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去年，由于气候变化而引发的火灾出现在澳大利亚各地，造成巨大破坏。现在，水有可能能够帮助澳大利亚避免将来更糟糕的事情发生，而不仅仅是熄灭大火。
澳大利亚一家公用事业公司草拟了一份计划，打算将该国的可再生能源电力与几十年来的水力工程技术结合起来。
如果成功，这个设计可以帮助解决可再生能源的最大瓶颈之一，即找到一种方法将风力涡轮机和太阳能电池板产生的多余能量储存起来。关键是，对于全球应对气候变化来说，这个方法还可以减少澳大利亚对煤炭的依赖。也就是说，“国家电池组”或许能够建成。
这个概念本身很简单，即在电力需求小的时候使用多余的可再生能源电力将水泵高，然后在电力需求高的时候将水从高处通过涡轮发电机释放回低处，这样既可满足额外的电力需求又可盈利。一般系统包括两个独立的水库，其中一个海拔更高。它们通过泵和管道连接在一起，水会在晚上的时候循环回到更高海拔的水库中，将其作为一个储库。
这项技术在上世纪60年代首次投入商用。几十年来，美国、日本和欧洲都一直在使用抽水蓄能来提高核电站的经济效益，因为核反应堆自身无法根据电力需求便捷地扩大或缩小发电规模。挪威科技大学一项2013年的研究称抽水蓄能是“目前唯一一种成熟的并广泛商用的可再生能源储存方式”。
目前，全球抽水蓄能装机容量约为1300亿瓦，其中三分之一在欧洲。根据美国能源部的数据，抽水蓄能解决了美国公共事业95%的储电量。塔斯马尼亚水利（Hydro Tasmania）是位于澳大利亚南部主要岛屿的公共事业公司，它希望践行抽水蓄能这一理念。
该公司想建造一个大型抽水蓄能系统，夜间未充分利用的风力驱动水泵将水抬升到更高的海拔。当风力减弱时，水会从高海拔通过涡轮机释放电力，帮助保持电网稳定。
抽水蓄能电站的工作模式
图片来源：美国能源部的能源效率与可再生能源办公室（Office of Energy Efficiency and Renewable Energy）
塔斯马尼亚水利负责国家电池组计划（the Battery of the Nation）的主管Christopher Gwynne说，抽水蓄能系统，比如他正在负责的这个，是澳大利亚政府采取更广泛计划应对气候变化的基础。澳大利亚的计划正是通过逐步淘汰“高碳”发电（特别是燃煤发电厂）实现的。
Gwynne解释说：“澳大利亚大陆各州正在从燃煤发电过渡到主要依靠风能和太阳能的发电系统。这一转变在国家层面上面临的挑战是如何在系统中储存足够多的电力。我们需要确保风能和太阳能产生的电力在维多利亚、南澳大利亚或新南威尔士州有足够多的储存，使我们有可靠和安全的电力供应。”
抽水蓄能还没有与水力发电以外的可再生能源进行大规模配套使用，但塔斯马尼亚水利和其他公司想要花费数十亿美元去实现它。
水力发电在塔斯马尼亚已经很成熟，可以满足岛上大部分的电力需求。风力发电的占比也正在增加。在两到三年内，塔斯马尼亚可能成为澳大利亚第一个实现完全零碳排放电力网络的州，从而不再需要从大陆输入煤电。
但塔斯马尼亚还想走得更远。提议包括了新的海底电缆、更多的水力发电量和新的抽水蓄能系统。规划人员相信，通过这些，该岛可以帮助澳大利亚其他州增加无碳风能和太阳能的发电量，且不会给电网带来不稳定的风险。
如果这一愿景得以实现，那么国家电力系统将从主要依靠燃煤发电转向主要依靠风能和太阳能发电。这一愿景需要国家电池组计划和新的海底互联来实现。
Gwynne说：“如果你不知道互联系统即将到来，你肯定不会投资水力发电资产，但是互联系统是否成功又取决于这些投资将给市场带来的价值。所以事实上，我们试图解决一个‘先有鸡还是先有蛋’的难题，以推进整个计划。”
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抽水蓄能由于其优越的储电能力，正在取代更多的电网蓄能电池。Gwynne估计，目前最好的商用电网电池最多只能使用4到6个小时。塔斯马尼亚水利公司所计划的抽水蓄能系统则可以提供超过12个小时的备用能源储存。
