电项目;出于减排等因素考虑,英国政府计划2025年前关闭所有火电厂,这将给整个国家的电力供应留下相当大的缺口。
据介绍,所谓多孔介质压缩空气储能技术(PM-CAES),其工作原理是利用可再生能源的电力为产生压缩空气的发动机提供动力,将这些空气以高压状态储存在砂岩孔隙里。在能源短缺时,释放出井里的压缩空气,为涡轮发电机提供动力,然后将电力输送到电网。
英国科学家这次对近海盐湖蓄水层进行了多孔岩石储能潜力的预估,利用蒙特卡罗方法计算了在大量多孔岩石的地点上构建电厂的功率输出和效率。研究表明,进行一次PM-CAES存储可以满足两个月所需的空气流量,其往返效率(RT)介于42%至67%之间。此外,该方法地表损耗较小,这将受到土地表面或水资源有限的地区的青睐,同时这项技术在能源需求旺盛的人口密集地区也更具有吸引力。
一种潜在可行季节性存储技术
“建设智能电网和分布式能源系统等,储能系统是其中的关键技术。迄今,大规模(500兆瓦以上)商业应用的电力储能系统,主要是抽水蓄能电站。抽水蓄能虽然借助高低落差地势,利用势能差能够大量储能和发电,但是受限于地理条件和投资建设周期长,还需要开发其他大规模储能技术,尤其是跨季节储能技术。”陈永翀指出,多孔岩石分布较广,这将使PM-CAES技术能够跨季节运行,从而大大加强了其应用的普适性。
根据论文资料,陈永翀分析道,英国研究人员使用数学模型评估这种储能技术的潜力后发现,北海的地质构造可以储存满足英国3个月电力需求的能量,且大量富含多孔岩石的近海盐湖蓄水层靠近风力发电场,这可以在生成和存储之间产生有价值的协同作用。
论文作者之一、爱丁堡大学的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出,这种技术有可能在夏季把可再生能源发电储存起来,留待冬季用电高峰时使用。只是这种方法虽然有可行性,但成本相对较高。另外,多孔岩石储能技术仍存在着不少潜在的问题,未来还需更多研究来完善技术,以便把成本降下来,并提高该技术的应用安全性。
奇思妙想探寻“存储”路径
陈永翀指出,实际上,把可再生能源“存”在哪儿,科学家一直在积极 探索 更多的可能性,如海水蓄能、沙漠储能、人工绿叶等,可谓八仙过海,各显神通。
德国弗劳恩霍夫协会风能和能源系统研究所设计出名为海中蓄能(StEnSea)的新思路,将蓄能主体为多个内直径30米的混凝土空心球,置于600—800米深海床上。每个球内都有一台水轮发电机和水泵,当电网负载低、电力多余时,水泵会抽出海水进行蓄能;当电网负载高、需要峰值发电时,这些球体的阀门即会打开,让涌进的海水驱动水轮发电。
研究人员还向绿叶借智慧,效仿自然界的光合作用,即将太阳能转化为化学能,把能量储存在化学键当中,基本上能够实现碳中和的过程,这样通过一定的反应方式吸收环境中的二氧化碳,达到环保和能量储存的目的。同时,提高过程中的转化效率和稳定性,形成获取可再生能源的一种途径。
另外,有的科学家在尝试抽沙储能的方法,通过皮带将沙子运到高位仓,高位沙子对风叶做功,以沙子的形式储存势能,从而提供发电所需要的动能。(华凌
张添奥 闫欣)
电子电气工程专业大致可分为:通信工程(无线电、数字通信、信号处理),电子工程(微电子、电路设计、单片机),电气工程(电力系统、电气自动化)三个方向。
通信工程通信工程专业是信息科学技术发展迅速并极具活力的一个领域,尤其是数字移动通信、光纤通信、通信工程具有极广阔的发展前景,也是人才严重短缺的专业之一。
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电子工程电子工程类课程也是英国众多优秀科目之一,数字电路以及模拟电路系统是现代电气电子工程的基础。而且就业前景比较广泛,因为该方向中各个分支都具有很强的应用性,可以应用在制造业,航空航天业等领域 。
