荷兰的这项创新可能解决储能问题

几周前，我参加了由Energywise在布鲁塞尔举行的小型商业性储能会议，在会议上，我听到了关于在荷兰建立大型抽水蓄能电站计划的最有趣的演讲。

演讲是由SOGECOM总裁Jan Huynen博士发表的，他令我震惊，因为他是一位非常认真的能源工程师。该项目已接近尾声，价格高达18亿欧元，6个小时的供应量为1.4 GW，每天的生产周期为8 GWh，这可不是玩具。荷兰当然是完全平坦的！

这只是另一个绿管梦吗？还是为似乎难以解决的储能问题提供解决方案？

当然，抽水蓄能没有什么新的。但是，所有现有方案都使用自然浮雕和高程来创建所需的压头，以存储产生压力和功率的重力势能。平地大型电力存储（FLES）之所以独特，是因为整个系统都位于地下（图1）。这当然会增加成本，但正如我们将看到的那样，它会带来可观的收益。

图1 FLES使用了一个小的地表储层和一个深层的下部储层，在地表以下[1]拥有所有的隧道，管道和发电套件。

为什么要储能？

先进社会的电力需求遵循一种非常具体和精确的模式，该模式反映了人类和社会的行为。白天的需求总是比大多数人睡着的夜晚更高。冬天，当我们花更多的时间在室内保温时，温度会更高。在一周中商业活动更加活跃的时候，这个数字更高。（图2）各国的需求模式可能会有所不同。

图2电力需求的非常周期性的模式反映了个人和社会对在电力生产中使用化石燃料和铀的储能的适应。使用储能器导致了一个秩序井然的社会，它没有能力使用来自可再生能源的间歇性能源流。

社会之所以以这种方式发展，是因为我们可以使用化石燃料和铀等能源存储。我们可以以完全符合需求的速度从这些商店中释放能量。相关：如果欧佩克不减产，预计最近的石油反弹将严重结束

现在，经合组织大多数政府和组织已颁布法令，我们必须放弃建立文明的系统，以使用可再生能源的随机能源代替。该法令基于多层欺骗。但是，不管我们是否喜欢，我们现在在电网上都有大量且不断增长的可再生能源流量，威胁到其完整性和繁荣。将三等能流转换为一等能库的唯一方法是以某种方式存储可再生电力，以便在我们要使用时使用。正如我们在最近的帖子中所看到的那样，这一挑战的规模是巨大的[2、3、4、5、6]。

在不深入研究细节的情况下，镇上只有一个蓄能库，即抽水蓄能库。仅这项技术就可以提供能效，存储容量和功率输出，从而提供有意义且经济可行的解决方案（图3）。

图3图表比较了电池的功率和存储，压缩空气/热量和抽水存储。注意对数–对数刻度。单独的抽气存储方案比最近的压缩空气竞争对手大10倍，并且能效更高。[1]中的图表最初来自RWE。

从历史上看，欧洲的抽水蓄能电站主要是为了在晚上存储多余的核电并将这些多余的电能释放到白天的高峰需求而建造的。该商业模型基于白天和夜间电价之间的价格差异。然而，尽管看似显而易见的社会效益，但在欧洲，抽水蓄能仍占总发电量的很小一部分[7]：

英国3 GW法国4.5 GWG德国6 GWA奥地利8 GW

抽水蓄能总量= 21.5GW，而这四个国家的装机容量为423GW（奥地利23法国129德国177英国94）。

高昂的资本成本和不足够的投资回报可能是大规模部署抽水蓄能的障碍之一。但是环境损害，公众抗议和少量合适地点也可能起到了作用。传统上，抽水蓄能是山区国家的领土，像荷兰，丹麦和英国这样的平坦国家被自动排除在外。

去地下

N-Wales的Dinorwig抽水蓄能方案被建造在一座曾经是板岩采石场的山上（图4、5），以最大程度地减少对Snowdonia国家公园的环境影响。建造于1974年，历时10年完成。Dinorwig与FLES的不同之处在于上部和下部储层都在地表上，因此该方案受到地表起伏的限制。

图4威尔士的Dinorwig抽水蓄能方案包括两个地表储层，偏移量约为500 m。

图5 Dinworig进气歧管为30年前的大规模地下工程工作提供了证据。

一些重要的统计数据

机房容积211,140 m ^ 3隧道16 kms水库容积670万m ^ 3机头542-494 m功率1.8 GW储能9.1GWh持续时间5小£时成本4.25亿

平地大型蓄电

这就是平地大规模电力存储的用武之地。这个概念是对已经存在数十年的技术的非常简单的修改。上部水库可能位于几乎任何地方的平坦土地上。下层水库位于地下的一个大洞穴中。包含涡轮机和水泵的机房位于地下深处，靠近下水库（图1）。与传统的抽水式存储相比，该概念具有三个显着优势：相关：OPEC可以维持多长时间？

