位能儲存電能的可能性

今天與同事討論到日本核能災害, 並進一步討論到核能的成本已經快比太陽能高了. 我有個想法, 目前電池科技還在研究如何找到有效率的電池來儲存電能, 就太陽能來說, 白天產生的剩餘電能, 可以儲存在電池裡頭, 或者加熱家用熱水儲存槽, 方便夜間使用. 除了太陽能, 其他發電方式都有將剩餘電力儲存的需求. 比如日月潭水庫, 發電廠夜間利用剩餘電能將水抽到上方的日月潭, 然後白天用電高峰時期, 將上方的水引下發電.

使用位能來儲存電能似乎是個好方法. 不過利用水庫需要地形配合, 也有破壞生態之虞. 我想到一個方法, 可以有效率而且省空間的方式利用位能儲存電能:

假設:

1. 在地面挖掘長寬各1公尺, 深達3公里的管道, 在底部與地面分別設置類似自動倉儲系統的儲存室, 可以自動儲放土立方塊.

2. 利用廢棄物或者挖掘出來的土方, 造成儲存位能的土立方塊, 大小能夠放入管道中即可, 大小約1立方公尺, 重量約2公噸.

3. 儲存電能的方式: 利用剩餘電能將土立方塊從管道底部拉上地面並存放好, 此舉將電能轉成位能存放.

4. 釋放電能的方式: 將地面上的土立方塊掛上纜線, 放入管道, 讓它下降並帶動發電機組, 產生電能.

我們可以用以下的數學闡述:

假設

管道深度為3km

土立方塊質量為2000kg

重力位能公式為 Ep(h)=mgh

g=9.8m/s²

m=2000kg

h=3000m

將一塊土立方塊從管道底部等速到地面所需位能為

Ep(h)=2000kg * 9.8m/s² * 3000m = 58800000J = 58800 KWs = 16.33 KWh

台電核一廠一號機組發電能力為 650 MW

倘若台電核一廠一號機組剩餘電能為5%, 那一天下來可以將剩餘電能轉換成運送多少土立方塊於地面呢?

剩餘電能為650MW * 5% = 32500KW

一天剩餘電能為 32500KW * 24h = 780000KWh(度電)

假設電能轉換位能效率為70%, 此含起重機組熱消耗與倉儲系統用電.

一天能夠運送的土立方塊有 780000KWh* 70% / 16.33KWh ~= 33435 土立方塊

以儲存室面積為10000平方公尺, 利用率為50%, 約有5000平方公尺可以儲放, 儲放高度為7公尺

33435個土立方塊又能產生多少電能呢?

每塊釋放的位能一樣是16.33KW

假設位能轉換電能的效率為70%, 含起重機組熱消耗與倉儲系統用電.

以一天的時間來降下這些土立方塊, 產生的電能為

33435 * 16.33KWh * 70% = 382195 KWh (度電)

此一儲存位能的方式轉換效率為: 輸出電能/輸入電能 = 382195KWh/780000KWh ~= 49%

這種儲存剩餘電能的方式, 我覺得很環保.

以上的說明只是一個概念的闡述.