◎本刊主筆 劉國偉
為加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，支撐碳達峰碳中和目標實現(xiàn)，4月21日國家發(fā)改委和國家能源局就《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》向社會公開征求意見。儲能作為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要支撐基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)，其規(guī)?；瘧?yīng)用趨勢已逐漸呈現(xiàn)，在多種儲能技術(shù)并存的當(dāng)下，不同的技術(shù)路線在不同的應(yīng)用領(lǐng)域各有擅長。本文將向您介紹目前國際上部分若干有代表性的儲能技術(shù)案例和項目——
技術(shù)成熟度決定儲能技術(shù)應(yīng)用
經(jīng)過上百年的發(fā)展，儲能技術(shù)如今已經(jīng)是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性的重要手段。
從技術(shù)上看，雖然很多儲能技術(shù)都具備“可行性”，但無論是規(guī)模化后儲能技術(shù)自身的安全性與能量密度，還是災(zāi)害發(fā)生后由儲能配置引發(fā)次生災(zāi)害的可能性，目前已有的各項儲能技術(shù)都還達不到承擔(dān)超大規(guī)模能源戰(zhàn)略儲備的水平。
許多外媒認為，在面對殘酷的市場環(huán)境和復(fù)雜的利益沖突時，目前能同時滿足技術(shù)可行、可獲得投資和具備市場吸引力這三個條件的儲能選擇并不多。儲能技術(shù)的成本和開發(fā)周期對開發(fā)這些儲能技術(shù)的企業(yè)尤其是嚴峻的考驗，所以開發(fā)出一種能夠利用電能儲存的技術(shù)優(yōu)勢來獲得經(jīng)濟回報的商業(yè)模式是關(guān)鍵。
《環(huán)境與生活》雜志記者看到一份2017年前后發(fā)布的報告，該報告對20種儲能技術(shù)的技術(shù)成熟度做了比較和分析，這份材料發(fā)布至今已經(jīng)過了快10年了，僅供大家參考。
這份報告認為，稱得上完全成熟的儲能技術(shù)只有抽水蓄能電站（PHS）和鉛酸電池，兩者為人類服務(wù)約有百年了；基本成熟的技術(shù)包括鋰電池、壓縮空氣儲能、鎳鎘電池、鈉硫電池、幾種液流電池、超導(dǎo)磁能、飛輪、電容、儲熱（冷）等技術(shù)，它們已經(jīng)完成研發(fā)并開始商業(yè)化，距離大規(guī)模普及還有距離；在研技術(shù)包括燃料電池、金屬-空氣電池和太陽能燃料等，雖然在技術(shù)上缺乏商業(yè)成熟度，但已經(jīng)通過多家科研機構(gòu)的研究論證。在能源成本和環(huán)境問題的驅(qū)動下，它們的商業(yè)潛力不容忽視。
在儲能技術(shù)戰(zhàn)國紛爭的局面下，各國也不乏共識，那就是太陽能和風(fēng)能等間歇性的新能源要想和化石能源競爭，就必須和儲能技術(shù)結(jié)合起來，以維持足夠長的運營時間。接下來，我們就來看看受到市場青睞的部分儲能技術(shù)在現(xiàn)實中的部署和運用。
抽水蓄能仍然是低調(diào)的王者
作為技術(shù)成熟度最高的選擇，抽水蓄能電站看似簡單，卻是目前儲能技術(shù)中規(guī)模最大、應(yīng)用最廣泛的電力儲能系統(tǒng)，被應(yīng)用于能量管理、頻率控制和備用電源等多種用途。
19世紀末，第一座抽水蓄能電站在意大利和瑞士投入使用。1929年，第一臺大規(guī)模商用抽水蓄能電站（洛基河抽水蓄能電站）在美國開始運行，其歷史之悠久可見一斑。據(jù)美國能源部的“全球能源存儲數(shù)據(jù)庫”的統(tǒng)計，截至2020年，全世界的抽水蓄能電站總裝機容量高達181吉瓦，儲存電量高達16億度，中國、日本和美國在發(fā)電量上遙遙領(lǐng)先其他國家。
圖｜世界裝機容量最大的美國弗吉尼亞州巴斯縣抽水蓄能電站廠房內(nèi)部
