知識分享 | 五種(zhǒng)長(cháng)時(shí)儲能(néng)技術分析！

長(cháng)時(shí)儲能(néng)（long-duration energy storage) 。對(duì)于多長(cháng)算長(cháng)時(shí)，國(guó)際上并沒(méi)有明确定義。美國(guó)能(néng)源部是將(jiāng)其定義爲額定功率下連續放電大于等于10小時(shí)。但也有機構給出的定義是：可實現跨天、跨月，乃至跨季節充放電循環的儲能(néng)系統。

長(cháng)時(shí)儲能(néng)其中最爲人所知的就(jiù)是抽水蓄能(néng)，目前它仍舊在世界範圍内儲能(néng)占比最大。

基于重力的抽水蓄能(néng)是一種(zhǒng)古老而成(chéng)熟的儲能(néng)技術。雖然建造成(chéng)本和周期稍長(cháng)，但設施一旦建成(chéng)，其儲能(néng)成(chéng)本就(jiù)會(huì)非常低，且可以存儲大量的能(néng)源。難關主要表現在選址，必須選定合适的地址，且不能(néng)破壞生态環境。

除了抽水蓄能(néng)這(zhè)一方式，人類已經(jīng)開(kāi)發(fā)和正在開(kāi)發(fā)多種(zhǒng)長(cháng)時(shí)儲能(néng)技術。

核電池：微型化和民用化正在推進(jìn)中

人類探測器飛得最遠的是什麼(me)？無疑是“旅行者一号（Voyager 1）”。這(zhè)顆從1977年發(fā)射出去的探測器，直到今天仍然飛行于星際空間，已離太陽超211億公裡(lǐ)的距離，雖然它返回地球的數據和信号已經(jīng)越來越弱，但是人們還(hái)是知道(dào)它還(hái)在。有沒(méi)有想過(guò)它爲什麼(me)會(huì)有這(zhè)麼(me)強勁的動力，能(néng)支持它跑那麼(me)遠？

除了飛行過(guò)程中獲得引力彈弓所賦予的速度（沒(méi)錯，就(jiù)是《流量地球》中所使用的那種(zhǒng)方式，在接近某行星時(shí)利用其引力獲得加速度）之外，是人類爲旅行者一号安裝的兩(liǎng)枚核電池幫助它脫離地球引力、變軌、調整飛行姿态、傳送照片和數據等等。

“旅行者1号”上的電池是兩(liǎng)枚钚電池，當時(shí)設計的能(néng)量是能(néng)夠保證它繼續飛行至2025年。

核電池放電原理是，當放射性物質衰變時(shí)，能(néng)夠釋放出帶電粒子，如果正确利用就(jiù)能(néng)夠産生電流。通常不穩定(即具有放射性)的原子核會(huì)發(fā)生衰變現象，在放射出粒子及能(néng)量後(hòu)可變得較爲穩定。核電池正是利用放射性物質衰變會(huì)釋放出能(néng)量的原理所制成(chéng)的。

軍事(shì)和航空航天領域用核電池比較多，旅行者一号即是。這(zhè)類核電池體積往往很大。削減體積是核電池面(miàn)臨的重大難關之一。但是這(zhè)一方向(xiàng)一緻吸引著(zhe)科技家，因爲當體積縮小到可以民用時(shí)，它爲産品所提供的動能(néng)甚至可能(néng)比産品本身壽命都(dōu)要長(cháng)。

核電池微型化、安全化，吸引著(zhe)科學(xué)家持續不斷地進(jìn)行研究。現在已經(jīng)略有小成(chéng)，由美國(guó)密蘇裡(lǐ)大學(xué)計算機工程系研究組研發(fā)出的“核電池”體積小電力強。大于1美分硬币(直徑1.95厘米，厚1.55毫米)，但電力是普通化學(xué)電池的100萬倍。

