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壓縮泡沫空氣 蓋茨青睞的再生能源

‧彭博商業周刊 2014/08/22
SustainX有望令壓縮空氣儲能，成為可行且成本效益最高的技術
「它們的燃料是免費的，許多設備是現成的




凱普謝爾（Dax Kepshire）向訪客首先展示的是泡沫。他啟動一部10呎高的機器，這部由風動管和絲網屏構成的龐然大物開始將奶油狀白色黏稠物噴入一個300加侖的塑膠缸，看上去像軟雪糕。幾分鐘後泡沫已經有3呎深，凱普謝爾伸手浸入去，說「它完全無毒」，取自一種洗髪水和洗車皂液使用的工業泡沫劑。這間有七年歷史的公司寄望這種物質能解決可再生能源的頭號難題：儲存能源。
將風能和太陽能儲存下來為一座城市供電相當困難，這仍是可再生能源投入商業運作的一個障礙。由於風力發電站或太陽能板產生的過剩電力無法簡單地儲存，電力公司在沒有風或陽光時，不能指望它們供電。為了開發出可以滿足商業規模儲能要求的系統，SustainX正研究一種新技術。凱普謝爾是SustainX公司副總裁暨總經理，他說公司製造的這種泡沫可以有效儲存能源，滿足城市的電力需求。

SustainX系統倚賴壓縮空氣儲能，這種技術近數十年來斷斷續續有人測試，效果不一。這個設想是利用過剩的電力驅動空氣壓縮機，將壓縮空氣保存在容器裡或地下，需要時用壓縮空氣來驅動發電機渦輪。這種手段的問題在於溫度控制。壓縮會導致空氣過熱，而減壓時又會令溫度急降，這種溫度劇變會浪費大量能量。（高溫還會使壓縮機的汽缸有爆炸的危險。）全球投入運作的空氣壓縮設施只有兩處，位於阿拉巴馬州和德國，均是數十年前建成的，都需要用天然氣作為外部燃料以穩定氣溫—這會增加成本，而且會令利用潔淨能源的目標落空。

而泡沫能解決這問題。將泡沫注入正在壓縮的空氣中，有助保持溫度基本穩定（約攝氏50度），因為這種泡沫就像發泡膠咖啡杯一樣，可以吸收多餘的熱量。

凱普謝爾是在偶然情況下發現泡沫的這種功能。2006年，他在達特茅斯學院攻讀工程博士學位。在工程學院院長Charles Hutchinson和當時的賓夕凡尼亞州伊麗莎白城學院物理和工程學教授Troy McBride協助下，凱普謝爾與同學Ben Bollinger構思了一個用於可再生能源的水冷空氣壓縮系統。第二年，他們創辦了SustainX。「我們一開始就得到創業資本的支持—只是一個隨手寫下來的構想而已，」凱普謝爾說。他們2009年遇到挫折：他們的原型機無法通過小型測試以外的考驗。他們在水中加入了防腐蝕和消毒劑，以減輕機器的腐蝕並殺死細菌與藻類，但這種混合物開始產生泡沫。SustainX起初試圖避免產生泡沫，但後來工程師注意到泡沫能防止溫度劇變。

當時SustainX的系統能儲存足夠普通美國家庭使用兩日的電力。該公司的最新原型機是改造自通常用於郵輪的柴油引擎，整個過程均使用泡沫，壓縮空氣會輸送到一個6000平方呎倉庫中的84個鋼罐中。這種設置所儲存的空氣，可以產生高達1500度電，足夠50戶一般家庭一日所需。「一如所有研發，這系統總是有一些需要微調的地方，」SustainX工程副總裁Stephen Brown說。他表示，上個月針對封口和閥門的改良提高了系統的效率，如今有用電量輸出已達到總輸入電量的54％。

投資電能儲存系統時，無論電力來自什麼燃料及是否可再生，「多數電力公司都要求系統效率達到70％至80％，才會認為值得投資，」非牟利機構電力研究所（Electric Power Research Institute）儲能項目負責人卡馬斯（Haresh Kamath）說。近年新發明並投入市場的一些電網級電池效率已接近90％。但卡馬斯指出，這種電池非常昂貴，而且壽命很短，只有約五年，相對之下壓縮空氣系統估計可用超過20年。他說：「以每度電的成本計，壓縮空氣將會比電池便宜。要儲存大量能量頗長時間，壓縮空氣看來是成本效益最高的技術之一。」

SustainX已經籌到4300萬美元的資本，其中包括美國國防部和國家科學基金會的撥款，以及Polaris Partners和RockPort Capital Partners等創投公司的投資。該公司最直接的競爭對手是2009年成立的光帆能源（LightSail Energy），這間開發水冷式壓縮空氣儲能系統的公司已得到比爾‧ 蓋茨等人的投資。光帆的原型機可以產出約250千瓦的電力，屬於小型的機器，但該公司聯合創辦人、首席科學家Danielle Fong說，其效率已經達到50％，最終將超過SustainX。「我這麼說並不是想貶低對手，」她說，但是「他們在構想上尾隨我們已經很久了。」技術問題迫使光帆放棄去年在德州一座風力發電場的試驗項目。「現在的目標是在2016年初之前，能有投入運作的系統，」Fong說。

Navigant Research的分析師德漢娜（Anissa Dehamna）說，她對兩家公司都很欣賞。「SustainX和光帆都取得了一些重大成就，」德漢娜說，預計到2018年，該產業的營業額將從去年的3700萬美元升至16億美元。「它們的燃料是免費的，它們的許多設備是現成的⋯⋯而融資非常容易。」她還注意到兩間公司都在開發針對具體地點的機組，使電力公司客戶能根據自身需求，將儲能設施放在風力發電場附近或其他合適的地方。相對於阿拉巴馬和德國的早期壓縮空氣儲能實驗，這是一個重要的優勢。

一如光帆，SustainX在商業試運作項目上也遇到困難。「市場開發比所有人預期的都要慢，」凱普謝爾說。他的公司如今正在美國、中國、日本和南韓敲定合作計劃，建造第一批商用設施。凱普謝爾指這種設施可以產出約1500千瓦的電力，可以為1.5萬隻白熾燈供電40分鐘。若要增加電力，電力公司只需購買更多空氣儲存罐。SustainX還會繼續調整其泡沫配方。「我們正重新設計和調試，這是我們的秘密武器，」凱普謝爾說。