撰文/ 馬曉蕾

編輯/ 涂彥平

設(shè)計/ 杜   凱

來源 / Fttimes，作者：Henry Sanderson

在世界大部分地區(qū)，風(fēng)能和太陽能等可再生能源正變得比化石燃料更便宜，但它們需要存儲才能成為可行、穩(wěn)定的能源，尋找可替換的儲能方式迫在眉睫。

在英格蘭北肯特海岸的一堵被風(fēng)吹過的海墻上，瑪麗·金（Mary King）指著幾英里長的空曠沼澤農(nóng)田，那里很快就會有數(shù)千塊太陽能電池板和全國最大的電池裝置之一。這種電池廠將成為英國和其他地方的熟悉景象

11月18日，英國首相鮑里斯·約翰遜（Boris Johnson）承諾要在2030年之前安裝足夠的風(fēng)力渦輪機，為每個家庭提供電力，但這將需要管理間歇性能源供應(yīng)的解決方案。

這就是為什么我們需要電池，一個能將電能作為化學(xué)能儲存的設(shè)備。手機和特斯拉電動汽車中使用的鋰離子電池是目前最主要的儲能技術(shù)，從加州到澳大利亞，很可能還有肯特郡，都在部署鋰離子電池，以幫助電網(wǎng)管理激增的可再生能源供應(yīng)。

特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）曾表示，他預(yù)計該公司的能源業(yè)務(wù)，包括為電網(wǎng)提供太陽能和巨大的鋰離子電池，將在長期內(nèi)與汽車業(yè)務(wù)一樣大。

但是，除了鋰離子電池，還需要更便宜、更持久的儲能技術(shù)才能完全取代化石燃料發(fā)電廠，實現(xiàn)100%使用可再生能源，但其中大部分還不是很劃算。目前，燃?xì)怆姀S彌補了與可再生能源之間的差距，提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)，比目前的電池能夠提供更長的時間。

英國政府推出的綠色工業(yè)革命中其中有一項就是10億英鎊的能源創(chuàng)新基金，以幫助新的低碳技術(shù)商業(yè)化。其中包括曼徹斯特郊外Highview Power公司正在建造的液態(tài)空氣電池。

鋰離子電池是目前占主導(dǎo)地位的存儲技術(shù)，并正在全球范圍內(nèi)部署，以幫助電網(wǎng)管理激增的可再生能源供應(yīng)

如果沒有儲能，各國將很難大幅減少對天然氣和燃煤電廠的使用，也很難減少氣候變化的有害影響，比如海平面上升和極端的天氣條件。

各家公司都在競相開發(fā)下一個突破口，包括使用豐富原材料的電池技術(shù)、火山巖、液態(tài)空氣儲存罐以及將重物降到廢棄礦井下的系統(tǒng)，以便在本世紀(jì)中葉開啟大規(guī)模的可再生能源。這是由幾位著名的商業(yè)領(lǐng)袖所支持，包括微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨（Bill Gates）和軟銀的孫正義。 

“如果我們想要全面的去碳化，那么所有這些技術(shù)都將是必需的。”能源咨詢公司W(wǎng)ood Mackenzie的分析師羅里·麥卡錫（Rory McCarthy）說，“但你需要的投資規(guī)模是數(shù)十億美元，才能有所作為。”

零庫存的供應(yīng)鏈 

每天，電網(wǎng)必須不斷地使供需匹配，如果把提供可靠、穩(wěn)定能源供應(yīng)的燃煤和燃?xì)怆姀S剝離出來時，這一過程就變得更加困難。麻省理工學(xué)院的加拿大化學(xué)教授唐納德·薩多維（Donald Sadoway）將電網(wǎng)比作“世界上最大的供應(yīng)鏈，但是零庫存”。

霍恩斯代爾電力儲備，它是世界上最大的鋰離子電池之一，由特斯拉制造，在南澳大利亞詹姆斯敦附近

今年第一季度，可再生能源提供了英國47%的電力，創(chuàng)下了紀(jì)錄。然而，這種成功在幾周后就產(chǎn)生了一個問題，在3月份第一次全國冠狀病毒封鎖后，能源需求下降了20%之多。當(dāng)可再生能源發(fā)電量達到總發(fā)電量的50%左右時，國家電網(wǎng)的工作變得更加困難，它需要化石燃料廠的大型旋轉(zhuǎn)渦輪機的幫助來緩和系統(tǒng)的波動性。

需求的下降意味著可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例超過了一半，國家電網(wǎng)控制中心的工程師們不得不進行微妙的平衡，其中一部分涉及到增加儲能的使用。支持者們說，這證明了技術(shù)的擴展是正確的。