目前，世界在運營的抽水蓄能電站中，裝機容量3003兆瓦的美國弗吉尼亞州巴斯縣抽水蓄能電站仍然是最大的。不過，它的“世界最大號充電寶”頭銜很快就要讓給中國的河北豐寧抽水蓄能電站（3600兆瓦）。該電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內(nèi)，2013年5月開工，2020年11月電站下水庫正式實現(xiàn)蓄水。有數(shù)據(jù)稱，預(yù)計到2030年，全球抽水蓄能裝機容量預(yù)計還要增加約78吉瓦，且主要增長量在中國，市場潛力巨大。
圖｜德國普羅斯珀-哈尼爾煤礦正在被改造成200兆瓦抽水蓄能電站，這是世界上第一個被用作儲能設(shè)施的煤礦。
德國雄心勃勃的能源轉(zhuǎn)型計劃要求可再生能源占比在未來30年要大幅提升（2025年的中期目標為35%～40%，2035年為55%～60%。到2050年提高到80%）。實際上，近些年來，在德國許多地方，白天的太陽能、風(fēng)能的發(fā)電量已經(jīng)超過了當(dāng)?shù)氐挠秒娏?，為了把這些多余的電能存起來留到晚上用，德國從技術(shù)上做了很多探索和研究。但由于許多地區(qū)缺乏建設(shè)抽水蓄能電站所需的地形落差，德國人另辟蹊徑，給出了一個別致的解決方案，很好地解決了抽水蓄能電站建設(shè)周期長和一次性投資巨大的短板，那就是把煤礦用作儲能設(shè)施的一部分。
圖｜芬蘭動力公司瓦錫蘭在美國加州承建了一套儲能系統(tǒng)。此類儲能系統(tǒng)和不穩(wěn)定的可再生能源相結(jié)合，對現(xiàn)有的基于化石能源建立起來的電力系統(tǒng)形成了極大的挑戰(zhàn)。
位于德國和荷蘭邊境附近的北萊茵-威斯特法倫州的普羅斯珀-哈尼爾煤礦在近半個世紀里一直在出產(chǎn)煤炭。但受制于國家能源轉(zhuǎn)型計劃，這座煤礦在2018年被關(guān)閉了。幸運的是，該煤礦大約26公里長的豎井和上百萬立方米的蓄水量給技術(shù)人員提供了便利，他們正在將其改建成200兆瓦的抽水蓄能水電站，在電力需求低谷期再把水抽上來，用電高峰期時讓水往低處流驅(qū)動渦輪機來發(fā)電。這些電能足以為40多萬個家庭提供日常電力，當(dāng)?shù)匦℃?zhèn)的礦工們不會失業(yè)，可以繼續(xù)在新的崗位發(fā)光發(fā)熱。在把更多的工業(yè)革命時期留下的遺跡加以利用、轉(zhuǎn)化成為工業(yè)規(guī)模的儲能設(shè)施方面，德國為我們提供了創(chuàng)新的思路。
重力儲能曙光初現(xiàn)
如果拓展一下利用機械能來儲存能量的思維，把流水換成其他重物是否也可行？循著這個思路，還真有一些機構(gòu)別出心裁地在這方面做了嘗試。
圖｜今年3月在蘇格蘭首都愛丁堡建成的重力儲能示范項目
在蘇格蘭首都愛丁堡市，初創(chuàng)公司“重力三聯(lián)”（Gravitricity）幾年來一直在從事重力儲能裝置的研發(fā)工作，專業(yè)的荷蘭絞車公司惠斯曼承擔(dān)了關(guān)鍵部件的制造工作。
“重力三聯(lián)”的設(shè)計初衷是在廢棄的礦井里使用上下移動的絞車和配重（1.2萬噸）來儲存和釋放能量，在不到1秒的時間內(nèi)釋放出巨大能量，為國內(nèi)電網(wǎng)的平穩(wěn)運行提供支持。在吸引了業(yè)界的目光后，“重力三聯(lián)”2020年通過眾籌活動籌集了超過150萬英鎊，并且還從英國政府的創(chuàng)新機構(gòu)“創(chuàng)新英國”（Innovate UK）獲得了64萬英鎊的贈款。該公司已經(jīng)在歐洲確定了許多潛在的安裝地點，甚至評估了在南非利用之前廢棄的金礦來進行儲能的能力。
今年3月，“重力三聯(lián)”在愛丁堡的重力儲能演示裝置在愛丁堡阿爾伯特王子碼頭亮相。這個250千瓦演示裝置包括一個15米高的鐵塔，兩個由鋼纜懸掛的重達25噸的配重，以及兩個并網(wǎng)的發(fā)電機組。工程項目經(jīng)理弗朗西斯·泰爾尼稱：“我們計算出，我們在不到1秒鐘的時間內(nèi)，從零到滿功率運行——這在頻率響應(yīng)和備用電源市場中非常有價值。我們將先對單個配重進行測試，先驗證較長時間內(nèi)的平穩(wěn)能量輸出，同時進行其他測試程序以驗證和完善系統(tǒng)的全部功能，為今年晚些時候開始的第一個全尺寸4~8兆瓦項目提供有價值的數(shù)據(jù)?！?
