用初中物理解決清潔能源的蓄電問題

早在2015年3月20日，當日食在歐洲大陸上降臨，德國80%的陽光都消失了。

德國40%的電力都依賴於太陽能，所以其主要的供電系統都花了大量經歷為這一次日式做準備。當時，電網在日食前後承受供電輸入的急速下降和快速上升，巨大的電流變化可能引發短路、停電和起火，給長距離輸變電線造成巨大的負擔。

因此，工程師們正採取措施穩定電網和電力供應，在火力發電、核電、水力發電等方面轉移供電，並要求鋁冶煉廠等大能耗產業減少其運營需求。

2015年3月20日在挪威看到的日食

今年8月，美國也會遭遇同樣的天文事件，即使是不受日食影響的州也會遭受大幅度的供電下滑，例如加州的用電需求會比屆時的供地量多6兆瓦，電流下跌和回歸的速度將超過電網在一般情況下運作負荷的三倍。

近幾年來，成本的降低已大大提高了清潔能源對傳統化石能源的競爭力。在這樣趨勢之下，對電力的儲蓄就變得異常關鍵了。

MIT Energy Initiative的研究科學家Apurba Sakti表示：「能源儲蓄能讓陽光暗去和潮汐停滯之時解決燃眉之急。」如此一來，清潔能源的發展也就能更上一層樓。

目前，美國南加州正在使用另一種方式來儲存他們的能源，該技術源於聖芭芭拉的創業公司Advanced Rail Energy Storage (ARES)。在電價低廉時，ARES使用電力把電動機車拉倒山頂上，通過這個過程中的重力勢能儲蓄能量。

在供不應求時，機車的剎車閘就會被解除，飛速滾下山坡的車輪將在轉動過程中帶動發電機，從而達到及時發電的目的。該技術被應用在豐田普銳斯和特斯拉Model S的剎車系統上。

ARES 的在加州Tehachapi的軌道電力儲蓄系統

能量被儲存和釋放的速度都取決於機車的速度和數量，而水利蓄電的效率則取決於被泵出來的水的質量。總體而言，這兩個概念有著異曲同工之妙。MIT Energy Initiative 的領導者Robert Armstrong承認，這些技術早已屢見不鮮。

在蓄電市場上，AERS並不是唯一的弄潮兒。高空中的重物具有重力勢能，許多人都在利用這一概念來平衡電力市場的需求供給。 另一家法國的公司Charroux也在研發一個類似的系統，把水泥吊上13,000英尺的海拔高度上發電。

今天大約97%的能源儲備是通過水利設施儲蓄的，但ARES的運營總監Francesa Cave卻認為，軌道蓄電系統仍然有發展的潛力，因為它在碳排放量、化石肥料排放和可靠性方面都更優於水利儲蓄，不過具體情況還需要因地制宜。

就在ARES的總部以北加州地區，坐落著另一家新興公司LightSail Energy。在兩位創始人兼物理學家的帶領下，該公司的研發了一種高壓空氣氣囊，通過釋放空氣的方式來推動發電機的轉動。

德國北部的Rhine-Westphalia曾被稱之為「煤炭與鋼筋之城」零零星星的礦井遍布了地表。在明年之後，這裡的鋼筋水泥會被風車、水庫、太陽能板所代替。德國聯邦政府從2012年就開始評估私有工程企業，並著手把落後的化石工廠轉換成現代的發電設施。

如果計劃成功實施，該設施能夠為40萬個家庭提供太陽能和風力等清潔能源。

聳立於Rhine-Westphalia地區的採礦設施

此處600米的海拔差為水利發電提供了得天獨厚的優勢，並使礦井本身成為了儲水的最佳地點。一般水力發電的原理就是讓水從高出流下，穿過巨大的渦輪機來產生感應電流。

而此處多餘的電力會被用於把水泵至高出，等到供電不足時再讓其自然流下發電，從而得到儲蓄能源的目的。

發電之後，水會被儲存到地下的 Prosper-Haniel礦井當中

「這個德國的礦井很有趣，」電力儲蓄公司Vcharge的總裁George Baker說，「雖然沒有天然的蓄水湖，但仍然相當可觀。」

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