地下革命:储氢灵活发电

在未来的几十年里，英国的发电方式预计将发生巨大变化。核电站将对总发电能力做出更大的贡献，而化石燃料站将越来越多地建造或改造捕获其二氧化碳排放的设备，以便将其压缩和存储，最有可能的是在海床以下的海上仓库。

与此同时，更多的可再生能源发电能力，以风力发电场和潮汐发电为基础，可能还有海浪发电，将从英国沿海的站点源源不断地投入使用。

这代表了一个问题。核能是不灵活的——当反应堆在一天中产生稳定数量的热能时，其工作状态最好，这些热能必须被输送到锅炉中以增加蒸汽。同样地，尽管传统的化石燃料涡轮机可以灵活地运行，但CCS技术的加入再次意味着它们的最佳运行速度尽可能接近恒定。

但可再生能源本质上是可变的;潮汐是可以预见的，风却不是。这意味着，当可再生能源短缺时，无论这种变化是地区性的还是全国性的，都需要某种可变的容量来补充电网。

能源技术研究所(ETI)目前正在研究的一个解决方案可能是建立一个全国性的以氢气为动力的涡轮机网络，这种涡轮机将通过天然气和煤炭的气化产生，并储存在地下的盐洞中，主要是在近海。ETI的CCS项目经理Andrew Green说工程师这样做有几个优点，既能提供灵活的发电能力，又能充分利用宁愿满负荷运转的资本工厂。

ETI是一个公私合作的组织，汇集了能源行业的专业人士，以加速低碳能源技术的发展，通常是通过做一些基础工作来消除围绕这些技术的一些不确定性，并让金融家更有信心投资于这些技术的发展。按照这种战略，这是帮助创新绿色技术弥合从概念研究到可部署的商业产品之间差距的关键。

格林解释说:“我们正在开发ETI的大部分战略，这些战略被称为能源系统建模环境(ESME)，这是一个全国性的工具，它关注整个能源系统——发电、分配、存储和消费——并致力于寻找成本最低的解决方案。”“这表明，采用灵活发电方式但又能最有效利用资本设备的系统受到了极高的重视，因为它们是补充基本负荷核能和间歇性可再生能源的最佳方式。”

“这类系统的规模将与商业发电站类似，这是CCS总体推广的一部分。

若是遇到安德鲁•格林

将涡轮机配置为燃烧氢而不是直接使用化石燃料的优势在于，它可以从燃料中剥离碳并从源头捕获，而不必在燃烧后捕获。气化——将化石燃料(可能已经是气体了)转化为二氧化碳和氢气——是一个完善的过程，格林解释说，气化炉，像大多数化工厂一样，最好是在恒定的基本负荷下运行，而燃气轮机，如果没有集成在一个装有ccs的发电站中所必需的，可以灵活地运行，没有效率损失，允许它们在可再生能源的低生产期填补。

Green强调，这一战略是在假设CCS基础设施到位的情况下制定的。他说:“你可能会把二氧化碳储存在枯竭的油井或气井，或者近海的含盐含水层中。”“这类系统的规模将与商业发电站类似，这是CCS全面推广的一部分。”

然而，适合储存二氧化碳的地方并不适合储存氢气，这就是盐穴的用武之地。大型盐矿在英国境内和周边的许多地方都有，西北部的盐矿储量多年来一直为大型化工行业提供供应。格林说，利用ICI最初为盐矿开发的技术，通过溶解盐层中的空隙来建造盐穴，其体积和强度都合适，可以安全地储存大量的加压氢。

他解释说:“其中一个问题是能否将氢气储存在合适的压力下。”“它将在压力下从气化炉工厂出来，你不想损失能量，无论是降低它还是进一步压缩它。”

当然，只要提到氢，安全问题就会紧随其后:毕竟，这种气体是易燃、易爆的，而且由于氢分子的尺寸非常小，很难控制。格林说:“我们正在仔细考虑安全问题。”他解释说，洞穴的形成将使它们仍然被厚厚的、坚固的结晶盐沉积物包围，从而可以安全地容纳氢气。“如果这些设施在陆地上，它们会在高度工业化的地区，远离任何住宅区，但它们更有可能在近海。”

ETI正与英国地质调查局(BGS)合作开展这部分项目，调查可能的盐穴地点，并建立储氢的潜力。该项目的另一部分是由工程承包商福斯特惠勒(Foster Wheeler)负责的，目的是调查所需的气化炉和涡轮机的规模、配置和成本，以提供这样一个系统所需的发电能力——格林估计为几十吉瓦，每安装大约1吉瓦

格林说:“我们启动这个为期五年的项目是为了更好地了解这些系统的细节。”“成本是非常重要的，例如，储存会增加成本，所以你必须权衡潜在的收益。”当我们了解了成本和技术问题后，它会让我们了解如果使用这种系统可能会面临的关键发展问题，至少它会为我们提供更可靠的成本计算，我们可以在能源系统建模中使用。”

其中一个发展问题可能是驱动发电机的涡轮机，但格林指出技术是可行的。他说，有两种涡轮机可能会起作用。“一种是目前用于气化炉供能电站的涡轮机，另一种是类似于喷气发动机的航空涡轮机。”

这种系统的另一种可能性是，在需求低但产量高的时期——比如夜间涨潮和大风天——利用可再生能源发电来电解海水，并直接将洞穴用作能源存储。格林说，这可能是该系统的一个小用途，但我们预计与气化炉相关的操作将是主要应用。

格林急切地指出，这个预计耗资500万英镑的项目只是漫长过程中的第一步。他说，如果成功，潜在的好处可能是巨大的。