近期，一個(gè)詞匯收到很大關(guān)注：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（long-duration energy storage) 。對(duì)于多長(zhǎng)算長(zhǎng)時(shí)，國(guó)際上并沒(méi)有明確定義。美國(guó)能源部是將其定義為額定功率下連續(xù)放電大于等于10小時(shí)。但也有機(jī)構(gòu)給出的定義是：可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的概念雖然近期才出現(xiàn)，但人類(lèi)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的實(shí)踐卻是有超長(zhǎng)歷史了。其中最為人所知的就是抽水蓄能，目前它仍舊在世界范圍內(nèi)儲(chǔ)能占比最大。
基于重力的抽水蓄能是一種古老而成熟的儲(chǔ)能技術(shù)。雖然建造成本和周期稍長(zhǎng)，但設(shè)施一旦建成，其儲(chǔ)能成本就會(huì)非常低，且可以存儲(chǔ)大量的能源。難關(guān)主要表現(xiàn)在選址，必須選定合適的地址，且不能破壞生態(tài)環(huán)境。
除了抽水蓄能這一方式，人類(lèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)和正在開(kāi)發(fā)多種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
核電池：微型化和民用化正在推進(jìn)中
人類(lèi)探測(cè)器飛得最遠(yuǎn)的是什么？無(wú)疑是“旅行者一號(hào)（Voyager 1）”。這顆從1977年發(fā)射出去的探測(cè)器，直到今天仍然飛行于星際空間，已離太陽(yáng)超211億公里的距離，雖然它返回地球的數(shù)據(jù)和信號(hào)已經(jīng)越來(lái)越弱，但是人們還是知道它還在。有沒(méi)有想過(guò)它為什么會(huì)有這么強(qiáng)勁的動(dòng)力，能支持它跑那么遠(yuǎn)？
除了飛行過(guò)程中獲得引力彈弓所賦予的速度（沒(méi)錯(cuò)，就是《流量地球》中所使用的那種方式，在接近某行星時(shí)利用其引力獲得加速度）之外，是人類(lèi)為旅行者一號(hào)安裝的兩枚核電池幫助它脫離地球引力、變軌、調(diào)整飛行姿態(tài)、傳送照片和數(shù)據(jù)等等。
“旅行者1號(hào)”上的電池是兩枚钚電池，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的能量是能夠保證它繼續(xù)飛行至2025年。
核電池放電原理是，當(dāng)放射性物質(zhì)衰變時(shí)，能夠釋放出帶電粒子，如果正確利用就能夠產(chǎn)生電流。通常不穩(wěn)定(即具有放射性)的原子核會(huì)發(fā)生衰變現(xiàn)象，在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定。核電池正是利用放射性物質(zhì)衰變會(huì)釋放出能量的原理所制成的。
軍事和航空航天領(lǐng)域用核電池比較多，旅行者一號(hào)即是。這類(lèi)核電池體積往往很大。削減體積是核電池面臨的重大難關(guān)之一。但是這一方向一致吸引著科技家，因?yàn)楫?dāng)體積縮小到可以民用時(shí)，它為產(chǎn)品所提供的動(dòng)能甚至可能比產(chǎn)品本身壽命都要長(zhǎng)。
核電池微型化、安全化，吸引著科學(xué)家持續(xù)不斷地進(jìn)行研究?，F(xiàn)在已經(jīng)略有小成，由美國(guó)密蘇里大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系研究組研發(fā)出的“核電池”體積小電力強(qiáng)。大于1美分硬幣(直徑1.95厘米，厚1.55毫米)，但電力是普通化學(xué)電池的100萬(wàn)倍。
微型核電池其優(yōu)點(diǎn)首先就是電量充足而且穩(wěn)定，缺點(diǎn)就是具有放射性污染。如何保證其安全性，也是人類(lèi)的重大任務(wù)。
重力儲(chǔ)能：混凝土砌塊儲(chǔ)能驚世出現(xiàn)
任何一種有質(zhì)量的物體下落時(shí)，重力所帶來(lái)的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用這種原理。現(xiàn)在有一家公司在用混凝土砌塊來(lái)實(shí)現(xiàn)這一儲(chǔ)能方式。他們的方案是，通過(guò)起重機(jī)將成千上萬(wàn)個(gè)特制的混凝土塊堆放成塔臺(tái)，然后在需要釋放能量時(shí)再把它們放下，從而存儲(chǔ)多余的能量。
這是初創(chuàng)廠商EnergyVault公司提出的一個(gè)挑戰(zhàn)性概念，他們認(rèn)為抽水蓄能太挑地兒了，用混凝土砌塊的話就能避免地理?xiàng)l件的限制。于是公司采用混凝土和起重機(jī)等其他行業(yè)成熟的技術(shù)開(kāi)發(fā)推出了這種儲(chǔ)能技術(shù)。