1）头部不受自然释放的限制，但受开采深度的限制，而开采深度又可能受到地质因素的控制。因此，通过更深的挖掘可以简单地提高储能能力。2）在平坦土地上的地表表情可能是一个由草堤包围的水库，大约为400 x 400m（图6）。在平坦的农地，森林，荒地或荒地上，视觉影响将最小。虽然该设施没有娱乐价值，但它将保留山区的娱乐价值。3）如果有完善的经济模型，则可以多次复制该方案以提供规模

图6艺术家对荷兰马斯特里赫特附近平坦土地上的O-PAC印象。事实证明这是一个1.4 GW的电站，这一点几乎没有背叛。

SOGECOM已在荷兰的马斯特里赫特附近找到并收购了一块场地，以建造世界上第一个FLES工厂，命名为O-PAC。在荷兰的一块软沉积岩土地上，找到适合下部储层的合适地层，这是一项挑战，要解决这一难题，就是要确定厚度为1400 m的厚（700m），坚硬的石炭系石灰岩床。

生命统计数据令人印象深刻。

上层水库400 * 400 * 16m水量250万m ^ 3头1400m功率1.4 GWD养护6小时储能8.4 GWh成本18亿欧元寿命约100年

O-PAC的规格与Dinorwig非常相似，主要区别在于较小的油箱体积可以通过更大的扬程进行补偿。主要的结构差异在于需要开挖一个下部水库，其深度要比Dinorwig机房开挖的深度大10倍。这显然会增加可观的成本。

商业模式

O-PAC的商业模型依赖于每日的价格周期，夜间购买非高峰时段的电力，然后将其泵入白天需求高峰时释放的水。这种价格差异非常显着，在荷兰低于30欧元/兆瓦时的峰值，而高于50欧元/兆瓦时的峰值（图7）。但是，与所有储能系统一样，O-PAC并非100％有效。估计往返效率为80％，因此需要购买的电量比售出的电量多20％。相关：EIA报告美国石油产量异常增加

O-PAC专为快速系统响应而设计，旨在响应电力市场中短时间范围（15分钟）的波动。展望未来，SOGECOM预计，可再生能源的更高普及率将带来更大的波动性，并因此带来更大的市场机会。因此，O-PAC的主要作用将是促进负载平衡。当前和未来市场的详细模型[8]表示有250个完整周期，每年产生2TWh的电力。基于50欧元/兆瓦时的封套计算意味着年订单额为1亿欧元。

图7荷兰电力需求，黑色上部曲线，左手比例，兆瓦。电价，灰色下曲线，右手比例尺和＆euro; /兆瓦时。一周中的非高峰期价格通常低于30欧元/兆瓦时，而高峰期通常高于50欧元/兆瓦时[8]

结论思想

我对英国和欧洲储能的现状感到困惑。政治家和可再生能源爱好者宣称，存储将解决间歇性问题。然而，与风能和太阳能发电规模的扩大相比，欧洲的存储规模仍然微不足道，而在英国，公司并未完全击败投资新的抽水蓄能项目。

抽水蓄能水电提供最节能，每兆瓦时最便宜和最具扩展性的蓄水选择。例如，氢气如何竞争或可行？如果使用电–氢–电的往返效率约为30％，则非高峰期电的购买量至少是购电量的3倍。

苏格兰大规模的Coire Glas抽水蓄能方案已获得政府批准，但仍在等待苏格兰和南部能源公司的投资决定。据说是为了存储多余的风力而设计的，我不知道他们如何才能在几天内等待风平浪静地蓄水赚钱[2]，但是该方案的成本大大降低（见下文），可以提供一个解释。

我不确定新抽水蓄能项目的匮乏是由于缺乏合适的场地还是由于高昂的资本成本？FLES – O-PAC可能有助于解决前一个问题，但代价不菲。Coire Glas的价格为11.2亿欧元。存储容量为30GWh（每GWh存储容量为3,700万欧元），是O-PAC（每GWh存储容量为2.14亿欧元）的三倍以上。通过使用天然湖泊作为下层水库，科伊尔格拉斯的成本得以降低，但是在破坏水文和生态系统之前，只能进行如此多的抽水工作。

与苏格兰可再生能源的思想相一致，似乎可能需要进一步的实质性市场激励措施，以促进和扩大可再生电力的存储。

恩·梅恩斯