四種長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景

　　研究表明，如果實(shí)現(xiàn)美國政府提出的到2035年使電力行業(yè)脫碳的目標(biāo)，需要部署大量的多樣化儲(chǔ)能技術(shù)，而不僅僅是鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，而多家儲(chǔ)能廠商正在為儲(chǔ)能市場帶來新的技術(shù)解決方案，以填補(bǔ)這一空白。

　　行業(yè)專家表示，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間通常為4到8小時(shí)，但隨著電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電份額越來越高，它將需要更長的持續(xù)時(shí)間和不同特性的技術(shù)來模擬“基本負(fù)荷”發(fā)電組合。

　　根據(jù)Wood Mackenzie公司在去年年底發(fā)布的一份研究報(bào)告，自從2019年以來，在全球范圍內(nèi)，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)吸引了580億美元以上的私人和公共承諾，這意味著將為約57GW長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供資助。與此同時(shí)，美國能源部一直致力于支持這一市場的商業(yè)化。

　　德勤公司美國可再生能源負(fù)責(zé)人Marlene Motyka表示：“當(dāng)美國政府考慮實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路時(shí)，需要在生態(tài)系統(tǒng)中采用許多不同的儲(chǔ)能技術(shù)，才能真正實(shí)現(xiàn)其凈零排放的目標(biāo)。”

　　這其中包括鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以及“中長期”儲(chǔ)能技術(shù)，例如鐵空氣電池或鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。此外，還需要部署一些持續(xù)時(shí)間更長的(甚至是季節(jié)性的)的儲(chǔ)能技術(shù)，持續(xù)時(shí)間長達(dá)幾個(gè)月，例如氫儲(chǔ)能技術(shù)。

　　許多儲(chǔ)能廠商正在將這些長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)推向市場，公用事業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)也對它們表現(xiàn)出了濃厚的興趣。今年5月，加州公用事業(yè)委員會(huì)批準(zhǔn)太平洋天然氣和電力公司建設(shè)一個(gè)8.5MW微電網(wǎng)，該微電網(wǎng)由Energy Vault公司開發(fā)，采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和氫氣燃料電池構(gòu)建，部署在太平洋天然氣和電力公司在北加州的一座變電站，該變電站經(jīng)歷了與野火有關(guān)的停電。根據(jù)太平洋天然氣和電力公司提交的文件這個(gè)微電網(wǎng)預(yù)計(jì)將在48小時(shí)內(nèi)提供高達(dá)2935MWh電力。

　　Energy Vault公司還在開發(fā)重力儲(chǔ)能技術(shù)，這種解決方案采用機(jī)械設(shè)備提升和降下混凝土塊，以存儲(chǔ)和調(diào)度能量。今年8月，該公司宣布已與一家尚未披露名稱的美國可再生能源開發(fā)商簽署了重力儲(chǔ)能技術(shù)的首個(gè)許可協(xié)議。

　　今年9月，Dominion Energy公司向弗吉尼亞州監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請批準(zhǔn)部署一個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，該項(xiàng)目將測試兩項(xiàng)新的儲(chǔ)能技術(shù)：Form Energy公司開發(fā)的鐵空氣電池，持續(xù)時(shí)間長達(dá)100小時(shí);Eos Energy公司開發(fā)的鋅混合電池，持續(xù)時(shí)間為3到12小時(shí)。

　　Motyka表示，展望未來十年，電網(wǎng)將需要一種混合部署的儲(chǔ)能解決方案，這取決于美國各州的發(fā)電組合和負(fù)荷情況。但是有些儲(chǔ)能技術(shù)可能會(huì)比其他技術(shù)更突出——例如不受地理限制。

　　德勤咨詢公司能源、資源和工業(yè)業(yè)務(wù)總經(jīng)理Craig Rizzo表示，儲(chǔ)能技術(shù)供應(yīng)鏈的長期穩(wěn)定性也將是決定它們能否擴(kuò)大部署規(guī)模的一個(gè)重要因素。其他需要考慮的因素包括該技術(shù)及其供應(yīng)鏈的環(huán)境足跡，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的可靠性。