這一技術(shù)充滿了爭(zhēng)議性，很多人認(rèn)為，在處處都講究高科技的當(dāng)今，這樣的方案也太低科技了。但是無(wú)論如何，這種方式確實(shí)能產(chǎn)生能量和儲(chǔ)能能量。富有的爭(zhēng)議性也為公司帶來(lái)了該公司有史以來(lái)最大的一筆投資：去年夏天從日本軟銀集團(tuán)獲得了1.1億美元投資。而印度塔塔電力公司與EnergyVault公司簽署了一個(gè)35MWh小型項(xiàng)目的合同，這表明了有些客戶對(duì)這種儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)生了興趣。
EnergyVault公司表示，如果該系統(tǒng)已啟動(dòng)并正在運(yùn)行，則可以建立許多信任關(guān)系。建立適用于商業(yè)實(shí)踐的功能對(duì)于該儲(chǔ)能技術(shù)至關(guān)重要。
但也有人質(zhì)疑，首先建造基礎(chǔ)設(shè)施的成本高昂，其次為了增加能量密度，必須使用大重量的鐵塊，這增加了線纜的成本和要求，定期維護(hù)和更換是必須的，不然那么重的東西砸到地上，大概率是要引起地震的。
空氣壓縮：折騰空氣是一門(mén)技術(shù)活兒
空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)分為地下壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)和液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)。
地下空氣壓縮是將地下空間作為巨型儲(chǔ)存罐，使用多余的電能將壓縮空氣泵入地下空間，在需要時(shí)釋放壓縮空氣可使發(fā)電設(shè)施重新發(fā)電。近期有兩家鹽穴空氣壓縮工程進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電階段。
9月30日，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目并網(wǎng)試驗(yàn)成功，作為世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站并網(wǎng)試驗(yàn)成功，標(biāo)志著我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用取得重大進(jìn)展。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)電了
10月8日，山東肥城鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期10兆瓦(MW)示范電站順利通過(guò)驗(yàn)收，并正式并網(wǎng)發(fā)電。這標(biāo)志著國(guó)際首個(gè)鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站已進(jìn)入正式商業(yè)運(yùn)行狀態(tài)。
另外在貴州畢節(jié)、河北張家口也都有大規(guī)?？諝鈮嚎s儲(chǔ)能項(xiàng)目面世。
但是，這種儲(chǔ)能技術(shù)通常受到地理環(huán)境的限制，也有很多公司在探索突破地域限制的地下空氣壓縮方案，加拿大儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商Hydrostor公司采用了不同的方法：將壓縮空氣泵入現(xiàn)有的洞穴中(例如廢棄的礦井)，并用水保持恒定壓力，其目標(biāo)是使壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)擺脫受到地質(zhì)條件的限制，同時(shí)采用其他成熟行業(yè)的設(shè)備而將技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)降至最低。
液態(tài)空氣儲(chǔ)能方面，將空氣壓縮并將其存儲(chǔ)在加壓的儲(chǔ)罐中，其空氣壓縮設(shè)備和發(fā)電機(jī)來(lái)自成熟行業(yè)已建立的供應(yīng)鏈。這種創(chuàng)新的儲(chǔ)能技術(shù)可用于電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。英國(guó)儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商HighviewPower公司經(jīng)過(guò)15年的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，致力于將其開(kāi)發(fā)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能試點(diǎn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮蜕虡I(yè)儲(chǔ)能設(shè)施。
液流電池：最被人認(rèn)可的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能
液流電池一直被認(rèn)為是具有前途的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，同時(shí)有好幾個(gè)液流方案在電化學(xué)儲(chǔ)能賽道上和鋰電池并駕齊驅(qū)。Zinc8, Primus, Invinity 等歐美電池創(chuàng)業(yè)公司主攻的是鋅液流電池。