鋰電儲能受到廣泛重視
鋰電是有最佳能量質(zhì)量比的電化學(xué)類儲能技術(shù)之一，在不使用時自放電非常慢，所以在大家手邊的許多消費類電子產(chǎn)品中廣為應(yīng)用。2019年1月，美國能源信息局預(yù)測，風(fēng)能、太陽能和其他非水電可再生能源將是未來幾年間電力組合中增長最快的部分，在對這些能源進行存儲的技術(shù)中，鋰電最終必然會在電網(wǎng)中占據(jù)一席之地：鋰電很可能是今后5到10年中的主導(dǎo)性技術(shù)，不斷的技術(shù)改進將使電池能夠存儲可使用4到8小時的能量——這樣的時長足夠把用太陽能發(fā)的電保存到晚間，以滿足晚上用電高峰時段使用。
不過，把手機等消費類電子產(chǎn)品使用的鋰電升格為千家萬戶的備用電源，既需要技術(shù)支持也需要機遇，前者交給了美國特斯拉公司這樣富有創(chuàng)意的公司，后者則出現(xiàn)在澳大利亞。
2016年秋，一場暴風(fēng)雨使澳大利亞南澳州地區(qū)連日大面積斷電；次年夏季用電高峰期，當(dāng)?shù)赜忠螂娏Σ蛔愣鴮嵤╅g歇供電政策飽受批評。南澳州政府隨后制定一項新的能源計劃，旨在向南澳州提供更清潔、更經(jīng)濟、更可靠的能源，當(dāng)?shù)刂菡芸炀褪盏搅?0份提案。
圖｜2017年11月，美國特斯拉公司在澳大利亞建成了當(dāng)時世界最大的鋰電池儲能站。
這時候，美國特斯拉公司登場了，其給出的方案是在南澳州的號角谷風(fēng)電場附近建設(shè)大型鋰電儲能設(shè)施，儲存可再生能源，緩解夏季用電高峰時的壓力。該公司老板馬斯克更是公開高調(diào)宣稱，這個輸出功率為100兆瓦容量的大電池將在簽訂合同后100天內(nèi)交付。如果食言就免費白送。當(dāng)時世界排名第二的大型鋰電儲能設(shè)備輸出功率僅為30兆瓦，特斯拉的這個世界最大號電池確實不是吹的。特斯拉動作極快，2017年9月29日電網(wǎng)合同簽訂時，部分電池組已經(jīng)投入運營，到鋰電站全部竣工只用了63天，耗資1.61億美元。
特斯拉在南澳州的大型鋰電儲能設(shè)施輸出功率和儲能容量分別為100兆瓦和129兆瓦時，這個數(shù)字是什么概念呢？根據(jù)同時期南澳州電力需求的平均量來看，充滿電的電池組大約能保證整個南澳州系統(tǒng)內(nèi)6.7%的用戶1小時不斷電。所以，這套儲能設(shè)施不是用來作為后備電源使用的，其主要任務(wù)是快速調(diào)頻，順便吸收一下多余的風(fēng)力發(fā)電，從運營商與政府簽訂的70兆瓦運行10分鐘的服務(wù)合同可看出這一點。
俗話說“是騾子是馬，拉出來溜溜”。在大電池投入使用的14天后，考驗隨即發(fā)生。2017年12月中旬的一個凌晨，號角谷風(fēng)電場的一個機組跳閘導(dǎo)致風(fēng)電功率急劇下降，大電池快速做出了反應(yīng)，在隨后的28秒內(nèi)向電網(wǎng)注入了7.3兆瓦，有效地穩(wěn)定了系統(tǒng)。然后，昆士蘭州格拉德斯通火電廠才做出反應(yīng)前來“救場”。
有消息稱，在大電池投入運營后，估計運營方在電價上漲時將儲存的電量賣出就可以每年入賬約1800萬澳元。到2018年底，估計這套系統(tǒng)就為當(dāng)?shù)毓?jié)省了4000萬澳元的電網(wǎng)調(diào)控成本。2019年，運營方投入5300萬歐元將大電池的輸出功率擴容到150兆瓦。不過，“世界最大號電池”的頭銜在2020年8月已經(jīng)被美國加州圣迭戈的電池儲能項目摘得。
特斯拉公司在南澳州的大電池項目在國際上反響很大，越來越多的國家在該技術(shù)方向上展開探索。2017年10月，國家發(fā)改委在《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源〔2017〕1701號）里列出的重點任務(wù)中，也將100兆瓦級鋰離子電池儲能系統(tǒng)列為“試驗示范一批具有產(chǎn)業(yè)化潛力的儲能技術(shù)和裝備”之一。
液流電池漸入佳境