事實證明，這是對未來電網(wǎng)將如何看待的一個測試案例，當(dāng)可再生能源的比例更大時，Harmony Energy的首席執(zhí)行官彼得·卡瓦納（Peter Kavanagh）說，該公司在英格蘭南海岸的普爾用六個特斯拉鋰離子電池向電網(wǎng)提供電力。

“在許多國家，太陽能和風(fēng)能是最便宜的發(fā)電形式，但一旦可再生能源在能源組合中形成了一定的規(guī)模，就需要進行儲能，就像我們在疫情期間看到的那樣?！彼f，“疫情已經(jīng)提前五年證明了電池存儲的商業(yè)案例?！?/p>

目前世界上97%以上的儲能方式是利用電力將水抽到高位水庫，然后將水釋放出來，驅(qū)動渦輪機產(chǎn)生更多的電力，即所謂的“抽水蓄能”。水庫是儲存能量的一種方式。但這些系統(tǒng)受到地理環(huán)境的影響較大，未來可能會受到水資源日益匱乏的限制。

鋰離子電池的優(yōu)勢在于，它們可以放置在任何地方，并且可以像電動汽車一樣，非常迅速地向電網(wǎng)提供電力。它們可以在幾毫秒內(nèi)做出反應(yīng)，一般可以提供長達4小時的存儲時間，幫助電網(wǎng)處理發(fā)電中的突然停電，但從長遠來看，成本太高。在英國，大多數(shù)大型鋰離子電池可提供30-90分鐘的能量。

氧化還原液流電池

替代技術(shù)可以使大量能源更安全地儲存更長時間，這將使風(fēng)能和太陽能更加一體化。但它們需要迅速擴大規(guī)模，以滿足不斷增長的需求并具有成本競爭力。

今年1月，美國加州的主要能源政策和規(guī)劃機構(gòu)加州能源委員會呼吁建立長時間儲能，提供10小時以上的能源，足以儲存一天的太陽能供通宵使用。

中標(biāo)者之一是英威尼迪能源系統(tǒng)公司，該公司使用以釩為基礎(chǔ)的大型電池，釩是鋼鐵工業(yè)用來提高金屬強度的原材料。這些氧化還原液流電池最早是由美國國家航空航天局在20世紀(jì)70年代開發(fā)的，使用單獨充電的大型電解質(zhì)罐來儲存能量，這使得它比傳統(tǒng)電池更容易擴容。

巴西巴伊亞州的一個釩礦坑。使用這種材料的Invinity Energy Systems公司的Matt Harper說，釩電池可以在白天儲存8到10個小時的可再生能源，并在需求高峰時加以利用

該公司首席商務(wù)官馬特·哈珀（Matt Harper）說，釩電池可以在白天儲存8到10個小時的可再生能源，并在需求高峰期，或在夜間部署，為電力價格設(shè)定了一個下限。他說，由于釩電池使用的是水基電解質(zhì)，因此滅火的可能性比起起火的可能性更大。它們的壽命也比鋰離子電池長，可以使用30年。

在中國東北部的大連市中心，融科電力正在建造世界上最大的釩電池。它的容量為800兆瓦時，將是位于加州的世界最大鋰離子電池裝置規(guī)模的三倍以上。它將幫助遼寧省電網(wǎng)更好地整合風(fēng)電。

“在市中心安裝大規(guī)模的鋰離子電池是不允許的（出于安全考慮）?！比诳剖袌隹偙O(jiān)李斌說，“鋰離子電池的安全問題還沒有解決?！?/p>

然而釩的價格波動很大，2018年11月飆升至127美元/公斤，如今又跌至25美元/公斤，這可能對生產(chǎn)成本產(chǎn)生影響。

西門子的火山巖儲能

尋找其他儲能選擇的人則完全避免使用電池，而嘗試類似于抽水機的自然和物理解決方案，它可以在20小時內(nèi)調(diào)度能量，不需要天然水庫。

在德國漢堡市郊，一棟灰色混凝土無窗大樓的正面用紫色字體寫著“歡迎進入新石器時代”，該工廠由世界第二大風(fēng)力渦輪機制造商西門子Gamesa運營

西門子Gamesa的漢堡工廠利用來自挪威的1000噸火山巖，以熱能的形式儲存130兆瓦時的能量，提供的能量足夠約3000戶德國家庭使用，或者大約750輛電動汽車使用。

首先用電將火山巖加熱到至少600℃。這些能量可以儲存一個星期，但目標(biāo)是在一夜之間調(diào)度電力。西門子Gamesa公司創(chuàng)新項目負(fù)責(zé)人哈桑（Hasan Oezdem）表示，該系統(tǒng)可以安裝在正在面臨淘汰的燃煤電廠中，并使用其渦輪機。