2013年挪威的一项研究认为抽水蓄能系统可以“储存多个时间尺度的能源，从从几个小时到几年”。该系统的使用寿命也将远远长于电网连接的化学电池。抽水蓄能系统的使用年限为50到100年。
国家电池组计划将是一个巨大的能源项目。该系统的海底电缆部分被称为Marinus Link，其中包括了两条线路，能够将1500兆瓦的额外电力从岛上输送到澳大利亚大陆。Marinus Link将由电力传输公司TasNetworks耗资约30亿美元建造。
总理Scott Morrison在发表的国情咨文中宣布，政府将加快审批Marinus Link，并将该项目列为他的首要政务之一。澳大利亚政府在Marinus Link的设计和审批阶段已经投入了约4000万美元。
TasNetworks的首席执行官Lance Balcombe在一份新闻稿中赞扬了总理的支持。Balcombe说：“塔斯马尼亚拥有巨大的风力资源和水力资源，在抽水蓄能和氢气生产方面也有潜力。只有通过建设Marinus Link，才能充分发挥其全部潜力。”
塔斯马尼亚水利公司想要加强其现有的水力发电基础设施，为Marinus Link互联系统提供更多的电力。该公司相信，额外修建一座更高海拔的水库、新增涡轮机装机容量和新建地下抽水网络，可以帮助整个塔斯马尼亚岛更好地利用可再生能源发电并向澳大利亚大陆传输大量过剩的零碳电力。国家电池组计划大约需要耗费10亿美元。
国家电池组计划得到了澳大利亚政府和塔斯马尼亚政府的全力支持，并开始吸引投资者的兴趣。这并不是澳大利亚正准备投入的唯一一个大型抽水蓄能计划。
新南威尔士州的雪山水电公司（Snowy Hydro）正在推进其“雪山2.0”（Snowy 2.0）抽水蓄能扩建项目。该公司计划通过一个地下电力和抽水系统将两个已有的相距超过15英里的水库连接起来，在电力需求较低的时期，再次利用未得到充分利用的可再生能源将水抬到海拔较高的水库。
雪山水电公司称其项目为“澳大利亚最大的可再生能源项目”，并表示最早将于2025年开始运营，从那时起将不断增加发电量直至达到2000兆瓦。雪山2.0的建设可能耗资近30亿美元，但雪山水电公司表示，在从澳大利亚政府争取到10亿美元的投资后，它就致力于推动此项目了。
还会有更多的计划将被实施。澳大利亚国立大学2017年的一项研究得出的结论是，整个澳大利亚仅需要36平方公里的水库来储存电力，就可以实现100%使用可再生能源发电。澳大利亚国立大学的研究人员认为，“而这只是现有人工水库的一小部分。”
澳洲能源市场运营商（Australian Energy Market Operator, AEMO）正忙于将新的大规模抽水蓄能计划纳入澳大利亚新的长期综合系统计划（Integrated System Plan，ISP），致力于通过更高水平的风能发电和太阳能发电来大规模改造电网。澳洲能源市场运营商最新的ISP草案预计于下个月发布。
Gwynne说，如果审批顺利且资金到位，国家电池组计划和Marinus Link项目将在本世纪20年代后期投入运营。看起来他对计划会顺利进行是有信心的。
他说：“随着我们进一步推动可再生能源发电，我认为市场现在已经意识到抽水蓄能这种‘电池’将在技术整合的过程中发挥关键作用。”
他补充说，抽水蓄能的“关键作用”之一是深度蓄能，即储存能量超过12个小时的能力。他说：“能源利用的转变越深入，可再生能源的普及率越高，所需的储能时间就越长。”
作者：Nathanial Gronewold
翻译：黄灏
审校：曾小欢
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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