"超级电网"模型有望在灾害中大显身手 利用阳光和风力抵消加勒比海飓风影响

"超级电网"模型有望在灾害中大显身手 利用阳光和风力抵消加勒比海飓风影响 ORNL 研究人员模拟了当风暴沿加勒比海和美国南部上空的 10 条可能轨迹移动时,飓风云层对太阳能发电的影响。勒比群岛开始放弃进口昂贵的化石燃料,转而利用自身丰富的阳光和风力发电。然而,频繁的飓风会阻碍太阳能发电。能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种综合建模方法,以更好地预测当这些风暴云遮挡太阳能电池板时发电量的下降。研究小组探索了用超级电网来弥补这些能源损失的方法,超级电网是一个电网集合体,通过它的连接,电力可以在岛链之间或大陆之间流动。首席研究员罗德尼-伊蒂基(Rodney Itiki)说,这种基础设施规划对于维持加勒比海地区 12 个岛国以及美国领土波多黎各和美属维尔京群岛的公平用电至关重要。加勒比地区每年都会遭受多次飓风袭击,历来供电不足的岛上居民无法轻易撤离。波多黎各宣布了到 2050 年全部使用可再生能源的目标。伊蒂基的模型可用于了解飓风云对任何电力系统的影响。在这项研究中,他和他的电网集成、可再生能源和高级计算方法专家团队使用他的算法探索了不同的电网连接方法,模拟了每种方法对电力供应的影响。该模型分析了大型飓风在 10 到 14 天内经过 10 条可能路径时将如何减少已知太阳能装置的电力。"这是这项研究的主要贡献之一,因为当我们设计电力系统时,我们需要考虑所有可能的情况,尤其是最坏的情况,"ORNL 电力系统复原力小组的博士后助理研究员 Itiki 说。研究人员通过模拟,了解了如果电网通过海底高压电缆连接起来,飓风期间的电力供应情况。为了了解这些超级电网能否平衡各地区之间的能量流,研究小组模拟了四种不同的组合:独立的美国电网;将所有岛屿连接在一起的独立的加勒比海超级电网;美国-加勒比海超级电网;以及连接美国、加勒比海岛屿和南美洲的超级电网。最大的超级电网配置包括飓风走廊内的 90 个光伏电站,以及加利福尼亚和巴西等不受飓风影响的地方的太阳能发电场。模型显示,在飓风云层的遮挡下,一些太阳能发电站两天的发电量损失高达 88%。研究人员发现,美国-加勒比超级电网对电力可靠性的提高最大。事实证明,独立的加勒比超级电网帮助最小,部分原因是飓风轨迹通常与岛链一致。由于南美大陆很少安装太阳能设备,因此南美超级电网的加入并没有显著减少电力变化。但是,如果岛屿之间或与美国系统断开连接,它可以作为备用电源提供能源安全。伊蒂基还是一名研究生时,就被英国和德国电网之间成功的海底连接所吸引。他一直在研究类似连接的潜在好处,直到 2017 年的一场自然灾害缩小了他的地理关注范围。"玛丽亚飓风袭击波多黎各后不久,我就开始考虑将波多黎各与佛罗里达州互联起来,"Itiki 说。"玛丽亚飓风导致部分波多黎各人停电近一年,是美国历史上停电时间最长的一次。"伊蒂基的第一个研究重点是飓风期间的风能。他探索了美国-加勒比超级电网如何减少飓风破坏波多黎各风力涡轮机时造成的电力中断。涡轮机技术改进后,涡轮机变得更加坚固,他又研究了如何在加勒比海、美国和南美洲之间共享飓风带来的风能。接下来,伊蒂基打算将他的太阳能和风能算法融合起来,确定超级电网如何才能广泛提高加勒比海和大陆的能源可靠性。例如,在美国发生重大天气事件时,加勒比电网能否向美国提供补充电力?这项研究对美国能源独立于化石燃料以及可靠地整合可再生能源项目具有广泛的影响。"我不认为人们在规划光伏(太阳能)发电厂时考虑到了飓风的遮挡,"伊蒂基说。"公用事业公司正在选择阳光照射最充足的地点,但他们也需要考虑飓风的正常轨迹。如果所有的发电厂都集中在佛罗里达州,而飓风袭击那里,就会造成最大功率谷。"还需要进一步研究铺设海底电缆在环境和经济上的可行性,但即使没有这些互联,这一模型也为估算极端天气下的太阳能和规划输电系统提供了重要的新工具。公用事业公司可以利用该算法,采用蓄电池或抽水蓄能水电等解决方案,为应对风暴期间的太阳能缺口做好准备。编译自/ScitechDailyDOI: 10.3390/en17071545 ... PC版: 手机版:

