四種長時儲能技術的發(fā)展前景

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

　　行業(yè)專家表示，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間通常為4到8小時，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)時間和不同特性的技術來模擬“基本負荷”發(fā)電組合。

　　根據(jù)Wood Mackenzie公司在去年年底發(fā)布的一份研究報告，自從2019年以來，在全球范圍內，長時儲能技術已經(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長時儲能系統(tǒng)提供資助。與此同時，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責人Marlene Motyka表示：“當美國政府考慮實現(xiàn)凈零排放的道路時，需要在生態(tài)系統(tǒng)中采用許多不同的儲能技術，才能真正實現(xiàn)其凈零排放的目標。”

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

　　許多儲能廠商正在將這些長時儲能技術推向市場，公用事業(yè)監(jiān)管機構也對它們表現(xiàn)出了濃厚的興趣。今年5月，加州公用事業(yè)委員會批準太平洋天然氣和電力公司建設一個8.5MW微電網(wǎng)，該微電網(wǎng)由Energy Vault公司開發(fā)，采用電池儲能系統(tǒng)和氫氣燃料電池構建，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)歷了與野火有關的停電。根據(jù)太平洋天然氣和電力公司提交的文件這個微電網(wǎng)預計將在48小時內提供高達2935MWh電力。

　　Energy Vault公司還在開發(fā)重力儲能技術，這種解決方案采用機械設備提升和降下混凝土塊，以存儲和調度能量。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)商簽署了重力儲能技術的首個許可協(xié)議。

　　今年9月，Dominion Energy公司向弗吉尼亞州監(jiān)管機構申請批準部署一個儲能項目，該項目將測試兩項新的儲能技術：Form Energy公司開發(fā)的鐵空氣電池，持續(xù)時間長達100小時;Eos Energy公司開發(fā)的鋅混合電池，持續(xù)時間為3到12小時。

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

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

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

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

　　鋅基電池儲能系統(tǒng)

　　鋅基電池儲能系統(tǒng)與鋰離子電池儲能系統(tǒng)有多種不同的特性。Eos公司業(yè)務發(fā)展副總裁Andy Meserve表示，這包括更長的持續(xù)時間和不易燃的特性。他補充說，鋅基電池儲能系統(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)電設施的生命周期(通常為20至30年)一致。

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

　　Meserve表示，鋅基電池儲能系統(tǒng)可以滿足電力市場的多種需求，特別是在能源轉移或套利方面——或者在電網(wǎng)上充足的時候儲存可再生能源，然后進行調度;或者在低電價時充電，在高電價時放電。此外，當與可再生能源或相結合時，它們可以在微電網(wǎng)中發(fā)揮作用。

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

　　德勤公司的Motyka表示，鋅基電池儲能系統(tǒng)確實有一定的好處。這種儲能技術可以靈活地擴大規(guī)模，而且鋅的原材料儲量豐富。另一方面，鋅基電池儲能系統(tǒng)目前可以提供長達12小時的持續(xù)時間，并且可以擴展到更長的持續(xù)時間。

　　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——但在某些時候由于尺寸的原因，這可能沒有意義。”

　　鐵空氣電池儲能系統(tǒng)

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

　　Form Energy公司首席執(zhí)行官Mateo Jaramillo表示，鐵空氣電池儲能系統(tǒng)可以提供多日的持續(xù)時間——大約100小時。電網(wǎng)將需要長時儲能系統(tǒng)來應對電力中斷更長時間的災難事件。

　　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)公司和其他機構用來平衡每周的能源供應和需求。

　　Jaramillo說，F(xiàn)orm Energy公司目前面臨的關鍵挑戰(zhàn)是擴大其技術規(guī)模，增強其制造能力。

　　德勤公司的Motyka表示，該技術提供了很大靈活性，可以以支持基本負荷發(fā)電概念的方式進行調度。

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

　　氫儲能系統(tǒng)

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

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

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

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

　　Motyka表示，在未來，當政策制定者考慮平衡電網(wǎng)運行時，氫氣儲能系統(tǒng)能夠一次儲存幾個月的能量并在需要時加以利用的潛力可能非常重要。

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

　　她說：“關于氫氣生態(tài)系統(tǒng)背后的基礎設施，還有很多事情要做——生產(chǎn)氫氣，有合適的地方儲存氫氣，然后能夠調度和使用氫氣。”

　　今年10月，美國能源部宣布在全國范圍內建設7個氫氣中心，總資金為70億美元，預計每年將共同生產(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。

　　重力儲能系統(tǒng)

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

　　該技術本質上是利用一種機械過程，將混凝土塊提升和降低以存儲和調度能量。Energy Vault公司表示，重力儲能技術不依賴于特定的地形，提供了一個靈活的持續(xù)時間，從4小時到24小時不等，使用壽命為35年。

　　該公司目前正在中國部署一個25MW/100MWh的重力儲能系統(tǒng)。該公司還與Enel Green Power公司合作，在德克薩斯州斯奈德建設一個18MW/36MWh重力儲能系統(tǒng)，預計將于2024年第四季度上線運營。

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

　　Rizzo表示，在某些方面，采用簡單的機械設備儲存能量的想法是有意義的。

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

　　作者：劉伯洵 來源：中國儲能網(wǎng)

作者：劉伯洵