作為鋰電池在儲能界的有力競爭者，液流電池的活性物質(zhì)是具有流動性的液體電解質(zhì)溶液，由于大量的電解質(zhì)溶液可以存儲在外部并通過泵輸送到電池內(nèi)反應(yīng)，液流電池的規(guī)模相對于普通蓄電池可以大幅提高，其優(yōu)點還包括能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計靈活、安全環(huán)保、維護費用低等。
近年來，國際上發(fā)展最好的液流電池是全釩氧化還原液流電池，簡稱釩電池。釩電池作為儲能電源主要應(yīng)用在電廠（電站）調(diào)峰以平衡負荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風(fēng)能發(fā)電的儲能電源以及作為邊遠地區(qū)儲能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。
單從釩電池的應(yīng)用來看，澳大利亞是初期的領(lǐng)跑者。早期，澳大利亞的新南威爾士大學(xué)進行了許多實用化的開發(fā)工作。1998年，該大學(xué)將相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)出售給了澳大利亞VRB公司，2001年VRB公司又被加拿大VRB電力系統(tǒng)公司收購。
圖｜2015年底，日本住友電氣工業(yè)株式會社在北海道部署了迄今全球規(guī)模最大的液流電池儲能系統(tǒng)，額定輸出功率為15兆瓦，容量為60兆瓦時。
日本住友電氣公司（SEI）也是一個釩電池的重要開發(fā)商和供應(yīng)商。2005年，住友公司在日本北海道苫前町建立了4兆瓦的全釩液流電池儲能系統(tǒng)，以用于與36兆瓦風(fēng)力發(fā)電站匹配，平滑風(fēng)電輸出。這套全釩液流儲能電池工程示范系統(tǒng)在國際上影響很大。據(jù)住友公司介紹，三年的應(yīng)用示范結(jié)果表明，液流儲能電池技術(shù)是最適合風(fēng)電調(diào)峰的儲能技術(shù)。2015年底，住友在北海道再次出手，部署了迄今全球規(guī)模最大的液流電池儲能系統(tǒng)，額定輸出功率為15兆瓦，容量為60兆瓦時。
2009年11月，美國政府資助恩斯維爾電力公司與俄亥俄州電力管理局合作，在一個32兆瓦的燃煤發(fā)電廠進行1兆瓦/8兆瓦時的液流儲能電池示范項目，該項目是美國首個兆瓦級全釩液流儲能電池項目。
歐洲各國也積極開展液流電池技術(shù)的研究和應(yīng)用示范。西班牙REDES 2025項目，開發(fā)智能電網(wǎng)，就用到1兆瓦/2兆瓦時的液流儲能電池系統(tǒng)。德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進協(xié)會（歐洲最大的應(yīng)用科研機構(gòu)）研究了用于離網(wǎng)可再生能源發(fā)電儲能用1千瓦~10千瓦級液流儲能電池系統(tǒng)。奧地利的塞爾斯特羅姆公司研制的10千瓦/100千瓦時全釩液流儲能電池系統(tǒng)被用于新能源電動車。
我國從20世紀80年代末開始液流儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究工作。中國地質(zhì)大學(xué)、北京大學(xué)、東北大學(xué)、中南大學(xué)、清華大學(xué)等均開展了全釩液流儲能電池的研究工作。自2002年開始，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成、測試方法、工程化開發(fā)及應(yīng)用示范等方面開展了系統(tǒng)深入的研究工作，建成了100千瓦/200千瓦時全釩液流儲能電池示范系統(tǒng)，并于2010年開發(fā)出國內(nèi)首套260千瓦全釩液流儲能電池系統(tǒng)。
