比爾·蓋茨為何“癡心”長時儲能，這十大儲能技術或改變世界

　　摘要：長時儲能技術，被認為是可再生能源和電力行業脫碳的核心，也是比爾-蓋茨投資的重中之重。報告顯示，到2040年，長時儲能有可能在全球部署 1.5 至 2.5 TW)(太瓦)的裝機容量，是當前部署的總儲能容量的8到15倍。為了實現這個目標，需要1.5萬億-3萬億美元(約10萬億-21萬億人民幣)的累計投資。

　　微軟創始人比爾·蓋茨對儲能技術的看好，可以用“癡心”來形容。

　　在《氣候經濟與人類未來》一書中，比爾·蓋茨曾表示，“我從沒想到自己會在有關電池的知識方面投入那么多的學習時間，我也從沒想到自己會在電池類初創公司上面虧掉那么多的錢。”

　　比爾·蓋茨這里所說的“電池”，主要指達到一定小時數的儲能電池或長時儲能。他投資的很多初創儲能技術公司，主要通過他創立的突破能源投資基金(Breakthrough Energy Ventures，BEV)或他個人的資金進行操作。

　　盡管投資的一些儲能公司失敗或破產了，但這并沒有改變他對儲能公司的興趣。

　　2013年4月，專門研制鈉電池的初創公司Aquion Energy獲得了比爾·蓋茨領投的D輪3500萬美元融資。2014年1月，該公司宣布，蓋茨又領頭和部分股東將D輪融資金額上調至5500萬美元。

　　但三年之后，2017年 3 月，由于市場沒有打開，未能獲得進一步的融資，Aquion 開始裁員，工廠停產，并申請了破產保護。

　　類似Aquion Energy公司的破產，對比爾·蓋茨沒有任何影響，他對儲能創新技術的興趣依然那么濃厚。此后，他大手筆投資儲能公司的案例頻頻發生。

　　最近，蓋茨的突破能源基金又對一家液態錫儲能公司進行了投資。這家名為Fourth Power的公司，使用巨大的、超便宜的、儲量豐富的石墨塊來儲存大量能量。該公司將它們加熱到高達2500°C的白熱。

　　然后能量通過液態錫金屬在Fourth Power的系統中移動，這種金屬會在相對較低的232°C(450°F)下熔化。這些泵在石墨管道系統周圍移動過熱的液態錫，將熱量從加熱元件傳遞到石墨塊，然后在需要將其送回電網時將其從石墨塊傳遞到能量回收系統。

　　圖說：加熱元件為液態錫加載能量，并將能量儲存在白熱石墨塊中

　　來源：Fourth Power

　　Fourth Power自稱這種儲能是超高溫“盒子里的太陽”儲能技術，比鋰離子電池便宜10倍以上，而且比任何其他熱電池都強大和高效得多。由于系統幾乎全部由超便宜的石墨和錫制成，鋰電池的安裝成本可能在每千瓦時330美元左右，但該設備可以以不到25美元的價格完成同樣的工作。

　　最近，Fourth Power宣布了1900萬美元的A輪融資，這筆資金將用于波士頓附近一個1兆瓦時的原型設施，預計將于2026年完工。投資者 DCVC參與了領投，突破能源基金也參與支援。

　　蓋茨還投資了哪些儲能技術公司?長時儲能未來市場前景如何?有哪些技術或改變電力系統?

　　01--蓋茨熱衷哪些儲能技術?