“你可以把它們變成巨大的存儲設(shè)施?！彼f，“最大的公用事業(yè)公司正在努力重生，因為你無法出售它們，沒有人購買燃煤電廠。我們提供的是以綠色目的讓它繼續(xù)運行?！?/p>

在曼徹斯特郊區(qū)，一個類似的項目正在一個退役電廠的場地上成形，使用液態(tài)空氣的容器而不是火山巖。Highview Power在贏得英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部的1000萬英鎊撥款后，11月在特拉福德能源園的250兆瓦時電廠破土動工。

“鋰離子電池是偉大的技術(shù)，但對于電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)來說，它太小了?！痹摴镜氖紫瘓?zhí)行官哈維爾（Javier Cavada）說，“長時間儲能的商業(yè)模式是確保所有的風(fēng)能和太陽能發(fā)電都得到利用?！?/p>

英國埃塞克斯海岸的風(fēng)力渦輪機。英國首相鮑里斯·約翰遜承諾，到2030年，將安裝足夠的風(fēng)力渦輪機為每戶家庭提供電力

盡管有各種優(yōu)勢，但這些技術(shù)將很難打敗鋰離子的制造規(guī)模，過去十年電動汽車投資的激增推動了鋰離子的發(fā)展。據(jù)彭博新能源財經(jīng)報道，2010年至去年，鋰離子電池的價格實際下降了87%，約為156美元/千瓦時。

這一價格可能會進一步下降。根據(jù)Wood Mackenzie的數(shù)據(jù)，到2030年，全球用于電網(wǎng)存儲的電池安裝量將上升到741吉瓦時，其中大部分是鋰離子電池，由美國和中國主導(dǎo)。1千兆瓦時足以為100萬戶家庭供電1小時。

此外，通過利用電力電解水而產(chǎn)生的氫氣，可以成為較長時間儲存能源的一種有競爭力的解決方案。氫氣可以儲存在地下洞穴或枯竭的油氣田中。

Cleve Hill附近的格拉維尼，Hive Energy能源計劃在那里建立它的太陽能和儲存地點。該公司正在決定使用哪種技術(shù)來生產(chǎn)電池，但很可能會選擇鋰離子電池

Hive Energy公司正在規(guī)劃Graveney附近的Cleve Hill太陽能和儲能基地，該公司的總經(jīng)理休·布倫南（Hugh Brennan）表示，該公司正在決定使用哪種技術(shù)來制作電池，但很可能會選擇鋰離子。

在Graveney，教堂外和路邊都立著標(biāo)語牌，上面有防毒面具的圖片和“不要太陽能發(fā)電廠”的口號

超越鋰離子的儲能技術(shù)一覽

釩氧化還原液流電池儲能：使用兩個含有正電荷和負(fù)電荷的液態(tài)釩電解質(zhì)的罐子，這些電解質(zhì)通過泵輸送穿透電池中的隔膜。這種電池比鋰離子電池的降解程度更低，循環(huán)壽命更長。

壓縮空氣儲能：液態(tài)空氣被冷卻到零下196℃，之后被儲存在儲罐中。然后將其加熱，驅(qū)動渦輪機發(fā)電。另一種方法是使用加熱的壓縮空氣將能量儲存在專門建造的洞穴中。

重力儲能：包括將沉重的礦塊在廢棄的礦井中上下提起，作為儲存和發(fā)電的一種方式。

熔鹽儲能：由比爾·蓋茨的突破能源風(fēng)險投資公司支持的熱能儲存馬耳他公司，以熔鹽的形式將能量以熱的形式儲存。該公司表示，該技術(shù)可以持續(xù)20年以上，適合儲存6個多小時。

液態(tài)金屬電池儲能“”使用金屬在加熱時自然分離，形成陰極和陽極，由鹽電解質(zhì)分離。一旦初始加熱，電池就會在放電和充電時產(chǎn)生熱量，從而保持較高的工作溫度。

使用鐵、硫和鋅等廉價原材料的低成本電池為鋰離子電池技術(shù)提供了替代品。例如，以鋅為原料的電池開發(fā)商EOS表示，其電池有能力在3至12小時內(nèi)釋放能量。由比爾·蓋茨支持的初創(chuàng)公司Form Energy表示，其電池可以低成本地儲存能量長達150小時。

氫儲能：利用電力生產(chǎn)氫氣是一種儲存能量的方式，但在這個過程中會有大量的能量損失，因此效率不如電池。

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