使用金屬鋁代替燃煤/燃?xì)?燃油作為發(fā)電用的燃料,其優(yōu)點之多超乎想象。
首先,鋁(片/塊/棒)是絕佳的儲能方式,其能量密度高(1立方米=2.7噸,理論儲能≈22400千瓦時),運輸方便,安全性好(防火、防爆、防水、防雷擊),存儲成本低(露天堆放即可),長期存儲(十年以上)近乎零損耗??傊?,你能想到的各種儲能技術(shù)優(yōu)點,都匯聚在鋁塊儲能之中。
其次,鋁-空氣電池發(fā)電的優(yōu)點包括且不限于,①化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能,其轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于火力發(fā)電(特別是當(dāng)機組的裝機容量比較小時),②發(fā)電過程零碳排放,③除氧氣和水外,理論上無其它物質(zhì)消耗,④理論上污染氣體零排放,⑤起火-爆炸之可能性極其低微。
最后,在鋁-空氣電池體系中,消耗鋁燃料對應(yīng)的唯一排放物是氧化鋁,不僅很容易回收,更重要的是,它本身就是生產(chǎn)鋁的原料,換句話說,在鋁燃料發(fā)電體系中,鋁是可完全再生的,而且理論上是零損耗的。
我們下面探討“零碳-鋁循環(huán)”的新能源技術(shù)路線:
(1)在西北太陽能豐富的荒漠地帶建設(shè)足夠的超級光伏發(fā)電廠,其所發(fā)電力就地提供給緊鄰建設(shè)的超級電解鋁廠。
(2)全國各地的用電(部分-大部-全部)來自當(dāng)?shù)氐慕饘偃剂习l(fā)電廠,其排放物氧化鋁收集之后→通過物流(陸路,海運)運輸?shù)竭_超級電解鋁廠→氧化鋁電解再生重新變成鋁塊→又運回各地的金屬燃料發(fā)電廠 ......這是一個可以無限循環(huán)的過程,整個循環(huán)中唯一消耗的是超級光伏發(fā)電廠所生產(chǎn)的光伏電力。
顯然,步驟(1)和(2)的本質(zhì)是用“鋁”作為載體,來完成偏遠(yuǎn)荒漠的光伏電力“搬運-存儲”過程,這個新技術(shù)路線似乎應(yīng)該命名為“光伏-鋁循環(huán)”,但是考慮到除了光伏電站以往,水電/風(fēng)電等清潔能源都可以作為超級電解鋁廠的電源,所以將這條新技術(shù)路線命名為“零碳-鋁循環(huán)”。
“零碳-鋁循環(huán)”對比目前已經(jīng)部署和研發(fā)中的各種“光伏+儲能”技術(shù)路線具有很多優(yōu)點。首先,現(xiàn)有技術(shù)下,大規(guī)模光伏發(fā)電的長距離/超長距離輸送到用戶是一個難題,特別是如果跨越高山大海,更是成本高昂難以承受。而在“零碳-鋁循環(huán)”背景下,這個難題被轉(zhuǎn)換成了“xx噸鋁棒,xx車皮氧化鋁粉末這樣的物流問題。如果放大到全球尺度,澳大利亞沙漠的光伏電力輸送到加拿大北極圈的用戶,也就變成了貨輪+卡車的普通貨運。
其次,對電力用戶來說,“金屬燃料發(fā)電廠”供電是連續(xù)而且穩(wěn)定的。“超級光伏發(fā)電廠”發(fā)電的不穩(wěn)定性(白天/黑夜;冬季/夏季)對其用戶“超級電解鋁廠”來說,只是來電多時多生產(chǎn);來電少時減產(chǎn)/保溫/停產(chǎn)這樣的生產(chǎn)調(diào)度問題,可以通過調(diào)整原料(氧化鋁粉末)和產(chǎn)品(鋁塊)倉儲容量來解決。
最后而且最重要的是,“零碳-鋁循環(huán)”技術(shù)路線具有大規(guī)模(甚至完全)替代碳,碳-氫能源(煤/油/氣)的自然資源儲備和相關(guān)主要技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)(光伏/電解鋁)。
我們下面做一個非常粗略的估算,假設(shè)在“零碳-鋁循環(huán)”框架下,全國每年消耗50億噸鋁燃料(存量金屬鋁10億噸,每年循環(huán)5次)以電解鋁每kg耗電12kwh估算,對超級光伏發(fā)電廠的要求是年供電滿足50億噸鋁電解一共需要消耗(60萬億度?),光伏行業(yè)的朋友來驗算并估計一下,需要多少萬平方公里采光面積,并且這可能嗎?
全球氣候快速災(zāi)變的嚴(yán)峻趨勢對各國“碳達峰/碳中和”提出了急迫需求,盤點各國現(xiàn)有/開發(fā)中的綠色能源技術(shù),能夠“快速拿出來+大規(guī)模用起來”的新技術(shù)路線并不多。本文所涉的金屬-空氣電池(鋁-空氣電池)技術(shù)目前也還很不完善,由成千上萬個電池單元組成的“金屬燃料發(fā)電廠”甚至僅僅是概念階段。(下次專門撰文分析討論金屬-空氣電池)。作者推測,如果困擾金屬空氣電池的幾個關(guān)鍵問題得到突破,金屬燃料發(fā)電廠的進展將是迅捷的,而這條技術(shù)路線所蘊藏的潛力也將是難以估量的。