　　Rizzo補(bǔ)充說，“與儲(chǔ)能系統(tǒng)將取代的電網(wǎng)的可靠性相比，例如天然氣發(fā)電設(shè)施，它必須在需要的時(shí)候出現(xiàn)。”

　　行業(yè)媒體研究了不斷發(fā)展的儲(chǔ)能領(lǐng)域的四種前沿技術(shù)，并與一些將其推向市場的企業(yè)進(jìn)行了交談，以更好地了解新興儲(chǔ)能領(lǐng)域。

　　鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

　　鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有多種不同的特性。Eos公司業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Andy Meserve表示，這包括更長的持續(xù)時(shí)間和不易燃的特性。他補(bǔ)充說，鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的降解退化程度非常低，可以持續(xù)使用20多年，這與許多可再生能源發(fā)電設(shè)施的生命周期(通常為20至30年)一致。

　　Meserve補(bǔ)充說:“另一個(gè)關(guān)鍵特性是，鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在非常寬的溫度范圍內(nèi)工作，不需要加熱和冷卻，這與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有所不同。”

　　Meserve表示，鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以滿足電力市場的多種需求，特別是在能源轉(zhuǎn)移或套利方面——或者在電網(wǎng)上充足的時(shí)候儲(chǔ)存可再生能源，然后進(jìn)行調(diào)度;或者在低電價(jià)時(shí)充電，在高電價(jià)時(shí)放電。此外，當(dāng)與可再生能源或相結(jié)合時(shí)，它們可以在微電網(wǎng)中發(fā)揮作用。

　　與其他儲(chǔ)能開發(fā)商一樣，Eos公司現(xiàn)在的業(yè)務(wù)重點(diǎn)是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。該公司在今年早些時(shí)候從美國能源部獲得了高達(dá)3.986億美元有條件貸款，用于擴(kuò)建一家生產(chǎn)鋅動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)的制造工廠。

　　德勤公司的Motyka表示，鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)確實(shí)有一定的好處。這種儲(chǔ)能技術(shù)可以靈活地?cái)U(kuò)大規(guī)模，而且鋅的原材料儲(chǔ)量豐富。另一方面，鋅基電池儲(chǔ)能系統(tǒng)目前可以提供長達(dá)12小時(shí)的持續(xù)時(shí)間，并且可以擴(kuò)展到更長的持續(xù)時(shí)間。

　　Motyka說：“用戶可以繼續(xù)建造這些模塊化部件，并將它們連接在一起——但在某些時(shí)候由于尺寸的原因，這可能沒有意義。”

　　鐵空氣電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

　　Form Energy公司的鐵空氣電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是由安全、廉價(jià)且豐富材料制成。

　　Form Energy公司首席執(zhí)行官M(fèi)ateo Jaramillo表示，鐵空氣電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供多日的持續(xù)時(shí)間——大約100小時(shí)。電網(wǎng)將需要長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)來應(yīng)對電力中斷更長時(shí)間的災(zāi)難事件。

　　雖然目前鐵空氣電池的主要用途是作為一種可靠性資源，但Form Energy公司的模型表明，這種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以全年使用，還可以被公用事業(yè)公司和其他機(jī)構(gòu)用來平衡每周的能源供應(yīng)和需求。

　　Jaramillo說，F(xiàn)orm Energy公司目前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是擴(kuò)大其技術(shù)規(guī)模，增強(qiáng)其制造能力。

　　德勤公司的Motyka表示，該技術(shù)提供了很大靈活性，可以以支持基本負(fù)荷發(fā)電概念的方式進(jìn)行調(diào)度。

　　Rizzo表示贊同，“與鋰離子電池相比，鐵空氣電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更便宜，使用壽命更長。我認(rèn)為關(guān)鍵是要看到它如何發(fā)揮作用。”

　　氫儲(chǔ)能系統(tǒng)

　　2022年底，太平洋天然氣和電力公司向加州監(jiān)管機(jī)構(gòu)提出了一項(xiàng)混合電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和氫氣燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建微電網(wǎng)的提案，該儲(chǔ)能系統(tǒng)將由位于北加州一個(gè)小鎮(zhèn)的Energy Vault公司開發(fā)，該小鎮(zhèn)由于面臨森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)而經(jīng)常停電。該公司過去一直使用柴油發(fā)電機(jī)來滿足這一需求，但改用綠色氫氣和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在停電期間提供更清潔的備用電源。