　　蓋茨的突破能源基金一直致力于清潔能源和脫碳技術的投資，在100多家投資對象中，除了可再生能源技術外，核能、氫能、微型電網、儲能都是重點投資對象。特別是儲能技術，被認為是可再生能源和電力行業脫碳的核心，所以也成為蓋茨投資的重中之重。

　　比較有名的有以下幾家：

　　1)Antora Energy公司：通過加熱的碳塊來實現儲熱。2022年，Antora獲得蓋茨Breakthrough Energy Ventures與風險投資人ChrisSacca的Lowercarbon Capital共同領投的5000萬美元融資，殼牌的創投部門也參與了這項投資。

　　2)Ambri公司：這是一家位于美國的馬薩諸塞州的液態金屬電池制造商，通過設計一種由銻、鎂和鹽電解質組成的新型液態金屬電池，實現電網規模的儲能電池。2012年5月，Ambri的B輪融資獲得了蓋茨等投資者的1500萬美元資金。2014年4月，Ambri的C輪融資又獲得了蓋茨等投資者的3500萬美元資金。在2021年8月的新一輪融資中，共獲得1.44億美元的融資，蓋茨也參與其中。

　　3)Form Energy公司：這是一種鐵空氣電池系統，活性成分是鐵、水和空氣。操作的基本原理是可逆生銹。放電時，電池從空氣中吸入氧氣，并將鐵金屬轉化為鐵銹。充電時，電流的應用將鐵銹轉化為鐵，電池呼出氧氣。Form Energy曾表示，其電池系統每千瓦時的儲能成本將低于6美元，可提供幾個星期，甚至幾個月的儲能解決方案。該公司從 BEV 那里獲得了 900 萬 美元的投資。

　　4)Malta公司：這家公司以前是谷歌旗下的儲能項目，后來剝離出來單獨成立公司，這家公司主打的是以熔融鹽為介質的儲熱技術，目前在全世界范圍內是第二大儲能技術。2018年12月，這家公司獲得2600萬美金的A輪投資，其中蓋茨的BEV參與投資。

　　5)ESS公司：ESS公司采取的解決方案是采用鐵、無機鹽和水作為電解質的長時液流電池技術，這些都是價格便宜且儲量豐富的材料，而不像鋰電池采用的鋰和鈷元素都是儲量有限的材料。公司至今為止已獲得累計5700萬美元的融資，投資者包括了比爾蓋茨，軟銀等著名機構。這周一，ESS公司將有另一個飛躍——在紐交所借殼上市，交易代碼為GWH。通過上市，公司將獲得3.08億美元的資金。

　　02--長時儲能市場將迎來爆發增長

　　目前的儲能市場，80%以上都屬于鋰電池儲能，但鋰電池存在局限性且改進空間非常小，而且鋰儲量有限，受供應鏈影響比較大。如果要配套電網級的儲能，鋰電池的缺陷就更大了，存在諸多安全隱患。

　　如果要大規模發展風電、光伏等可再生能源，就不僅要協調白天和黑夜的間歇性問題，還要考慮冬季和夏季的間歇性。夏季風電光伏產能過剩，冬季產能不足，夏冬之間的季節變化是發展可再生能源更嚴重的障礙。通過核電，以及帶碳捕獲技術的煤電，可以解決一部分問題，但尋找多元化的儲能方式，發展長時儲能(Long-duration energy storage ，LDES )，才是為電網或新型能源系統提供系統靈活性的主流方向。

　　圖說：長時儲能在整個能源系統中發揮重要作用。

　　來源：麥肯錫報告

　　2021年，全球知名咨詢公司麥肯錫和長期儲能協會(LDES)發布的一份報告表示，到2040年，LDES 有可能在全球部署 1.5 至 2.5 TW)(太瓦)的裝機容量，是當前部署的總儲能容量的8到15倍。對應的儲能容量是 85-140TWh)(太瓦時 )。

　　為了實現這個目標，需要1.5萬億-3萬億美元(約10萬億-21萬億人民幣)的累計投資。

　　報告估計，到2040年，LDES的部署可每年避免1.5億至 2.3 億噸CO2當量的排放，即當今電力部門排放量的10%至15%。

　　圖說：未來20年，長時儲能的裝機功率、電量和投資情況。

　　來源：麥肯錫報告

　　中國儲能市場也有望迎來爆發式增長。

　　根據國家發改委、國家能源局2021年7月發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，到2025年，中國新型儲能累計裝機規模要達到30GW以上。截至2021年底，中國新型儲能裝機規模僅為5.76GW。

　　這意味著4年間有5倍以上的成長空間，復合年均增長率為51%。

　　03--哪些儲能技術可能改變世界?

