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阿特拉斯·科普柯集团杂志
Sustainable technologies
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重要的环节
在迈向无碳未来的过程中，获取可再生能源以供日后使用是关键。丹麦的 Stiesdal Storage Technologies 公司正在开发一种突破性的热基储能系统，该系统可一次存储供数小时至数周使用的电能。该公司向阿特拉斯·科普柯寻求开发该流程所需的透平机械。
在世界上许多地区，向可再生能源的过渡正在顺利进行。然而，利用风能和太阳能产生清洁和无碳电能的情况将因可获得的资源而异。有时，我们生产的能源过多，不得不抛弃多余的能源；有时，我们需要的能源却供不应求。
我们所面临的挑战是如何降低能源需求和能源生产之间的不平衡。
以丹麦为例，该国 50% 的电力供给来自大型风力涡轮机获取的风能： “如果我们能实现 50% 的风力装机容量，那么将从风能获得大约 45% 的电力。但如果实现 100% 的装机容量，那么只会获得 60% 的电力。”
Stiesdal 集团旗下丹麦气候技术公司 Stiesdal Storage Technologies 的首席运营官 Bo Birkemose 说，“这是因为我们生产能源时不需要全部能源。我们的能源生产供大于求，必须将其关闭，或者我们会遇到供不应求的情况。”
成熟理念配合新应用
Stiesdal 计划解决这一问题。他们的 GridScale 储能系统基于有数百年历史的简单技术：热能存储。
Stiesdal 的解决方案是一种泵送热能存储系统，它使用冷热碎石作为低成本的无碳存储介质。几年前，为了满足该解决方案对透平压缩机和透平膨胀机技术的需求，Stiesdal Storage Technologies 向阿特拉斯·科普柯求助。
“GridScale 将电力存储到一种既便宜又简单的东西中，该解决方案中有大量石头。”阿特拉斯·科普柯气体与工艺事业部新能源市场经理 Rasmus Rubycz 解释道。阿特拉斯·科普柯团队的部分人员与 Stiesdal Storage Technologies 合作开展了这一项目。
“锂电池供应充足，而且越来越便宜，但其经济可行性只有不到 12 个小时，而且电池保持高效的时间只有 4 个小时。”Rasmus Rubycz 补充道。
氢可作为长期大量存储的一种选择。但是，其换能效率非常低，而且纯氢的存储工艺非常复杂，大规模存储的成本也很高。
“Stiesdal 的解决方案解决了电池问题。”Rasmus 继续说道，“它只需要钢材、石头和次绝缘。它采用易于获得的材料，非常环保，并填补了电池和氢之间的空白。”
“市场需要的是价格低廉且易于制造、运输和安装的产品。我们希望其制造时间短、调试简便并可在现场进行安装，就像风力涡轮机一样。”Bo Birkemose 说道，“我们不仅仅是在开发一个示范项目。我们知道它行之有效。我们的解决方案可以在短时间内大规模升级。”
开放和信任的协作
“我们是一家小型创业公司，尽管在某些行业很出名。我们还将在一些非常新的领域展开工作。人们可能担心的一个问题是透平机械，而在这方面我们可以受益于阿特拉斯·科普柯的专业知识和知名度。”Bo Birkemose 解释道。
“在战略协作方面，阿特拉斯·科普柯也会受益于我们，因为我们在风电行业拥有数十年的杰出企业经验。但这里更重要的是，我们作为一家小公司，可以与这样一个大型组织共同协作并建立良好的对话关系，我们可以相互尊重对方的能力。这是一种非常开放和信任的协作。” Bo Birkemose 补充道。
对于阿特拉斯·科普柯气体与工艺事业部负责热能存储业务线的 Harald Dany 来说，这种协作是“一个出色的故事”。
“Stiesdal 有这一出色的想法，但他们认识到这一想法所需要的部分技术缺失。他们正在寻找一家能够支持他们开发机器的公司，以便将这一想法化为现实。”Harald 说道，“而这正是我们擅长的方面。我们对客户的支持远超技术范围，并可根据客户的需求进一步开发技术。”
下一步会发生什么？
开发进程自 2019 年开始实施。阿特拉斯·科普柯气体与工艺事业部的设计工程师 Hanna Hörmeyer 解释说，主要的研发挑战是高工作温度对这种规模的透平机械的影响。
“我们面临的挑战是开发能在如此高温条件下工作的透平机械。所有这些都是从空气动力学设计开始的，然后我们再着手进行机械设计，我们将重点放在了这些高温对设计和材料本身的影响上。”Hanna 解释道，“需要考虑诸多挑战，但对于更有效地使用可再生能源而言，它是一个很好的选择。这是一个非常有前途的解决方案，它让我们离更好地保护地球又近了一步。对于参与这个项目，我感到非常高兴和兴奋。”
Stiesdal Storage Technologies 的目标是在 2023 年首次商业迭代之前，于 2022 年在全球多个地点落成原型工厂。目前正在洛兰岛（波罗的海中可再生能源丰富的一个岛屿，位于丹麦近海）上建立第一个示范工厂，该工厂将从该岛的太阳能和风电场中获得充裕的电力。
Bo Birkemose 发现了许多不同的客户细分市场，例如，远离电网的偏远地区、远离人口的风电场，或者目前严重依赖柴油发电机的矿场。
“我们选择技术的美妙之处其实在于它缺乏技术。”Birkemose 说道，“这是一个成熟的理念，可以在短时间内扩大规模。促使我们每天起床就为之奋斗的动力是：我们知道我们正在开发的技术将为更美好、更清洁的未来做出重大贡献。”
将其比作一个热泵系统可以更好地说明 GridScale，该系统可以根据所选容量，在不同数量的独立容器之间移动能量，以分别储热和储冷。
储冷容器的温度上限远低于储热容器，因此储冷容器基本上可以使用任何类型的碎石。在储热方面，要求是能够承受许多岩石类型都能承受的高温。
碎石存储材料不会降解，所以，GridScale 的标示存储容量在系统的整个生命周期内均可用。
GridScale 系列产品既涵盖了日常平滑太阳能发电所需的 12 至 18 小时的持续时间，也涵盖了平滑低风电期造成的风能缺口所需的 3 至 7 天的持续时间。
“以丹麦为例，如果我们配置了一天的储热容量，便可将可用电量提升 75%。”Stiesdal Storage Technologies 的首席运营官 Bo Birkemose 说道。