2020年12月，大連液流電池儲能調(diào)峰電站國家示范項目的220千伏送出工程正式啟動。該項目位于大連市西崗區(qū)，是國家能源局批準的首個大型化學(xué)儲能國家示范項目，建設(shè)規(guī)模達到200兆瓦/800兆瓦時，于2016年11月開工建設(shè)，總投資38億元。其采用國內(nèi)自主研發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全釩液流電池儲能技術(shù)，適用于大功率、大容量儲能，具有安全性好、循環(huán)壽命長、響應(yīng)速度快、能源轉(zhuǎn)換效率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點。
壓縮空氣儲能在洞穴里做文章
除了上述鋰電儲能技術(shù)，壓縮空氣儲能技術(shù)（CAES）也被國際上視為基本成熟的儲能技術(shù)選項。世界上已有兩座大型壓縮空氣儲能電站投入商業(yè)運行，第一個公用事業(yè)規(guī)模的壓縮空氣儲能項目1978年建于德國的亨托夫。盡管亨托夫的壓縮空氣儲能電站最初是為了化石燃料發(fā)電的負載平衡而開發(fā)的，但在全球邁向可再生的間歇性能源之際，這種技術(shù)激發(fā)了人們的新興趣。
圖｜德國亨托夫壓縮空氣儲能電站是世界上第一個公用事業(yè)規(guī)模的壓縮空氣儲能項目，1978年建成。
亨托夫壓縮空氣儲能機組的壓縮機功率60兆瓦，釋放能量輸出功率為290兆瓦，系統(tǒng)將壓縮空氣存儲在地下600米深的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達31萬立方米，壓縮空氣的壓力最高可達100Bar。亨托夫的機組可連續(xù)充氣8小時，連續(xù)發(fā)電2小時。該電站在1979年至1991年期間運行的數(shù)據(jù)表明，共啟動并網(wǎng)5000多次，平均啟動可靠性97.6%。
第二座投入商業(yè)運行的壓縮空氣儲能項目是美國亞拉巴馬州的麥金托什壓縮空氣儲能電站，由亞拉巴馬州電力公司的能源控制中心進行遠程自動控制。該電站的地下儲氣洞穴位于地下450米，總?cè)莘e為56萬立方米，壓縮空氣儲氣壓力為7.5兆帕。該儲能電站壓縮機組功率為50兆瓦，發(fā)電功率為110兆瓦，可以實現(xiàn)連續(xù)41小時空氣壓縮和26小時發(fā)電。
美國的地質(zhì)形態(tài)，有很大一部分是適合壓縮空氣儲能的層狀鹽和鹽丘地質(zhì)，這給開展更大規(guī)模的壓縮空氣儲能技術(shù)項目提供了天然條件。美國俄亥俄州諾頓從2001年起開始建一座2700兆瓦的大型壓縮空氣儲能商業(yè)電站，該電站由9臺300兆瓦機組組成，壓縮空氣存儲于地下670米的地下巖鹽層洞穴內(nèi)，儲氣洞穴容積為957萬立方米。目前，除德、美、日、瑞士外，俄、法、意、盧森堡、南非、以色列和韓國等也在積極開發(fā)壓縮空氣儲能電站。
我國對壓縮空氣儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)比較晚，但隨著電力儲能需求的快速增加，相關(guān)研究逐漸引起一些大學(xué)和科研機構(gòu)的重視。中國科學(xué)院工程熱物理研究所、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等單位已經(jīng)對壓縮空氣儲能電站開展了研究，但大多集中在理論和小型實驗層面，目前還沒有投入商業(yè)運行的壓縮空氣儲能電站。不過，國家發(fā)改委2017年在《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源〔2017〕1701號）里列出的重點任務(wù)中，已將10兆瓦/100兆瓦時級超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)列為“試驗示范一批具有產(chǎn)業(yè)化潛力的儲能技術(shù)和裝備”之一。
熔鹽儲熱可多輸出3成電力