　　新型長時儲能技術仍處于萌芽階段，未來幾年將加速發展，但部署已經開始了，技術流派也白芳爭艷。哪些技術將發揮關鍵作用呢?新能源媒體Recharge News對除了鋰電、綠氫和抽水蓄能之外的、最近最受關注的十大創新儲能技術進行了盤點：

　　1)重力儲能

　　該領域涌現出的最具創意的想法之一或許是利用重力將定制的磚塊用起重機拖上高空，然后再釋放下來，從而儲存多余的綠色能源。

　　這種儲存動能的方法與水力發電類似，但并不局限于需要在山區才能實現。

　　瑞士公司 Energy Vault 是這一領域的佼佼者，該公司最近憑借其定制設施在中國贏得了高達 10 億美元的訂單。與此同時，蘇格蘭新創公司 Gravitricity 也將美國的礦井作為自己類似概念的應用場景。

　　圖說：Energy Vault 最近在中國啟用了重力儲能設施

　　來源：Energy Vault

　　2)“無水”水力發電

　　英國一家公司率先提出，將水電的巨大潛力從其地理鏈條中解放出來，該公司稱其技術甚至可以將起伏不大的山丘變成綠色電池。

　　RheEnergise 公司稱，該公司通過開發一種系統，在能源廉價時將獲得專利的液體泵上山，從而實現了這一目標。由于這種液體的密度是水的 2.5 倍，該系統工作所需的坡度據稱要比抽水蓄能低2.5 倍。這樣做的好處是，該系統可以在更多的地方使用。

　　RheEnergise 聲稱已經在全球找到了近 100 萬個合適的地點。目前，該公司已經簽訂了一項協議，將在英國鄉村推廣其技術。

　　3)壓縮空氣儲能

　　壓縮空氣是一種歷史悠久的儲能技術，但歷來受到地理條件的限制——通常依賴于大型鹽洞和枯竭的石油或天然氣儲層。

　　加拿大開發商 Hydrostor 稱，它通過開發可在任何地方建造的定制巖洞解決了這一問題。該公司利用過剩或非峰值能源生產加熱壓縮空氣。然后，通過提取熱量，將空氣泵入裝滿水的巖洞，再將水推到地表。

　　當需要能源時，水會從豎井涌回，迫使空氣上升，與儲存的熱量重新結合，為渦輪機提供動力。

　　Hydrostor 公司的概念得到了高盛等公司的支持，目前正在美國、英國、加拿大以及最近的澳大利亞開發項目。

　　Hydrostor展示了其壓縮空氣儲能技術的工作原理。

　　來源：Hydrostor

　　4)混凝土電池

　　美國麻省理工學院的一個團隊在這方面最近取得了一項突破性進展，稱可以建造出從地基供電的房屋，以及在電動汽車飛馳時為其充電的道路。

　　研究小組發現，利用水泥和炭黑(一種看起來像非常細的木炭的高導電性材料)，可以制造出一種超級電容器來儲存電能。這些材料的豐富性意味著超級電容器可以在地球上的任何地方輕松制造。

　　研究人員說，由于這種材料非常堅固，可以用作建筑物的混凝土地基或道路的一部分，將它們變成電池，為從水壺到汽車的所有物品供電。

　　5)過熱磚儲能

　　微軟和石油巨頭沙特阿美石油公司為加利福尼亞州的一家初創公司提供了支持，該公司希望通過將多余的可再生能源儲存在過熱磚中，幫助工業減少排放。

　　Rondo Energy 公司正在開發一種系統，利用電加熱元件(如烤面包機或烤箱中的電加熱元件)對數千噸磚塊進行加熱。當需要電力時，空氣就會從磚堆中流出，然后以過熱空氣或蒸汽的形式輸送到終端。

