电力过剩怎么办 \\「发电过剩怎么办」

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目前，最常用的发电方式是燃烧化石燃料。考虑到大多数该类型发电站的前期投入成本低，运行成本高，这种发电方式可以很好的实现经济与需求的平衡。由于运行成本是主要成本，当电站只在部分负荷下运行时，电力成本不会迅速增加。然而，对于气候变化的担忧给发电技术提出了更高的要求，需要实现无碳化物的排放，核能、风能、太阳能应运而生。这些技术资本成本高，运行成本低，因此，一旦这些资本密集型电站在部分负荷下运行，将会引起电力成本的快速增长。社会总的能源成本达到国家生产总值的10%，能源成本的显著增加意味着生活水准的下降。

当前自由市场下，太阳能和风能的大规模使用，导致实际发电远超过市场需求，最终带来了电价的下滑。这种价格的下跌严重影响了太阳能、风能乃至核能的经济发展，为此科学家们提出了一种电阻加热耐火砖能源系统（FIRES）方案，将过剩的低廉产电转化为高温的存储热能，作为工业中化石燃料的替代品，在较高价格时进行发电，从而有效阻止风能和太阳能高产出时的电价下滑，保证了电价最低时也可以接近于工业使用石化燃料的价格。这是一种更好利用资本密集型资产的方式。

FIRES系统简介：

FIRES是由有较高热容、密度，以及最高运行温度高达1800℃的耐火砖存储介质组成。在电力价格较低时，通过成本低廉的电阻加热方式对耐火砖进行“充电”。耐火砖、绝缘层以及其他存储组分与高温工业换热器十分类似。陶瓷耐火砖因为较低的成本和耐久性被广泛使用，并且具有较大的储热能力。如果想要实现1000℃的温度变化范围，热存储容量大约是0.5~1MWh/m3。

FIRES工业应用系统配置

通过砖内部通道吹扫空气恢复砖块热量。根据FIRES的具体应用，分别加入天然气或冷空气，进行加热或冷却，最终释放出热空气。该系统三个相互独立的特征参数分别为存储容量、加热速率和释放速率。

FIRES的存储容量取决于它在选定温度范围的一定体积材料中的热量存储能力。温度范围和材料的选择根据具体的工业应用内容。砖块数量越多，存储能量越多。

FIRES的加热通过电阻实现。加热速率取决于电力市场情况。如果风能或者太阳能与市场需求相结合，每天引起电价降低的情况只有几个小时，那么采用较高的加热容量更为适合。但是如果低电价情况持续时间较久，则应该选用成本更低的低加热容量。电阻加热的类型由峰值温度决定。如果温度低于1000℃，那么传统低成本的镍铬合金材料电阻加热元件就可以满足要求，这种电阻材料常用于家庭烤面包机使用。通常耐火砖的材料包括铝、镁、硅氧化物，以及低廉的高温绝缘层材料。对于高温，由碳化硅组成的导电耐火砖可以用于电阻加热器。

由热的耐火砖传递到空气中的热量决定了FIRES的标准释放速率，与空气通道几何形状，电源功率以及其他设计特征直接相关。优化后系统的热量损失每天不到3%。除了绝缘层，进入系统的冷空气可以环绕绝缘层的外部结构流动，通过电引线连接电阻加热器，捕获系统泄漏的热量。这种动态绝缘层可以恢复绝大部分的热量流失，使得FIRES系统如果每日运行一个循环的话，可以保证极低的热量损失。

FIRES系统特征参数

市场应用：

世界上大多数的能源来自燃烧化石燃料释放的热空气，这和FIRES系统的产物是一致的。因此，FIRES可以和现有的多数能源产物和应用相结合。

2014年美国制造业和矿产使用能源情况

其中，最大的市场就是间接加热-产生蒸汽或加热碳氢化合物（炼油厂和化工厂），借助金属热交换器进行热量传递，通常温度会限制在500~700℃。FIRES技术可以很好的满足这些要求。诸如玻璃、水泥和钢铁等工业生产需要很高的温度，通常它们都是利用化石燃料进行直接加热，而FIRES可以加热高达1800℃。水泥和石灰生产时会伴有碳酸钙的高温分解产物-氧化钙和二氧化碳，直接使用化石燃料直接加热会产生大量含有二氧化碳的热空气，不利于分解反应的进行。如果FIRES可以提供热量，那么二氧化碳浓度降低，减少所需能源输入，加快碳酸钙的分解速率。

FIRES可以通过两种不同的配置实现对于部分化石燃料的替代。煤、石油、天然气电站为电网提供发电支持。当电价较低，化石燃料电站不提供电时，可以对FIRES加热。当电价上涨时，FIRES可以部分替代化石燃料进行发电。然而，与电池储能不同，如果FIRES消耗完，则可以使用化石燃料来确保供电需求。另一种配置方式是，FIRES作为唯一的能源来源。作为一种电力存储系统（与电池以及抽水蓄能系统类似），过剩的能量被以热能的形式进行存储，而不是重力势能或者化学能。FIRES可以建立大尺寸规格储能系统，达到100s有MW规模的输出。

最后，FIRES的一个潜在市场就是与家用或者小型工业应用的光伏发电相结合。虽然光伏板的价格不高，但是由于电网功率调节和接口要求，导致光伏发电价格昂贵。对于一些成本较低的地区，我们可以不进行功率调节，直接将FIRES的电阻加热器与光伏输出直接结合。和其他的电子设备不同，电阻加热器不需要功率调节。

FIRES目前的挑战是如何更好的适应电力市场的变化。通过计算比较发现，FIRES为工业供热的估算成本是5-10美元/kwh，远低于其他技术。这是因为热存储媒介是经过压缩的砖块，并经过加工和电阻加热。为了能够有更加广泛的应用，FIRES还有待进一步的技术发展。