　　氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)允許電力部門使用可再生能源發(fā)電設(shè)施和電解槽系統(tǒng)來產(chǎn)生綠色氫氣，然后可以根據(jù)需要儲(chǔ)存，直到使用燃料電池轉(zhuǎn)換回電力。太平洋天然氣和電力公司構(gòu)建的微電網(wǎng)有48小時(shí)的持續(xù)時(shí)間，有可能擴(kuò)展到96小時(shí)，氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間更長。

　　太平洋天然氣和電力公司的氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)使用Energy Vault公司的“H-Vault”平臺(tái)，其標(biāo)準(zhǔn)解決方案提供24、50和100小時(shí)的持續(xù)時(shí)間，以及任何可定制的尺寸。Energy Vault公司首席商業(yè)和產(chǎn)品官M(fèi)arco Terruzzin表示，在成本方面，在《削減通脹法案》的支持下，共氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間為100小時(shí)，與柴油發(fā)電機(jī)組相當(dāng)。Energy Vault公司還有其他正在籌備部署的氫氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，但這些項(xiàng)目尚未公開披露。

　　Terruzzin表示，美國的《削減通脹法案》推動(dòng)了該技術(shù)在美國的發(fā)展，部分原因是它允許使用氫氣作為儲(chǔ)能介質(zhì)的資產(chǎn)所有者利用投資稅收抵免。

　　Motyka表示，在未來，當(dāng)政策制定者考慮平衡電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠一次儲(chǔ)存幾個(gè)月的能量并在需要時(shí)加以利用的潛力可能非常重要。

　　與此同時(shí)，Motyka表示，氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)在大規(guī)模部署時(shí)將面臨的一大挑戰(zhàn)是開發(fā)支持它的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　她說：“關(guān)于氫氣生態(tài)系統(tǒng)背后的基礎(chǔ)設(shè)施，還有很多事情要做——生產(chǎn)氫氣，有合適的地方儲(chǔ)存氫氣，然后能夠調(diào)度和使用氫氣。”

　　今年10月，美國能源部宣布在全國范圍內(nèi)建設(shè)7個(gè)氫氣中心，總資金為70億美元，預(yù)計(jì)每年將共同生產(chǎn)300萬噸氫氣。Motyka表示，這是美國朝著正確方向邁出的積極一步。

　　重力儲(chǔ)能系統(tǒng)

　　利用重力作為一種能量儲(chǔ)存形式已經(jīng)存在一段時(shí)間(例如抽水蓄能發(fā)電設(shè)施)，Energy Vault公司也在研究和開發(fā)這種技術(shù)。

　　該技術(shù)本質(zhì)上是利用一種機(jī)械過程，將混凝土塊提升和降低以存儲(chǔ)和調(diào)度能量。Energy Vault公司表示，重力儲(chǔ)能技術(shù)不依賴于特定的地形，提供了一個(gè)靈活的持續(xù)時(shí)間，從4小時(shí)到24小時(shí)不等，使用壽命為35年。

　　該公司目前正在中國部署一個(gè)25MW/100MWh的重力儲(chǔ)能系統(tǒng)。該公司還與Enel Green Power公司合作，在德克薩斯州斯奈德建設(shè)一個(gè)18MW/36MWh重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，預(yù)計(jì)將于2024年第四季度上線運(yùn)營。

　　Terruzzin說：“這并不意味著重力儲(chǔ)能系統(tǒng)不能持續(xù)4個(gè)小時(shí)，但用戶對持續(xù)6個(gè)小時(shí)甚至更長時(shí)間非常感興趣，現(xiàn)在也是如此。”

　　Rizzo表示，在某些方面，采用簡單的機(jī)械設(shè)備儲(chǔ)存能量的想法是有意義的。

　　他說：“這是一種低環(huán)境足跡，并且沒有供應(yīng)鏈問題，而且可以規(guī)模化部署。”

　　作者：劉伯洵 來源：中國儲(chǔ)能網(wǎng)