微型核電池其優點首先就(jiù)是電量充足而且穩定，缺點就(jiù)是具有放射性污染。如何保證其安全性，也是人類的重大任務。

重力儲能(néng)：混凝土砌塊儲能(néng)驚世出現

任何一種(zhǒng)有質量的物體下落時(shí)，重力所帶來的能(néng)量都(dōu)可以利用。抽水蓄能(néng)就(jiù)是利用這(zhè)種(zhǒng)原理。現在有一家公司在用混凝土砌塊來實現這(zhè)一儲能(néng)方式。他們的方案是，通過(guò)起(qǐ)重機將(jiāng)成(chéng)千上萬個特制的混凝土塊堆放成(chéng)塔台，然後(hòu)在需要釋放能(néng)量時(shí)再把它們放下，從而存儲多餘的能(néng)量。

這(zhè)是初創廠商EnergyVault公司提出的一個挑戰性概念，他們認爲抽水蓄能(néng)太挑地兒了，用混凝土砌塊的話就(jiù)能(néng)避免地理條件的限制。于是公司采用混凝土和起(qǐ)重機等其他行業成(chéng)熟的技術開(kāi)發(fā)推出了這(zhè)種(zhǒng)儲能(néng)技術。

這(zhè)一技術充滿了争議性，很多人認爲，在處處都(dōu)講究高科技的當今，這(zhè)樣(yàng)的方案也太低科技了。但是無論如何，這(zhè)種(zhǒng)方式确實能(néng)産生能(néng)量和儲能(néng)能(néng)量。富有的争議性也爲公司帶來了該公司有史以來最大的一筆投資：去年夏天從日本軟銀集團獲得了1.1億美元投資。而印度塔塔電力公司與EnergyVault公司簽署了一個35MWh小型項目的合同，這(zhè)表明了有些客戶對(duì)這(zhè)種(zhǒng)儲能(néng)技術産生了興趣。

EnergyVault公司表示，如果該系統已啓動并正在運行，則可以建立許多信任關系。建立适用于商業實踐的功能(néng)對(duì)于該儲能(néng)技術至關重要。

但也有人質疑，首先建造基礎設施的成(chéng)本高昂，其次爲了增加能(néng)量密度，必須使用大重量的鐵塊，這(zhè)增加了線纜的成(chéng)本和要求，定期維護和更換是必須的，不然那麼(me)重的東西砸到地上，大概率是要引起(qǐ)地震的。

空氣壓縮：折騰空氣是一門技術活兒

空氣壓縮儲能(néng)技術分爲地下壓縮空氣儲能(néng)技術和液态空氣儲能(néng)技術。

地下空氣壓縮是將(jiāng)地下空間作爲巨型儲存罐，使用多餘的電能(néng)將(jiāng)壓縮空氣泵入地下空間，在需要時(shí)釋放壓縮空氣可使發(fā)電設施重新發(fā)電。近期有兩(liǎng)家鹽穴空氣壓縮工程進(jìn)行并網發(fā)電階段。

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能(néng)國(guó)家試驗示範項目并網試驗成(chéng)功，作爲世界首個非補燃壓縮空氣儲能(néng)電站并網試驗成(chéng)功，标志著(zhe)我國(guó)新型儲能(néng)技術的研發(fā)和應用取得重大進(jìn)展。

山東肥城鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲能(néng)調峰電站一期10兆瓦(MW)示範電站順利通過(guò)驗收，并正式并網發(fā)電。這(zhè)标志著(zhe)國(guó)際首個鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲能(néng)電站已進(jìn)入正式商業運行狀态。

另外在貴州畢節、河北張家口也都(dōu)有大規模空氣壓縮儲能(néng)項目面(miàn)世。

但是，這(zhè)種(zhǒng)儲能(néng)技術通常受到地理環境的限制，也有很多公司在探索突破地域限制的地下空氣壓縮方案，加拿大儲能(néng)開(kāi)發(fā)商Hydrostor公司采用了不同的方法：將(jiāng)壓縮空氣泵入現有的洞穴中(例如廢棄的礦井)，并用水保持恒定壓力，其目标是使壓縮空氣儲能(néng)技術擺脫受到地質條件的限制，同時(shí)采用其他成(chéng)熟行業的設備而將(jiāng)技術風險降至最低。