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斯坦福大学推出改变游戏规则的电网储能液体燃料技术 斯坦福大学的科学家们正在开发新的异丙醇生产催化系统,以优化能量的保持和释放,从而改进液体燃料的储存方法。随着加州向可再生燃料的快速转型,它需要能够为电网储存电力的新技术。太阳能发电量在夜间和冬季都会下降。风能则时好时坏。因此,该州在很大程度上依赖天然气来平抑可再生能源电力的高低起伏。人文与科学学院罗伯特-埃克斯-斯温(Robert Eckles Swain)化学教授罗伯特-韦茅斯(Robert Waymouth)说:"电网使用能源的速度与你产生能源的速度相同,如果你当时没有使用它,而你又无法储存它,就必须把它扔掉。"韦茅斯正带领斯坦福大学的一个团队探索一种新兴的可再生能源储存技术:液态有机氢载体(LOHCs)。氢气已被用作燃料或发电手段,但氢气的储存和运输却非常棘手。"我们正在开发一种在液体燃料中选择性转换和长期储存电能的新策略,"《美国化学学会杂志》上详细介绍这项工作的研究报告的资深作者韦茅斯说。"我们还发现了一种新型的选择性催化系统,可以在不产生气态氢的情况下将电能储存在液体燃料中"。液体电池用于为电网储存电力的电池,以及智能手机和电动汽车电池都使用锂离子技术。由于储能规模巨大,研究人员仍在继续寻找能够补充这些技术的系统。这些候选物质中包括低浓度氢氧化物,它可以利用催化剂和高温储存和释放氢气。有朝一日,LOHC 可以广泛发挥"液体电池"的功能,储存能量并在需要时高效地将其作为可用燃料或电力返回。韦茅斯团队研究将异丙醇和丙酮作为氢能储存和释放系统的成分。异丙醇(或称擦拭用酒精)是一种高密度液态氢,可以通过现有基础设施储存或运输,直到将其用作燃料电池的燃料,或在不排放二氧化碳的情况下释放氢气以供使用。然而,用电生产异丙醇的方法效率很低。水的两个质子和两个电子可以转化为氢气,然后催化剂可以用氢气生产异丙醇。韦茅斯说:"但在这个过程中,你并不想要氢气。它的单位体积能量密度很低。我们需要一种方法,在不产生氢气的情况下,直接用质子和电子制造异丙醇。"这项研究的第一作者丹尼尔-马龙(Daniel Marron)最近刚刚完成了斯坦福大学的化学博士学位,他确定了如何解决这个问题。他开发了一种催化剂系统,可将两个质子和两个电子与丙酮结合,从而选择性地生成 LOHC 异丙醇,而不会产生氢气。他使用铱作为催化剂实现了这一目的。一个关键的惊喜是,二茂钴是一种神奇的添加剂。二茂钴是一种非贵金属钴的化合物,长期以来一直被用作简单的还原剂,而且价格相对低廉。研究人员发现,在这一反应中,二茂钴作为助催化剂的效率非同一般,它能直接向铱催化剂提供质子和电子,而不是像之前预期的那样释放出氢气。根本的未来钴已经是电池中的一种常见材料,需求量很大,因此斯坦福大学的研究小组希望他们对二茂钴特性的新认识能够帮助科学家们为这一过程开发其他催化剂。例如,研究人员正在探索更为丰富的非贵重地球金属催化剂,如铁,以使未来的 LOHC 系统更加经济实惠和可扩展。韦茅斯说:"这是基础科学,但我们认为我们已经找到了一种新策略,可以更有选择性地将电能储存在液体燃料中。"随着这项工作的发展,人们希望 LOHC 系统能够改善工业和能源行业或单个太阳能或风能农场的能源存储。尽管幕后工作复杂而具有挑战性,但正如韦茅斯所总结的那样,这个过程实际上非常优雅:"当拥有有多余的能量,而电网又没有需求时,就它储存起来。当需要这些能量时,就可以将其作为电能返回。"编译来源:ScitechDailyDOI: 10.1021/jacs.4c02177 ... PC版: 手机版:

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