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电气工程电力方面的技术,常运用在机械、建筑业以及生物工程当中,而学生在研究生会接触到这类综合性的课题。因为英国工程师在手脑之间更加重视头脑,学生所做的工作将具有很高的创造性,是很富挑战性的专业哦 ~
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碳金融硕士将吸引在商业,政府或非政府组织部门有重要工作经验的毕业生。通常,学生不会有机会专门从事气候变化的研究,但希望进入与气候变化投资,碳市场,咨询或碳计量等相关的职业。
可能的未来角色包括碳信用发展,低碳组合管理,可再生能源投资,气候发现管理,碳交易,碳咨询,碳计量和相关政策或监管角色(例如政府或非政府组织)。
世界上很少有商学院在碳融资方面具有类似的专业知识。
离堆肥堆太近可能不舒服,但很多人还是找到了用堆肥的热量烧水洗澡的办法。
有的办法很简单,就是把软管的大部分卷起来埋在堆肥里,然后在另一头接上淋浴头和支架。这时,维护堆肥堆需要的努力就盖过了用它烧水的好处。太阳能电池板同样环保,却要高效得多。
永续栽培教师Darren Doherty就成功得多。他在堆肥堆中埋了一个2乘2米的加热系统,并将其与太阳能加热系统相结合,这样就能一次加热150升水,平均够洗约20分钟淋浴,或两次盆浴。
收获甲烷
你可能不想直接和堆肥打交道,幸好热量也不是堆肥过程的唯一副产品。如果不出错,堆肥还会释放甲烷气体。这取决于堆肥中产酸菌和产甲烷菌之间的平衡。
甲烷通常从垃圾填埋场收集,有时足以给8500户当地居民供能。还有一些农场,比如佛蒙特州的“绿山乳品”(Green Mountain Dairy),就在用粪肥释放的甲烷给电网发电。
规模较小的“城市农民”(Urban Farming Guys)则建立了所谓的“甲烷生物消化器”。简单地说,这是一桶堆肥,顶上有一个倒置的圆筒,用来收集和压缩释放的甲烷。甲烷室被管子同炉子或发电机相连。这个模型能稳定生产7到8周甲烷。
这样似乎就综合了两个世界的优点:用堆肥的副产品做饭,同时又不会有埋食物带来的不精确或异味。当然,你也可以埋一些,做一些。
驱动汽车
1970年代,法国人Jean Pain开发了许多方法,来让家里的大部分能源都来自他的堆肥堆。他用保养林地时的到的有机废物给花园施肥,使其“令人难以置信地多产”。他还建立了一个堆肥热水系统,能给93立方米的家供暖。
此外,Pain还开发了自己的暖气系统。他把暖气管埋在一个堆肥堆中,出入管道则直接连在建筑中。
Pain的创造力并没有就此止步,他还把水冷管缠在甲烷收集罐上控温,这样,就能给房子热水,并高效收集堆肥堆的 甲烷了。
这套系统每天生产1.4立方米燃气。Pain家用它们给家电供电,还能开雪铁龙2CV卡车跑100公里。
可再生能源
受Jean Pain启发,一些团队一直在探索堆肥副产品作为可再生能源的广泛潜力。
爱丁堡大学工程学院开发了一种能把水烧到60度的堆肥热交换器。他们将其与类似的太阳能和地热能一起测试,发现堆肥系统的供能最可靠。
还有非营利组织“堆肥电力网络”(Compost Power Network),他们研究堆肥热的回收,并和多家大学有合作研究项目。他们一直在发展Pain的方法,并致力于安全的堆肥供能系统,以在实现可再生能源的同时,还能滋养我们生活的土地。
一项至今鲜为人知的物理原理可能是海洋发电的秘密
从海浪提取能源来发电是一个很诱人的创意。早在1974年,有人就进行了首次尝试,爱丁堡大学员工斯蒂芬·索尔特(Stephen Salter)就想出了一个名为“鸭子”的创意:将房子大小的浮标系在海床上,利用浮标将海浪上涨的能量转变成旋转运动,从而驱动发电机。这项尝试失败了,因为要驱动发电机,还要进行大量的后期工作。但利用海浪能源发电的创意却没有因此消失;最近,设在西雅图的振荡电力公司(Oscilla Power)进行了一次尝试,试图找到之前失败的原因。