液态空氣儲能(néng)方面(miàn)，將(jiāng)空氣壓縮并將(jiāng)其存儲在加壓的儲罐中，其空氣壓縮設備和發(fā)電機來自成(chéng)熟行業已建立的供應鏈。這(zhè)種(zhǒng)創新的儲能(néng)技術可用于電網規模儲能(néng)系統。英國(guó)儲能(néng)開(kāi)發(fā)商HighviewPower公司經(jīng)過(guò)15年的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，緻力于將(jiāng)其開(kāi)發(fā)的液态空氣儲能(néng)試點項目轉變爲大型商業儲能(néng)設施。

液流電池：最被(bèi)人認可的長(cháng)時(shí)儲能(néng)

液流電池一直被(bèi)認爲是具有前途的長(cháng)時(shí)儲能(néng)技術，同時(shí)有好(hǎo)幾個液流方案在電化學(xué)儲能(néng)賽道(dào)上和锂電池并駕齊驅。Zinc8, Primus, Invinity 等歐美電池創業公司主攻的是鋅液流電池。

不過(guò)目前鋅電池不如釩電池更受關注。在亞洲，以釩液流電池爲主要方向(xiàng)，中國(guó)在釩電池賽道(dào)上有不俗表現，北京普能(néng)是世界領先企業，大連融科也具有強大科技能(néng)力。我們曾經(jīng)就(jiù)國(guó)内釩電池進(jìn)展進(jìn)行過(guò)系統介紹：未來5年這(zhè)種(zhǒng)電池占比將(jiāng)達20%！全生命周期成(chéng)本隻有0.48元/kwh!它生而不凡！

與太陽能(néng)電池聯用的全釩液流電池

日本的釩電池生産是以住友電工爲代表。液流電池廠商ESS公司、Avalon公司、英國(guó)液流電池廠商RedT公司也都(dōu)以釩電池研究爲主要方向(xiàng)。

鐵空氣電池：劍走偏鋒

進(jìn)入商業化的長(cháng)時(shí)儲能(néng)技術還(hái)冒出了鐵空氣電池，它劍走偏鋒，而且目前屬于技術保密階段，所以其神秘性也吸引了很多關注。

鐵空氣電池是長(cháng)時(shí)儲能(néng)明星公司Form Energy發(fā)布的，該公司一直對(duì)其技術保密，直到該公司宣布已完成(chéng)2億美元的D輪融資才對(duì)外公布其采用的電池技術是什麼(me)。鐵-空氣化學(xué)電池的基本原理基于鐵的可逆氧化（生鏽）。當鐵-空氣化學(xué)電放電時(shí)，空氣中的氧氣會(huì)使鐵生鏽。然後(hòu)當它被(bèi)充電時(shí)，鐵鏽通過(guò)電流的應用被(bèi)轉化回鐵。這(zhè)個過(guò)程排放的唯一物質是氧氣。

該公司聲稱，采用這(zhè)種(zhǒng)電池的儲能(néng)系統持續放電時(shí)間長(cháng)達100個小時(shí)，其成(chéng)本與現有化石燃料發(fā)電廠相當，并且可能(néng)比锂離子電池儲能(néng)系統低10倍以上。

其目标是在靠近部署所在地的地方生産鐵-空氣化學(xué)電池，并使用在當地采購的鐵礦石。

公司稱，即使在極端天氣導緻電網中斷多日的情況下。鐵空氣電池具有極低的成(chéng)本、安全性、耐用性和全球可擴展性，是平衡可再生能(néng)源發(fā)電多日變化的最佳解決方案。Form Energy公司第一個項目將(jiāng)于2023年在明尼蘇達州投入運行。

除了以上新方案，斯坦福大學(xué)崔毅教授也在2020年成(chéng)立了EnergyVenue，主打航天領域應用廣泛的金屬氫電池，計劃與香港中華煤氣公司開(kāi)展試驗項目。此外，還(hái)有熱儲能(néng)（例如熔鹽儲能(néng))，化學(xué)儲能(néng)（氫、氨）等技術也逐漸進(jìn)入人們的視野。

長(cháng)時(shí)儲能(néng)技術多數方案仍處于百家争鳴的中早期研發(fā)示範階段，孰勝孰劣尚未揭曉。但爲了存儲更充足更長(cháng)久的能(néng)源，人類一直在努力。

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