不過(guò)目前鋅電池不如釩電池更受關(guān)注。在亞洲，以釩液流電池為主要方向，中國(guó)在釩電池賽道上有不俗表現(xiàn)，北京普能是世界領(lǐng)先企業(yè)，大連融科也具有強(qiáng)大科技能力。我們?cè)?jīng)就國(guó)內(nèi)釩電池進(jìn)展進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)介紹：未來(lái)5年這種電池占比將達(dá)20%！全生命周期成本只有0.48元/kwh!它生而不凡！
與太陽(yáng)能電池聯(lián)用的全釩液流電池
日本的釩電池生產(chǎn)是以住友電工為代表。液流電池廠商ESS公司、Avalon公司、英國(guó)液流電池廠商RedT公司也都以釩電池研究為主要方向。
鐵空氣電池：劍走偏鋒
近期進(jìn)入商業(yè)化的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)還冒出了鐵空氣電池，它劍走偏鋒，而且目前屬于技術(shù)保密階段，所以其神秘性也吸引了很多關(guān)注。
鐵空氣電池是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能明星公司Form Energy發(fā)布的，該公司一直對(duì)其技術(shù)保密，直到該公司宣布已完成2億美元的D輪融資才對(duì)外公布其采用的電池技術(shù)是什么。鐵-空氣化學(xué)電池的基本原理基于鐵的可逆氧化（生銹）。當(dāng)鐵-空氣化學(xué)電放電時(shí)，空氣中的氧氣會(huì)使鐵生銹。然后當(dāng)它被充電時(shí)，鐵銹通過(guò)電流的應(yīng)用被轉(zhuǎn)化回鐵。這個(gè)過(guò)程排放的唯一物質(zhì)是氧氣。
該公司聲稱(chēng)，采用這種電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)放電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100個(gè)小時(shí)，其成本與現(xiàn)有化石燃料發(fā)電廠相當(dāng)，并且可能比鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)低10倍以上。其目標(biāo)是在靠近部署所在地的地方生產(chǎn)鐵-空氣化學(xué)電池，并使用在當(dāng)?shù)夭少?gòu)的鐵礦石。
公司稱(chēng)，即使在極端天氣導(dǎo)致電網(wǎng)中斷多日的情況下。鐵空氣電池具有極低的成本、安全性、耐用性和全球可擴(kuò)展性，是平衡可再生能源發(fā)電多日變化的最佳解決方案。Form Energy公司第一個(gè)項(xiàng)目將于2023年在明尼蘇達(dá)州投入運(yùn)行。
除了以上新方案，斯坦福大學(xué)崔毅教授也在2020年成立了EnergyVenue，主打航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的金屬氫電池，計(jì)劃與香港中華煤氣公司開(kāi)展試驗(yàn)項(xiàng)目。此外，還有熱儲(chǔ)能（例如熔鹽儲(chǔ)能)，化學(xué)儲(chǔ)能（氫、氨）等技術(shù)也逐漸進(jìn)入人們的視野。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)多數(shù)方案仍處于百家爭(zhēng)鳴的中早期研發(fā)示范階段，孰勝孰劣尚未揭曉。但為了存儲(chǔ)更充足更長(zhǎng)久的能源，人類(lèi)一直在努力。
“十四五”初年，在“雙碳目標(biāo)”背景下，為助力能源轉(zhuǎn)型，促進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)變革與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)際能源網(wǎng)憑借16年蓄積之力，繼續(xù)構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)重磅年度盛會(huì)。
“2021第六屆中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)論壇”將于2021年11月15-16日在北京舉辦。論壇以“能源轉(zhuǎn)型 光伏先行”為主題，將深入解讀新時(shí)代能源高質(zhì)量發(fā)展形勢(shì)與政策，探討新型電力系統(tǒng)下光儲(chǔ)充一體化的發(fā)展機(jī)遇，宣揚(yáng)業(yè)內(nèi)新技術(shù)、新產(chǎn)品與創(chuàng)新理念，探索光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展新目標(biāo)，并對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)各先進(jìn)企業(yè)進(jìn)行表彰，凝心聚力為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策！
評(píng)論