　　Rondo 公司已經與泰國的一家企業集團合作，擴大其系統的生產能力，并稱其工廠將 "比目前世界上任何一家電池生產廠都要大"。

　　6)金屬合金儲能

　　石油巨頭殼牌公司(Shell)正在支持另一種熱能存儲技術，這種技術可以將電力裝入鞋盒大小的金屬合金顆粒塊中。

　　富余的能量被用來加熱合金顆粒，直到它們熔化，而基質材料則保持固態，將熔化的顆粒固定在原位。當金屬塊冷卻后，它們散發出的熱量可用于為下游渦輪機提供動力。

　　澳大利亞的 MGA Thermal 公司是這項技術的引導者，盡管在該國的一個示范裝置出現過熱危險，引發了周圍地區因擔心發生爆炸而進行疏散之后，這項技術的起步并不順利。

　　7)木質素電池

　　瑞典的 Northvolt 公司是能源存儲領域最大的公司之一，該公司正在開發可持續電池，使用從北歐森林的木材中提取的木質素硬碳來制造電池。

　　Northvolt 公司與芬蘭造紙和紙漿巨頭斯道拉恩索公司合作，旨在制造出世界上第一塊完全采用歐洲原材料制造陽極的工業電池，從而降低碳足跡和成本。

　　木質素是一種源自植物的聚合物，約占樹木的 20-30%。斯道拉恩索公司將提供來自可持續管理森林的木質素，而 Northvolt 公司則計劃推動電池設計、生產工藝開發和技術放大。

　　8)鐵流電池

　　鐵流電池是正在開發的下一代電池技術之一，它通過一種稱為氧化還原反應的過程，使液態電解質循環以實現電子的充放電。與傳統電池不同的是，負極和正極可以使用相同的電解質。

　　這種電池的主要制造商之一——美國 ESS Tech 公司表示，這種電池可以避免交叉污染和降解，這意味著其電池的預期壽命可達 25 年。而傳統電池的使用壽命通常只有 10 年。

　　ESS公司得到了蓋茨的突破能源基金等機構的支持。

　　9)鐵-空氣儲能

　　Form Energy 首創的鐵-空氣電池也使用鐵，也得到了蓋茨基金的支持，但是工作原理截然不同。這是一種“可逆生銹”的工作原理。

　　充電時，電流會將鐵銹轉化為鐵，由鐵和空氣電極組成的電池會呼出氧氣。放電時，電池吸入空氣中的氧氣，將鐵重新轉化為鐵銹。

　　Form Energy 公司聲稱，其電池可儲存 100 小時的電力，系統成本可與傳統發電廠媲美。該公司的電池最近被批準在美國最大的太陽能發電廠之一進行示范。

　　10)鎳鋅電池

　　這項突破性技術是一種新型電極，該技術的商業化公司 Enzinc 聲稱，這種電極可以投放到生產可靠但低功率鉛酸電池的工廠中，將其轉化為能量密度更高的鎳鋅電池生產線。

　　鎳鋅電池是由美國著名發明家愛迪生開發的，但由于只能維持幾十次循環，因此一直沒有得到廣泛應用。Enzinc公司聲稱，新型電極解決了這一問題，使電池的功率與鋰電池相當，而安全性與鉛電池相當。

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　　參考資料：

　　[1]環球零碳：比爾.蓋茨看好的長期儲能，將迎來10萬億規模的爆發機會

　　[2]財聯社：電網級儲能技術大突破!新設備性能媲美鋰電 成本還便宜10倍以上

　　[3]科創日報：蓋茨投資美國儲能公司Ambri 新型技術比鋰電池續航更久更便宜

　　[4]中和儲能：比爾蓋茨領投長時熱儲能初創公司5000萬美元 長時儲能技術百花齊放

　　[5]https://www.rechargenews.com/energy-transition/ten-energy-storage-technologies-that-want-to-change-the-world/2-1-1556351

　　[6]https://newatlas.com/energy/fourth-power-liquid-tin-battery/

　　[7]https://energydome.com/energy-dome-announces-funding-commitments-from-breakthrough-energy-catalyst-and-the-european-investment-bank-to-support-construction-of-its-first-standard-commercial-scale-co2-battery/

作者：維小尼