法國國家科學研究中心與東京大學發奇想,高空太陽能雲上發電

作者 | 發布日期 2016 年 02 月 01 日 18:27 | 分類 太陽能 , 尖端科技 , 能源科技 follow us in feedly
官方臉書

迪士尼動畫《大英雄天團》中虛構的「舊京山」市上空飄滿了高空風力發電氣球,雖然城市是虛構,技術卻不是虛構,高空能源(Altaeros Energies)所發展的高空風力發電機在 2014 年獲日本軟銀(SoftBank)投資 700 萬美元;同為可再生能源,如今太陽能也不甘示弱的往高空發展,法國國家科學研究中心與東京大學合作經營的 NextPV 實驗室提出高空太陽能的構想。



NextPV 實驗室的法國總裁,專精電化學、表面化學與材料工程的尚法蘭索瓦‧吉莫斯(Jean-François Guillemoles)說明高空太陽能的點子:太陽能所謂不穩定性,主要來自於天氣方面的干擾,當雲層飄過時,地面的太陽能發電設施因為陽光遭到遮蔽而發生發電量急降,造成電網調度上的困擾,但是,在雲層上方,整天都有太陽,每天都是陽光普照。至於該如何把太陽能板架到高空中,辦法跟高空風力發電一樣:採用大型氣球。

以目前的電網技術,太陽能受到雲層飄過而發電中斷產生的調度問題,已經可配合天氣預報預先準備,不過雲層遮蔽造成的發電量減少就無法避免,若採用高空太陽能發電,在雲層之上,不管地面是陰天與天照樣發電,加上減少穿過地面空氣與灰塵的厚度,如此一來,發電量可望為地面的 5 倍。

但是高空氣球架上太陽能板,萬一遇上颱風怎麼辦呢?簡單,搭配氣象預報,若遇上極端氣候時,把氣球收下來即可;此外,為了避免飛機意外撞上,氣球也應該裝上信號燈,信號燈耗用的電力不多,可由氣球本身所發的電提供。

NextPV 目前正研究要以何種方式從氣球送電回地面,以及高空太陽能發電相對於地面太陽能發電設施的成本效益如何,不過 NextPV 重點不僅在於成本,氣球可移動、安裝容易,這項特性,不僅使得設置裝置的碳足跡相當低,也使得高空太陽能發電可以如高空風力發電一樣可以自由收放、移動位置,因此開啟許多應用方式的可能性,如臨時支援偏遠斷電區域,或是為臨時的偏遠工程供電等。

 

做為分散式能源使用

然而,NextPV 的狂想還不僅止於此,既然高空太陽能是以大型氣球為基礎,NextPV 甚至想以氣球本身為能源儲存方案,NextPV 打算以氫氣填充氣球,氫氣不僅能讓氣球漂浮,還能做為能源儲存,尚法蘭索瓦‧吉莫斯認為,高空太陽能裝置可接上氫燃料電池系統,電力有餘裕時,製造氫氣儲存於氣球本身;當夜間需要用電時,就從氣球汲取氫,以氫燃料電池發電,氣球的大小可儲存 10 天的發電量,供應夜間需求綽綽有餘。

不過這個氫儲存的狂想部分受到許多質疑,首先是製氫設備要放在何處?若在氣球上,則將大為增加氣球重量,恐影響飄浮能力,若放在地面,則要有氫氣管線通往天上的氣球,顯然有相當危險性;其次是,目前許多國家都已經明令禁止氫氣球,也就是說若是以氫氣填充氣球,則無法合法營運。

其實若只是為了要夜間供電,也不用如此大費周章,可在地面設置電池技術為基礎的能源儲存站即可,不論是用主流的鋰電池,或是應用其他電池技術如液流電池等均可,電池站也可裝載在貨櫃上,跟氣球一樣有移動性,支援譬如偏遠臨時工程等應用。

市場也質疑高空太陽能發電若是要連上電網,再加上併網所需的監控、調控等成本,恐怕價格上沒有市場競爭力。不過高空太陽能若是真能實現,初期應用顯然會是做為分散式能源使用,可支援臨時需用電的偏遠地區、臨時性工程、偏遠工業場址、礦場、軍事基地,或是支援災難救助、野外研究、以及野外音樂會等各種臨時性活動等,這些偏遠或臨時工程的用電需求原本無法滿足或成本極高,高空太陽能會是相當好的解決方案,這些領域並不需要與電力公司電網價格競爭,最大的競爭對手,反而可能將是高空風力發電。

當技術發展成熟,高空太陽能其實可望有更有效率、更多附加價值的應用方式,例如,同樣以氣球搭載,高空太陽能氣球可與高空風力發電機結合,不僅一舉兩得,還能順帶解決夜間供電問題;陽光普照的日子,高空太陽能氣球飄浮城市上方,或可提供遮蔭降低熱島效應,不僅本身發電,還能減少城市用電,這些都具有想像空間。無論如何,期望 NextPV 盡快打造出原型機開始測試吧。

(首圖來源:大英雄天團

延伸閱讀:

發表迴響