拉胡尔·森德尔是振荡电力公司的老板,他认为之前尝试失败的原因是那些技术是为不熟悉大海的人研制的技术(总是像风力发电机的零件),并试图将其修改成能在海洋里使用,由此导致的结果就是设备结构复杂,在严苛的海浪环境里过于灵敏,而且十分容易腐蚀。拉胡尔·森德尔认为最好重新设计海浪发电设备。
与有着大量活动零件的发电机不同,振荡电力公司研制的发电设备几乎没有活动零件。振荡电力公司制造的设备采用磁致伸缩原理来发电,该原理还没有被广泛采用;磁致伸缩原理是让铁磁材料(例如铁材料,能很容易地被磁化)在磁场中稍微改变形状。与很多物理过程一样,这项过程也可以反过来实施。只要对铁磁材料进行压缩或拉伸,它的磁特性就会发生变化。只要有一个永磁体和一个常规发电机的线圈,就能发电了。
振荡电力公司设计的核心就是一个使用铝和铁制成的合金棒,铝铁合金具有很强的铁磁性。这种铝铁合金棒只要压缩千分之一就能达到预期效果。这意味着在完全达到目的的前提下,振荡电力公司设计的发电机内部没有任何容易出错的活动部件。要压缩一根小尺寸实心金属棒,需要巨大的力量;幸运的是,海浪完全具有这种力量。振荡电力公司的设计,就如同其公司名称那样,依靠振荡来发电。
振荡发电机有两个大部件组成,这两个大部件被缆绳连接在一起。在缆绳的一端,振荡发电机漂浮在水面上,在浮标内有发电用的合金棒、磁体、线圈和多套挤压合金棒的液压油缸;在缆绳的另一端,吊着一个垂荡板结构,垂荡板在惯性和周围海水的拖动下,能保持浮标的稳定。这种结构让浮标在海面随着海浪上下起伏,而垂荡板却大概保持在原来位置,将拉力施加给缆绳。由于拉力的变化,缆绳带动液压油缸运转。整套系统由第二套系在海床上的缆绳固定在特定位置上。
全尺寸的振荡发电机是一套充满泡沫的钢制浮标,直径27米、6米高、重达1千吨,系在一个环形混泥土垂荡板上,位于据水面70米的水中。该浮标内配置了12台磁致伸缩发电机。拉胡尔·森德尔先生表示只要将单个浮标放置离海岸几公里外的位置,就能产生平均600千瓦电量,相当于一台陆地风力发电机。去年,一台直径四米的原型浮标通过在美国的大西洋海岸的开阔海域成功地进行了测试。
拉胡尔·森德尔先生承认振荡发电机的建造和安装费用十分昂贵;但振荡发电机的设计简单,只要稍作维护,就能运行几十年。拉胡尔·森德尔先生预计振荡发电机的发电成本为每度电10美分,与之相比,陆地风力发电机的成本为每度电16美分,海上风力发电成本为6美分每度电。使用化石燃料并并网的火电站的成本仍然比这些可再生能源电站低,不到五美分。然而,10美分代表了一种新型发电技术的良好开端。
“蓝色氢气是由蒸汽与甲烷反应产生的,在这个过程中排放的碳被捕获和储存。”
由于绿色氢是使用可再生能源生产的,因此它本质上可以用作储存剩余可再生能源的一种方式。
然而,蓝色氢是使用化石燃料生产的,因此会产生碳排放。在此过程中,CO 2被捕获并永久储存在地下。然而, 《卫 报》在 8 月份报道称,碳捕获技术未能储存 5% 至 15% 的排放量。根据政府对蓝色氢的使用计划,到2050 年,这相当于每年产生800 万吨 CO 2,相当于 150 万辆化石燃料 汽车 产生的二氧化碳。
康奈尔大学和斯坦福大学的科学家进行的另一项研究表明,蓝氢可能比这更糟糕。他们估计,排放量相当于每百万焦耳能源排放 139 克 CO 2,其碳足迹比燃烧天然气或煤炭大 20%。
英国氢能战略的主要目标是到 2030 年有能力用氢生产 5GW(每秒 50 亿焦耳)的低碳电力。这相当于 300 万英国家庭使用的天然气量。
这种氢气可以以多种方式使用。或许最容易实施的将是取代源自化石燃料的天然气。天然气是甲烷和乙烷的混合物,用于加热、烹饪和发电。氢气可以以完全相同的方式燃烧,只产生水而不会产生 CO 2,尽管您需要大约三倍的能量才能产生相同数量的能量。
该战略概述了到 2023 年在一个社区、到 2025 年在一个村庄和到 2030 年在一个城镇测试使用氢气取暖的计划。
氢也可用于燃料电池。在这种情况下,没有任何东西被烧毁。相反,化学能直接转化为电能,就像电池一样。这些电池可用于代替车辆(甚至火车或飞机)中的内燃机,或代替汽油或柴油发电机。