在美國聯(lián)邦層面，美國能源和自然資源委員會推出的《更好的儲能技術(shù)法案》（BEST）修訂版由一系列儲能法案構(gòu)成，包括2019年的《促進電網(wǎng)儲能法案》《降低儲能成本法案》《聯(lián)合長時儲能法案》等，采購儲能系統(tǒng)流程、回收儲能系統(tǒng)材料（例如鋰、鈷、鎳和石墨）的激勵機制，以及聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）制定的收回儲能系統(tǒng)部署成本的規(guī)則與流程。
在各州層面，儲能市場處于領(lǐng)先地位的州正在審查將儲能設(shè)備連接到電網(wǎng)的可行性，將儲能系統(tǒng)作為未來強大電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，并對互聯(lián)過程中儲能系統(tǒng)部署有明確規(guī)定，以確保靈活性和響應(yīng)性。稅收方面，美國政府為鼓勵綠色能源投資，出臺了投資稅收減免政策，提出先進儲能技術(shù)都可以申請投資稅收減免，可以通過獨立方式或并入微電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)等形式運行。在這些激勵措施下，部分州在探索和應(yīng)用儲能技術(shù)方面邁的步子很大，亞利桑那州的索拉納太陽能發(fā)電站的熔鹽儲熱裝置即是一個典型案例。
圖｜美國亞利桑那州索拉納太陽能電站的熔鹽儲熱罐，借助熔鹽保持的熱度該電站夜間可釋放電力6小時。
索拉納在西班牙語是“陽光明媚之地”的意思，這個名字和電站所在地區(qū)的天氣條件很匹配，負責(zé)承建電站的是著名的西班牙太陽能企業(yè)阿本格公司。該電站聲名在外，不僅是2013年建成投產(chǎn)時是世界最大的使用槽式太陽能技術(shù)（利用槽式聚光鏡將太陽光聚在一條線上，集中加熱管狀集熱器，再借助蒸汽的動力循環(huán)來發(fā)電）的電站，還因為是全美第一家采用熔鹽儲熱技術(shù)來進行能量存儲的太陽能發(fā)電站。
索拉納太陽能電站運行時，先通過槽式太陽能聚光鏡把陽光集中到中央塔上，然后塔將熱量轉(zhuǎn)移到塔內(nèi)的熔鹽。這種熔鹽的性能優(yōu)于導(dǎo)熱油：油狀物只能在最高約400攝氏度的溫度下使用，但熔鹽在565攝氏度下還能保持穩(wěn)定。這樣一來，就可以在更高的溫度下產(chǎn)生蒸汽，能大大提升蒸汽輪機的效率。白天，熔鹽在中央塔的吸收器中被太陽的熱量加熱至565攝氏度之后就流入儲藏罐里，在里面停留數(shù)小時并保持溫度恒定。到了夜間或者是白天云層遮蔽太陽的時候，熔鹽會被抽取到蒸汽發(fā)生器，在這里熔鹽的熱量釋放出來產(chǎn)生蒸汽推動蒸汽輪機發(fā)電，隨后熔鹽冷卻下來完成循環(huán)。
從技術(shù)難點上來看，熔鹽的凝固和和泄漏是其主要風(fēng)險，一旦熔鹽在完成循環(huán)返回中央塔的時候溫度低于228攝氏度，就會凝固并堵塞在管道里，給正常運營帶來巨大風(fēng)險，危及企業(yè)的盈利能力，因此熔鹽儲熱技術(shù)對溫度管理技術(shù)和能力要求很高。
索拉納太陽能電站運營以來，每年能減排47.5萬噸二氧化碳，為7萬戶當(dāng)?shù)丶彝ス╇?，這套熔鹽儲熱系統(tǒng)功不可沒。據(jù)計算，這套能量存儲裝置能夠每天為電站提供6個小時的熱量存儲，一年下來能夠讓電站多輸出38%的額定電量，如此搶眼的性能引起了國際上的普遍關(guān)注。我國目前也將大容量新型熔鹽儲熱裝置視為“具有產(chǎn)業(yè)化潛力的儲能技術(shù)”，擬開展試驗示范工作。
今年4月，國內(nèi)許多媒體報道了由集中供熱企業(yè)北京熱力集團在北京豐臺區(qū)投建的熔鹽蓄熱產(chǎn)業(yè)化推廣研究與示范項目正在積極推進建設(shè)。作為國內(nèi)落地的首個熔鹽儲能供蒸汽項目，該項目已在發(fā)改委立項備案，并獲得了國資委專項資金支持，由北京熱力市政工程建設(shè)有限公司承建，采用了北京民利儲能技術(shù)有限公司開發(fā)的新型熔鹽儲能蒸汽系統(tǒng)。據(jù)悉，該項目將建設(shè)8兆瓦熔鹽儲能裝置一套。主要配置高/低溫熔鹽儲罐、熔鹽加熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、智慧控制系統(tǒng)等設(shè)備，系統(tǒng)建成后將直接為北京西站地區(qū)供應(yīng)飽和蒸汽。該項目已申請綠電補助，建成后單噸蒸汽成本可低至119元/噸。
