自從上世紀(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面臨越來(lái)越大的的壓力。由于各州政府提供的激勵(lì)措施、美國(guó)聯(lián)邦稅收優(yōu)惠政策，以及成本不斷下降，在可再生能源發(fā)電迅速增長(zhǎng)之后，人們更加關(guān)注儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，以確保風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電穩(wěn)定可靠地為負(fù)荷服務(wù)，并提供電力輔助服務(wù)。

在這一領(lǐng)域，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)目前占據(jù)主導(dǎo)地位。但是一些分析家認(rèn)為，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還不足以完全支持接入電網(wǎng)的可再生能源發(fā)電設(shè)施，而且其他儲(chǔ)能技術(shù)也在增加部署，其中包括重力儲(chǔ)能系統(tǒng)、氫儲(chǔ)能以及液流電池等。

大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)

自從1890年以來(lái)，抽水蓄能已成為大容量?jī)?chǔ)能的主要選擇，而到2017年底，美國(guó)總共部署了裝機(jī)容量約為22GW抽水蓄能設(shè)施。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室分布式能源系統(tǒng)和儲(chǔ)能分析小組經(jīng)理Nate Blair表示，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（CAES）是大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的另一個(gè)主要選擇。

但是，這兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)都是資本密集型的資產(chǎn)，并且受到地理位置的限制。為了滿足日益增長(zhǎng)的可靠、廣泛和廉價(jià)的小規(guī)模儲(chǔ)能需求，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)成為能源開(kāi)發(fā)商的默認(rèn)選擇。

如今，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)成為市場(chǎng)主流，但今年4月，亞利桑那州公共事業(yè)廠商APS公司的一個(gè)裝機(jī)容量為2MW鋰離子電池儲(chǔ)能設(shè)施起火并發(fā)生爆炸，凸顯了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有火災(zāi)隱患問(wèn)題。而電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展可以從APS公司去年2月發(fā)布的計(jì)劃中看到一些端倪，到2025年，該公司計(jì)劃增加部署裝機(jī)容量為850MW的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

但一些能源開(kāi)發(fā)商正在尋求采用替代儲(chǔ)能系統(tǒng)。

替代儲(chǔ)能技術(shù)能否取得進(jìn)展？

在儲(chǔ)能市場(chǎng)中，除了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之外，還有其他的儲(chǔ)能技術(shù)，其中包括熱儲(chǔ)能和重力儲(chǔ)能等技術(shù)。

2018年11月，總部位于瑞士的Energy Vault公司推出了其電網(wǎng)規(guī)模的重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，成為了儲(chǔ)能市場(chǎng)的最新進(jìn)入者之一。該公司的重力儲(chǔ)能系統(tǒng)采用起重機(jī)吊裝混凝土磚塊進(jìn)行儲(chǔ)能。其儲(chǔ)能原理與抽水蓄能設(shè)施類似。

通常，Energy Vault公司的儲(chǔ)能系統(tǒng)采用附近的太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)或其他可再生能源的電力。該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Robert Piconi表示，該儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在幾毫秒內(nèi)響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的電力需求。與抽水蓄能設(shè)施一樣，其重力儲(chǔ)能系統(tǒng)可提供長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。

該公司在發(fā)布的新聞稿表示，該儲(chǔ)能系統(tǒng)使可再生能源能夠以低于化石燃料成本提供基本負(fù)荷電力。

Piconi表示，“自從我們?cè)?018年11月推出這種儲(chǔ)能系統(tǒng)以來(lái)，客戶對(duì)我們的市場(chǎng)反應(yīng)非常積極。投資商Cemex Ventures公司和軟銀遠(yuǎn)景基金也為此提供資金支持。我們最近獲得軟銀愿景基金的1.1億美元B輪投資，該投資于2019年7月結(jié)束。”

更多基于重力的儲(chǔ)能系統(tǒng)

儲(chǔ)能初創(chuàng)廠商北美先進(jìn)鐵路儲(chǔ)能（ARES）公司旨在提供所謂的鐵路儲(chǔ)能。該公司正在開(kāi)發(fā)名為T(mén)rainline和Ridgeline兩種重力儲(chǔ)能系統(tǒng)。

