瑞典的一个项目将曾经储存石油的洞穴变成了巨大的热水瓶,展示了不同规模、不同温度的地下热能储存,表明这一技术在走向净零的过程中可以发挥重要的作用。
该研发总部设在维斯特斯(距斯德哥尔摩约100 公里)的瑞典 Malarenergi 能源公司,已经开始了该项目的研发,将 20 世纪 70 年代用于储存石油的 30 万立方米的巨大洞穴改造为地下热储,用于瑞典的城市供暖。洞穴分为三个平行且独立的部分。到 20 世纪 80 年代中期,这些洞穴内已经没有化石燃料,并充满了石油残渣。
洞穴目前已经进行了净化并清洁,公司热电业务部门负责人丽莎.格兰斯特伦介绍称:“我们现在正在安装管道和热交换器。”她预测新设施将于2024 年全面投入运营。到时将蓄满 30 万立方米的水,温度保持在 95 摄氏度左右,洞穴充当保温体,最大储能容量为 13 吉瓦时。
洞穴可存储 30 万立方米的水,保持在 95 摄氏度左右,最大储能容量为 13 吉瓦时
巨大的能量收集器
目前,位于维斯特斯市的热电联产厂(CHP) 采用锅炉可满足该市 98%家庭的热水需求,同时生产电力。热电厂使用三种基本燃料:废物、木材和生物质,都是来自“社区不再需要的东西”,从而避免了使用石油、天然气或煤炭。
格兰斯特伦表示:“区域供暖的需求在一年中时高时低,每一天也均如此,冬季和早晨沐浴时间是高峰期。为了应对这些高峰,有两个大型热水器用于在需求较低时储存热水,在需求上升时使用。就如同蓄电池一样,只不过储存的是热水。它们足以控制那些早高峰用能量,也可以在我们的CHP 生产出现故障的情况下使用几个小时,但它们不适合更长的时间。”
正在维斯特斯市地下建造的大型储能器将实现更可持续的生产
格兰斯特伦解释说:“目前正在地下建造的大型储能器将解决这个问题,并让我们更加可持续的生产。当冬天气温下降或出现供应故障时,我们将不必运行额外的锅炉。该项目是公司实现净零排放的又一步。我们正在调研碳捕获与储存,所以我们的生产将不仅是净零,而且是负碳的。”
在芬兰赫尔辛基的 Mustikkamaa 岛地下 80 米的地方也有类似的应用,作为海伦能源公司项目的一部分 现已投入运营。芬兰洞穴的储存量为26 万立方米,能源产能约为 11500 兆瓦时。该设施储存废水产生的热量,温度保持在 45 至 100 摄氏度之间,全年为大约 25000 套一居室公寓供暖。
低温储存的好处
英国利兹大学地球能源工程教授 Fleur Loveridge 指出,瑞典项目和芬兰装置的新颖之处在于规模和温度。“低温热能储存一直都在发生, 它正在被诸如地源热泵或“高效”系统等技术所利用,这些系统可以从冷却建筑物中捕获废热。
关于这一点,研究人员引用了位于瑞典 Em- maboda 的 HT-BTES 木质工厂的研究案例。该厂占地 33 万平方米,拥有一个铸造车间和其他废热来源。为了储存这些热量并提高其回收率,一个由140 个钻孔组成的系统于 2010 年投入使用,每个钻孔深 150 米,四年后,温度保持在 45 摄氏度左右。在 2018 年至 2021 年期间,连接该设施热点的内部热泵供热系统产生了 7340 兆瓦时的热能,其
中 5900 兆瓦时来自储存的部分。
Loveridge 本人参与了 ICE 出版社于 2022 年出版的《英国利用地下基础设施的热能回收和热能储存潜力》论文的研究,该论文着眼于地下设施(通常是运输隧道)成为热能储存和热能回收场所的潜力。
位于维斯特市的热电联产厂采用锅炉可满足该市 98%家庭的热水需求
“地下热能储存是我们能源系统的重要组成部分。它可以在不同的规模和温度下发生,需要进一步开发这些方案,以适应地理环境、地质条件或需求。