儲能新秀卡諾電池
近10年來，德國政府一直致力于推動本國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型變革，為此當(dāng)局部署了大量電化學(xué)儲能、儲熱、制氫與燃料電池研發(fā)和應(yīng)用示范項目，使儲能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用成為能源轉(zhuǎn)型的支柱之一，卡諾電池就是其中受到重視的并正在邁向應(yīng)用的一種儲能技術(shù)。
圖｜德國黑森州克拉岑巴赫的一處抽水蓄能模型，麻雀雖小五臟俱全。
卡諾電池的名稱來自卡諾定理，該定理描述了把電能轉(zhuǎn)化成熱能的效率問題。作為一種相對較新的可再生能源技術(shù)，熱能儲存在專門介質(zhì)中，需要時再轉(zhuǎn)化為電能，這使得它成為可再生能源儲存的理想解決方案之一。雖然卡諾電池的效率（40%~70%）低于抽水蓄能電站（65%~80%左右），但勝在運行過程環(huán)保而且成本低廉，環(huán)境足跡小，預(yù)期壽命長達20~30年，而最突出的優(yōu)點是原有的化石燃料發(fā)電廠的部分部件可以用來構(gòu)建電池。
因為德國規(guī)定燃煤發(fā)電廠的最終截止運行日期為2038年，到2023年就要關(guān)閉裝機容量7吉瓦燃煤發(fā)電廠，到2030年還要關(guān)閉裝機容量23吉瓦的燃煤發(fā)電廠。由于大量的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施可以被卡諾電池儲能裝置重新利用，其許可證和電網(wǎng)連接措施已經(jīng)到位，因此改造燃煤發(fā)電廠的成本預(yù)計不會太高。
圖｜柏林路透火力發(fā)電廠這樣的老式發(fā)電設(shè)施，是德國試驗和推廣卡諾電池技術(shù)的好地方。
自2014年以來，德國航天中心（DLR）一直在研究卡諾電池，其主要的挑戰(zhàn)在于如何使鹽儲存和電池適合燃煤電廠。去年9月，最新消息稱一套容量為1000兆瓦時的卡諾電池儲能裝置原型已經(jīng)開工，由德國航天中心下屬的斯圖加特工程熱力學(xué)研究所（ITT）和歐洲可再生壓縮熱能儲存集團合作建設(shè)。這套使用了簡單和低價材料的系統(tǒng)據(jù)稱比傳統(tǒng)電池更加環(huán)保，可以為斯圖加特這樣規(guī)模大小的城市提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，并把供熱和供電部門有力地聯(lián)結(jié)在一起。
中國的儲能產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但近幾年發(fā)展速度令人矚目。據(jù)國際知名的能源市場研究咨詢機構(gòu)伍德麥肯茲預(yù)測，到2024年中國儲能部署基數(shù)將增加25倍，儲能功率和儲電量分別達到12.5吉瓦和32.1吉瓦時，將成為亞太地區(qū)最大的儲能市場。中國政府在儲能領(lǐng)域的積極政策激勵是促進行業(yè)快速發(fā)展的主要原因，也是儲能部署的主要推動力。在中國邁向碳中和的當(dāng)下，合理借鑒上述國外案例對于促進儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，支撐和推動能源革命無疑是具有重要意義的。
（本文寫作中參考了美國環(huán)保署、美國《財富》雜志、《鳳凰城新時報》、英國《獨立報》、德國航天中心、澳大利亞號角谷儲能網(wǎng)等網(wǎng)站的信息，在此一并致謝！）