ARES公司在內(nèi)華達(dá)州Nye縣開(kāi)發(fā)一個(gè)裝機(jī)容量為50MW的 Trainline儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用運(yùn)行在5.5英里長(zhǎng)、平均坡度為7％鐵路軌道上的六列電力機(jī)車。每列由兩輛機(jī)車和7個(gè)總重達(dá)1550噸的車廂組成，列車運(yùn)行時(shí)，利用第三條軌道從電網(wǎng)中獲取電力，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)向高處運(yùn)行。而在返回時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生電力，電動(dòng)機(jī)成為發(fā)電機(jī)，通過(guò)第三條軌道將電力傳輸給電網(wǎng)。

ARES公司首席開(kāi)發(fā)官Russ Weed說(shuō)：“Trainline儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的響應(yīng)時(shí)間為10～15秒，其速度不如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)快，但是Trainline儲(chǔ)能系統(tǒng)可以與超級(jí)電容器或電池配套使用，因此響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到4秒或更短。”

他補(bǔ)充說(shuō)，“Trainline儲(chǔ)能系統(tǒng)在加利福尼亞進(jìn)行了試點(diǎn)，因此內(nèi)華達(dá)州的開(kāi)發(fā)就是一個(gè)示范。到2020年底，我們的目標(biāo)是完成建設(shè)。該計(jì)劃是讓Trainline儲(chǔ)能系統(tǒng)最終由可再生能源提供動(dòng)力。”

研究人員正在研究其他重力儲(chǔ)能技術(shù)。根據(jù)最近發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《能源》雜志上的一項(xiàng)研究，使用山地也是一種可行的儲(chǔ)能方法，比鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能時(shí)間更長(zhǎng)，可以更大規(guī)模地儲(chǔ)存能源，并證明對(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。

氫氣作為儲(chǔ)能替代品

三菱日立電力系統(tǒng)公司（MHPS）和合作伙伴Magnum Development公司在去年5月宣布，計(jì)劃開(kāi)發(fā)世界上規(guī)模最大的可再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)。其先進(jìn)清潔儲(chǔ)能（ACES）項(xiàng)目將使用可再生的氫氣開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量為1,000MW的完全采用清潔能源的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

ACES項(xiàng)目將在電網(wǎng)規(guī)模上部署四種類型的清潔能源：可再生氫氣、壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）、大型液流電池、固體氧化物燃料電池。三菱日立電力系統(tǒng)公司總裁兼首席執(zhí)行官Paul Browning在一份聲明中說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的儲(chǔ)能技術(shù)的儲(chǔ)能時(shí)間更長(zhǎng)。”

該項(xiàng)目將在猶他州中部部署，Magnum Development公司目前擁有五個(gè)用于存儲(chǔ)氫氣的鹽穴，并正在開(kāi)發(fā)先進(jìn)清潔儲(chǔ)能（ACES）和可再生氫氣技術(shù)。

三菱日立電力系統(tǒng)公司（MHPS）公司高級(jí)總監(jiān)Mike McManu表示，對(duì)于先進(jìn)清潔儲(chǔ)能（ACES），將利用可再生資源生產(chǎn)氫氣。

他補(bǔ)充說(shuō)，“氫氣是長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量的極佳介質(zhì)，因?yàn)樗粫?huì)隨時(shí)間推移而降解，就像電池一樣。例如，我們可以通過(guò)太陽(yáng)能將水進(jìn)行電解來(lái)分離出氧氣和氫氣，然后將純凈的氫氣以一定壓力儲(chǔ)存在洞穴中，然后在需要時(shí)可以利用氫氣通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池中提供電力。我們還可以將氫氣與天然氣混合，以減少天然氣發(fā)電的碳足跡。因此，儲(chǔ)存在鹽穴中的氫氣是一種儲(chǔ)能替代物。它用于在燃料電池中產(chǎn)生無(wú)碳電能，并降低碳排放。”

McManus表示，液流電池將存儲(chǔ)來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能的可再生能源，并在需要時(shí)將電能釋放回電網(wǎng)，通常可以儲(chǔ)能6到12個(gè)小時(shí)，其儲(chǔ)能時(shí)間比鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更長(zhǎng)。

McManus說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的儲(chǔ)能解決方案具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。我們可以在一個(gè)洞穴中存儲(chǔ)相當(dāng)于容量100GMWh的氫氣，然后構(gòu)建70多個(gè)這樣的鹽穴，從而創(chuàng)造非常可觀的存儲(chǔ)容量，可以用作可調(diào)度的電力。”