上世紀(jì)90年代末以來(lái)，美國(guó)電力行業(yè)在減少溫室氣體排放方面開(kāi)始面臨越來(lái)越大的壓力。在各種稅收激勵(lì)和更加低成本的刺激下，可再生能源發(fā)電已經(jīng)將注意力轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能上，以確保不穩(wěn)定的風(fēng)能和太陽(yáng)能提供更加可靠的服務(wù)。

在這一領(lǐng)域，鋰離子電池目前占據(jù)主導(dǎo)地位。但有人認(rèn)為，從規(guī)模上看，它的經(jīng)濟(jì)效率還不足以完全支持所有進(jìn)入電網(wǎng)的可再生能源的數(shù)量，那就需要有其他選擇，其中以大規(guī)模應(yīng)用的重力儲(chǔ)能和氫氣儲(chǔ)能為主。

尋求儲(chǔ)能替代品

自19世紀(jì)90年代以來(lái)，抽水蓄能一直是大型儲(chǔ)能的主要選擇，到2017年底，美國(guó)已經(jīng)安裝了大約22GW的抽水蓄能。而在抽水蓄能之后，壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)是批量管理電力的選擇之一。

但上述這兩種方法都是資本密集型的，且受到地理位置的限制。為了滿足人們對(duì)可靠、廣泛可用、價(jià)格低廉的小型儲(chǔ)能設(shè)備日益增長(zhǎng)的需求，電池成為電力生產(chǎn)商的首選。大型鋰離子電池系統(tǒng)一直是電化學(xué)儲(chǔ)能的首選，但今年4月亞利桑那州一座2MW的鋰離子電池儲(chǔ)能設(shè)施發(fā)生爆炸，凸顯了該技術(shù)的防火安全問(wèn)題，也加速了行業(yè)內(nèi)對(duì)于儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)的重視。另外，一些開(kāi)發(fā)者也正在尋找其他替代性的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

重力儲(chǔ)能

除電化學(xué)電池外，還有大量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括熱能、動(dòng)能和重力勢(shì)能等。2018年11月，瑞士的EnergyVault公司推出了重力系統(tǒng)，這是儲(chǔ)能市場(chǎng)的最新進(jìn)入者之一。

該系統(tǒng)由一臺(tái)安裝在90-140米高的格狀鋼塔上的二至六臂起重機(jī)組成。起重機(jī)的工作原理與抽水蓄能系統(tǒng)相同，它將35公噸的混凝土吊入塔周圍的堆垛中，為系統(tǒng)充電。該系統(tǒng)可以在幾毫秒內(nèi)響應(yīng)電力需求的波動(dòng)或電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要的其他支持。和抽水蓄能一樣，該系統(tǒng)也能提供長(zhǎng)期的能量?jī)?chǔ)存。該系統(tǒng)使可再生能源一天24小時(shí)提供基本負(fù)載，且電力的成本低于化石燃料。

一家名為北美先進(jìn)鐵路儲(chǔ)能(ARES)的公司，旨在提供先進(jìn)的鐵路儲(chǔ)能。該公司正在生產(chǎn)兩種重力系統(tǒng)——火車線和山脊線系統(tǒng)。

ARES正在內(nèi)華達(dá)州的一個(gè)縣里開(kāi)發(fā)一個(gè)50MW的火車線穿梭系統(tǒng)，使用分布式電力機(jī)車可以平均7%的坡度運(yùn)行5.5英里。6列火車中，每列火車由2個(gè)火車頭和7節(jié)重達(dá)1550噸的車廂組成。火車運(yùn)行時(shí)，利用第三根軌道從電網(wǎng)中獲取電力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向上運(yùn)行。在返回時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生電力，電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，通過(guò)第三軌道將電力放回。該公司的目標(biāo)是，到2020年底，能夠完成建設(shè)，即該計(jì)劃最終將使高鐵由可再生能源驅(qū)動(dòng)。

山脊線系統(tǒng)的運(yùn)作方式與火車線路相同，但中央電力拉車和電纜的坡度更陡，預(yù)計(jì)最遲在2021年第一季度完成山脊線的開(kāi)發(fā)。

根據(jù)最近發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《能源》上的一項(xiàng)研究，利用山脈發(fā)電可能是一種比鋰離子電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)，電力規(guī)模更大的可行方法，該方法對(duì)微電網(wǎng)、島嶼和電力成本高的地區(qū)具有經(jīng)濟(jì)吸引力。

除此之外，研究人員還在探索其他基于重力儲(chǔ)能的研究。

氫氣儲(chǔ)能

也許重力儲(chǔ)能并不為大眾所知，但氫氣儲(chǔ)能在很多國(guó)家已經(jīng)有所發(fā)展。去年5月，三菱日立電力公司(簡(jiǎn)稱MHPS)和合作伙伴MagnumDevelopment公司宣布了他們所謂的世界上最大的可再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)——先進(jìn)清潔能源儲(chǔ)能(ACES)項(xiàng)目，該項(xiàng)目將利用可再生氫開(kāi)發(fā)1000MW的100%清潔能源儲(chǔ)能。

ACES項(xiàng)目將部署四種清潔能源：可再生氫、壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)、大規(guī)模液流電池和固體燃料電池。MHPS美洲公司總裁兼首席執(zhí)行官保羅·布朗寧說(shuō):“我們正在部署的技術(shù)可從幾秒到幾個(gè)季度，按時(shí)間尺度儲(chǔ)存電能。”

該項(xiàng)目將部署在MagnumDevelopment公司所擁有的鹽丘所在地——猶他州中部。Magnum公司目前經(jīng)營(yíng)著5個(gè)用于液體燃料儲(chǔ)存的鹽穴，同時(shí)正在開(kāi)發(fā)ACES項(xiàng)目和可再生氫項(xiàng)目。MHPS公司的高級(jí)主管麥克·麥克馬納斯（MikeMcManus）說(shuō)，對(duì)于ACES項(xiàng)目，MHPS將“利用可變的、可再生的資源制造氫”。

麥克馬納斯解釋道，氫是長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量的絕佳介質(zhì)，它不會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解，就像電池一樣可以讓它靜置。我們可以利用太陽(yáng)能和水電解，從而分離氧和氫，然后把氫氣以純凈的形式儲(chǔ)存在有壓力的洞穴里，當(dāng)需要它的時(shí)候把它拿出來(lái)，在燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池里使用。還可以將氫氣與天然氣混合，以減少天然氣的碳足跡。

在儲(chǔ)能市場(chǎng)上，氫氣和重力儲(chǔ)能這兩支新銳特種正在整裝待發(fā)，預(yù)計(jì)未來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)將更加繁榮。