还记得本世纪初人们对氢的兴奋吗?元素周期表上最轻的元素被吹捧为解决从便携式设备到高层建筑等一切能源需求的万灵药。
迈克潜水者回忆说。当时他是美国能源部的一名工程师,他的部分工作是评估氢等能源解决方案的潜力。
Ducker看到了氢产生能量的潜力,但他也看到了冰冷的数字。在21世纪初,氢太贵了,不能作为一种实用的发电燃料。没有过剩的可再生电力可以用来制造可再生的氢。如果不进行一些改进以提高成本效益,它几乎不可能获得支持,而且电力存储还不是公用事业和政府领导人的优先事项。
“当时有很多议论,但很明显这些议论后来都烟消云散了,”Ducker说。“15年后,情况发生了根本的变化。就在去年,人们对储存可再生能源产生了极大的兴趣,尤其是在美国西部,现在减少可再生能源发电已是家常便饭。”
去年12月,Ducker和他的家人住在匹兹堡,他是三菱日立电力系统(MHPS)新产品解决方案和运营的高级主管,该公司隶属于三菱重工(MHI)集团。
一天,他接到了MHPS美洲区总裁兼首席执行官保罗·布朗宁的电话:氢气方面的情况正在好转。加州正在积极推动其能源供应脱碳,而MHPS与犹他州的Magnum Development公司合作,将在开发以氢为基础的可再生能源储存设施方面发挥关键作用,从而使西部地区能够继续脱碳。该项目被称为先进清洁能源储存(ACES),将是第一个公用事业规模的可再生氢生产、储存和传输项目。
“如果我不相信它有潜力实现我们15年前对氢的期望,我就不会举家迁往全国2000英里以外的地方。”
迈克潜水者
ACES需要一位知识渊博的领导人,他能把氢储存技术带入主流。你感兴趣吗?布朗宁潜水鸟问。答案很快就来了。
“四周之内,我们收拾好行李,带着两个年幼的孩子和小狗出发,从匹兹堡到盐湖城,横跨全国,”Ducker说,他成为了MHPS的新副总裁,负责可再生燃料和西部地区。“如果我不相信现在的时机是正确的,我也不会举家迁往全国2000英里以外的地方,如果我不相信现在的时机是正确的,我也不会搬到15年前我们所希望的地方去。”
盐丘溶液
利用氢来储存清洁能源的三个最大挑战是:将可再生电力转化为可承受的氢;以低成本长期储存大量的氢;以低成本和高效率将氢转化为电力。
Ducker知道他在MHPS的同事有一个开发项目,将氢作为他们最大最高效的燃气轮机的燃料。他也知道将电转化为氢的电解产品是存在的,并且可以通过改进规模经济来降低成本。
然而,以可负担得起的规模大规模储存氢气一直是一个真正的障碍。
进入犹他州三角洲下的盐丘。盐穹是地下的盐结构,是侵入地球其他地层的巨大的含盐球体。考虑到盐的不透水性,它们可以被挖空,用作地下储存液体和气体燃料。
在德尔塔建造一个储藏库需要一个复杂的地下工程过程。
MHPS的一个大客户意识到Delta dome是美国西部氢储存的一个可行候选,并给了布朗宁Magnum开发团队的联系信息。布朗宁与MHPS北美区高级副总裁戴夫·亨特(Dave Hunt)讨论了这个问题。亨特在职业生涯的早期曾在氢气行业工作。Ducker说:“在MHPS,一个灯泡熄灭了,Hunt迅速制定了氢战略的细节,并与Magnum建立了合作关系。”
现在,MHPS和Magnum正在合作开发用于储氢的三角洲盐丘。
在德尔塔建造一个储藏库需要一个复杂的地下工程过程。水被注入一个圆顶,创造一个盐水溶液,然后抽出。最终形成的洞穴是圆柱形的,直径一般在150到300英尺之间,深度在1000到1500英尺之间。一个单一的洞穴可以容纳足够的加压氢气,产生15万兆瓦时的能量。同样的兆瓦时,你需要4万个锂离子电池的运输集装箱。
这种地下储氢技术是一种成熟的技术。在德克萨斯州,自20世纪80年代以来,盐穴就被用来储存天然气产生的氢。然而,ACES将是可再生氢在能源储存、工业和运输领域的第一个大规模应用。
三角洲巨大的盐丘可能容纳多达100个储存洞穴。
氢在更大的图片上
ace的重要性源于这样一个事实:由于缺乏足够的存储解决方案,越来越多的可再生能源被浪费。虽然电池存储在短时间内(几个小时)已经变得越来越便宜,但在美国西部,按季节也需要存储。在春天,低温、充足的阳光、强劲的风和融雪导致了大量的能源过剩,这些过剩的能源被用掉了——或者用行业术语来说是“缩减”了——达到了数十万兆瓦小时。
氢燃料可以从一厢情愿的想法变成加州实现100%零碳电力的重要组成部分。
在不久的将来,这些能量将通过电解产生氢。产生的氢气将储存在ace盐洞中,然后在能源需求较高的时期被利用。“我们的一个洞穴有能力储存整个加州每月减少的能源,”Ducker说。
客户正在投资氢能源技术。例如,Intermountain Power Agency (IPA)将在2025年淘汰其在Intermountain Power Plant (IPP)的燃煤机组。他们将用MHPS的高效燃气轮机联合循环技术来替代,该技术最初将能够利用30%的可再生氢作为清洁能源燃料,到2045年将达到100%的可再生氢能力。这家工厂将为洛杉矶盆地和加州和犹他州的其他电力用户提供储存的可再生能源。
在短短几年内,氢燃料可能会从一厢情愿变成加州到2045年实现100%零碳电力的重要组成部分。
Ducker说:“如果州政府和公用事业公司打算在未来几年实现积极的脱碳目标,那么使用氢进行长期可再生能源的储存就是解决方案的一部分。”“这是一次真正的权力更迭。”