SustainX的压缩空气储存可能提升可再生能源 - 彭博社

照片插图由731提供；照片由Stocktrek Images/Getty Images（火箭）；Zoran Milch/Getty Images（风车）Dax Kepshire向SustainX的访客展示的第一件事是泡沫。当他在一个10英尺高的气动管道和网格屏幕的组合上翻动开关时，机器开始向一个300加仑的塑料桶中喷出类似软冰淇淋的奶油白色粘稠物。几分钟后，泡沫深达3英尺，Kepshire将手伸了进去。“这完全无毒，”他说，这种物质源自于洗发水和洗车肥皂中的工业发泡剂。这家成立七年的公司正在押注这种物质可以解决可再生能源面临的最大挑战：如何储存它。

保持足够的风能和太阳能以供一个城市使用仍然是可再生能源商业可行性的障碍。由于来自风电场或太阳能电池板的多余电力无法轻易保存，公用事业公司在风停止吹动或太阳下山时无法依赖它们。在开发能够满足公用事业规模需求的商业储存系统的竞赛中，SustainX面临着包括强大但寿命短的电池在内的技术挑战。Kepshire是位于新罕布什尔州Seabrook的SustainX的副总裁兼总经理，他表示，公司创造的泡沫可以有效地储存城市所需规模的电力。

SustainX系统依赖于压缩空气储能，这是一项经过数十年反复测试的技术，结果喜忧参半。其理念是通过使用多余的电力驱动空气压缩机，将压缩空气储存在罐中或地下，然后随时提取以驱动发电涡轮机。这种方法的问题在于温度控制。压缩会使空气超热，而减压则会使其变得非常寒冷，这种温度波动导致大量能量浪费。（热量也威胁到压缩机的气缸爆炸。）世界上仅有的两个运营中的压缩空气设施，建于几十年前的阿拉巴马州和德国，需要使用天然气作为外部燃料来源来稳定空气温度——这增加了成本，违背了使用清洁能源的目的。

这就是泡沫的作用。将其注入被压缩的空气中有助于保持温度几乎稳定（约122华氏度），因为泡沫吸收多余的热量，就像一个泡沫咖啡杯。

$4300万

由SustainX筹集的资金，包括来自美国国防部的拨款

Kepshire对泡沫的发现是一次意外。2006年，他在达特茅斯学院攻读工程学博士学位时，与同学Ben Bollinger一起绘制了一个用于可再生能源的水冷空气压缩系统的计划，得到了他们工程学院院长Charles Hutchinson和当时在宾夕法尼亚州伊丽莎白镇学院担任物理和工程教授的Troy McBride的帮助。他们在次年成立了SustainX：“我们一开始就筹集了风险投资——全都是来自一个餐巾纸上的想法，”Kepshire说。他们在2009年遇到了瓶颈，因为他们的原型在小规模试验之外证明无效。他们在水中添加了防腐和消毒化学品，以减少机械磨损并杀死细菌和藻类，混合物开始起泡。SustainX试图找出如何阻止这种情况发生，直到工程师们注意到泡沫正在防止剧烈的温度波动。

此时，SustainX系统可以为美国普通家庭储存大约两天的电量。该公司的最新原型，改装自通常用于游轮的海洋柴油发动机，整个系统都使用泡沫，并将压缩空气输送到位于6000平方英尺仓库中的84个钢罐中。该设置储存足够的空气以产生多达1500千瓦时的电力，并为50个典型家庭提供一天的电力。“像任何开发一样，总是需要进行一些调整，”该公司的工程副总裁Stephen Brown说。上个月对各种密封件和阀门的升级提高了系统的效率，这意味着其有效功率输出与总功率输入的比率达到了54％，他说。

在投资任何燃料的电力存储时，无论是可再生能源还是其他能源，“大多数公用事业希望在真正对他们有价值之前，看到70%到80%的效率，”管理非营利组织电力研究所存储项目的哈雷什·卡马斯说。一些最近发明的已经上市的电网规模电池接近90%的效率。但卡马斯表示，这些电池价格昂贵，使用寿命短——大约五年，而压缩空气系统的预估使用寿命超过20年。“每千瓦时的成本，压缩空气将比电池更便宜，”卡马斯说。“这似乎是存储大量能量以较长时间的最具成本效益的方法之一。”

图片来源 SustainX

SustainX已筹集了4300万美元的资金，包括来自美国国防部和国家科学基金会的拨款，以及来自波拉里斯合伙人和罗克波特资本合伙人等公司的风险投资。其最接近的竞争对手LightSail Energy成立于2009年，已从比尔·盖茨和其他投资者那里筹集了4200万美元，以开发其水冷压缩空气存储系统。LightSail的原型能够产生约250千瓦的电力，虽然体积小，但联合创始人兼首席科学家丹妮尔·丰表示，它的效率接近50%，最终将超越SustainX。“我告诉你这些不是因为我想贬低竞争对手，”她说。但“从理念的角度来看，他们已经追随我们很长时间了。”技术问题迫使LightSail去年放弃了在德克萨斯州风电场的试点计划。“现在的目标是在2016年初让某个项目在现场运行，”丰说。

安妮莎·德哈姆纳，Navigant Research的分析师，表示她对这两家公司印象深刻。“SustainX和LightSail正在取得重要的里程碑，”德哈姆纳说，她称压缩空气“是一种非常引人注目、非常优雅的解决方案”用于能源存储，并估计该行业的收入将从去年的3700万美元上升到2018年的16亿美元。“他们的燃料是免费的，他们的大部分设备都是现成的……而且融资相对容易。”她还指出，这两家公司正在开发可以放置在风电场旁边或任何需要的地方的设备。这是相较于早期在阿拉巴马州和德国的压缩空气存储实验的重要优势。

像LightSail一样，SustainX也在努力推出商业试点。“市场开发的速度比大家预期的要慢，”凯普希尔说。他的公司现在正在美国、中国、日本和韩国敲定合作伙伴关系，以建立其第一个商业安装，他表示这些安装可以产生大约1.5兆瓦的电力，约等于15000个白炽灯泡在40分钟内的消耗。为了增加更多的电力，公用事业公司可以简单地购买更多的空气存储罐。SustainX还在不断调整其泡沫配方。“我们正在重新设计和微调它，”凯普希尔说。“这是我们的秘密武器。”