中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：未來幾十年，隨著電氣化和電網(wǎng)脫碳化的推進(jìn)，電能的存儲(chǔ)成為了這場(chǎng)革命的關(guān)鍵。然而，儲(chǔ)能并不是這場(chǎng)革命的先決條件，否則，以中國(guó)為例，他們就不會(huì)發(fā)展如此多的風(fēng)電、光伏和水電。
截至2019年，電網(wǎng)儲(chǔ)能容量比大多數(shù)人意識(shí)到的要多得多，有超過170GW的裝機(jī)容量，到現(xiàn)在又新增4~5GW。這其中的絕大部分都是抽水蓄能，主要是為了給核電站和燃煤電廠在夜間提供負(fù)荷，而正在開發(fā)的絕大部分儲(chǔ)能也是抽水蓄能。抽蓄建造的歷史已經(jīng)很久遠(yuǎn)了，第一座抽蓄電站在一個(gè)多世紀(jì)前就投入使用了。
根據(jù)作者過去幾年的研究、出版物、工作成果以及與世界各地的專家的交流，作者預(yù)計(jì)有三種儲(chǔ)能技術(shù)將成為電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的主要提供者。作者提供的評(píng)估因素有如下幾點(diǎn)：
儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)：該種儲(chǔ)能方式能夠在沒有顯著損耗的情況下存儲(chǔ)能量多長(zhǎng)時(shí)間，并且應(yīng)當(dāng)保持經(jīng)濟(jì)性。
能量與功率靈活性：例如，鋰離子電池儲(chǔ)能很難將能量和功率解耦、實(shí)現(xiàn)能量和功率獨(dú)立設(shè)計(jì)。
每MWh成本：在合理假設(shè)下，儲(chǔ)能解決方案的全生命周期應(yīng)當(dāng)至少實(shí)現(xiàn)成本回收。
壽命與維護(hù)：在正常維護(hù)下，該種儲(chǔ)能方式能夠達(dá)到多長(zhǎng)的生命周期。
循環(huán)次數(shù)：在需要大規(guī)模改造或更換之前，該種儲(chǔ)能方式能夠?qū)崿F(xiàn)多少次充放電循環(huán)。
建設(shè)周期：該種儲(chǔ)能方式的建設(shè)時(shí)間有多快。
規(guī)模兼容性：該種儲(chǔ)能方式能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模（如GW級(jí)）或小規(guī)模（kW級(jí)）建設(shè)。
技術(shù)成熟度：技術(shù)越成熟，該種儲(chǔ)能技術(shù)部署的可能性就越大。
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：該種儲(chǔ)能方式對(duì)環(huán)境的友好程度。
目前部署情況：該種儲(chǔ)能方式目前是否實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模普及和商業(yè)化。
地理兼容性：該種儲(chǔ)能方式是否可以在多種地理?xiàng)l件下建設(shè)。
抽水蓄能在目前全球電網(wǎng)規(guī)?；瘍?chǔ)能中占據(jù)著主導(dǎo)地位，但它并不是一個(gè)完美的儲(chǔ)能方式。
抽蓄的優(yōu)勢(shì)在于，它的其中一部分可以充當(dāng)戰(zhàn)略性儲(chǔ)能，并且水資源很廉價(jià)，儲(chǔ)能電價(jià)低于或接近于電網(wǎng)批發(fā)電價(jià)，在海拔較高處儲(chǔ)存的水蒸發(fā)也較慢，保持大量?jī)?chǔ)存的水作為事故備用也是相當(dāng)容易的。抽水蓄能的生命周期也很長(zhǎng)，水壩可以維持超過100年的壽命，水輪機(jī)也可以維持幾十年的壽命，相關(guān)設(shè)備的更換也是相當(dāng)容易的。
抽蓄的缺點(diǎn)在于地理位置的限制、小規(guī)模儲(chǔ)能不適合、施工時(shí)間較長(zhǎng)。作者的觀點(diǎn)是，抽蓄將主要用于24小時(shí)以上到數(shù)月的儲(chǔ)能，而不是單日內(nèi)的儲(chǔ)能。
如今，當(dāng)人們想到電池和電網(wǎng)儲(chǔ)能時(shí)，自然會(huì)想到鋰離子電池，但鋰離子電池在電網(wǎng)規(guī)模上有很大的局限性。最大的問題是，由于它們的特性，能量和功率是緊密耦合的。這極大地限制了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使其不適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。目前，它們主要提供白天4小時(shí)儲(chǔ)能，將太陽能轉(zhuǎn)移到傍晚高峰時(shí)段，并用于輔助服務(wù)。它們完全適合這個(gè)用途，但不太可能用于超過8小時(shí)的儲(chǔ)能。
鋰離子電池的壽命相對(duì)有限。雖然電動(dòng)汽車鋰離子電池的循環(huán)壽命已經(jīng)超出了許多人的預(yù)期，但在10年左右的時(shí)間里，它們?nèi)詫⒊霈F(xiàn)顯著的退化。它們的壽命主要和與充放電循環(huán)次數(shù)有關(guān)，每天的使用意味著，在10年壽命之內(nèi)，它們可能就需要完全替換。
人們對(duì)鋰離子電池對(duì)環(huán)境影響的擔(dān)憂正在減少，但它們?nèi)匀淮嬖凇ｄ囯娀厥帐且粋€(gè)正在增長(zhǎng)的行業(yè)，與大多數(shù)電子設(shè)備中的微型電池相比，電動(dòng)汽車和電網(wǎng)規(guī)模的鋰電回收在經(jīng)濟(jì)上是值得的。目前對(duì)于鋰原材料開采的擔(dān)憂仍未消除，但這種擔(dān)憂也在逐漸減少，并可能為油氣開采地區(qū)和工人提供一個(gè)替代行業(yè)。
作者的預(yù)測(cè)是，鋰離子電池將在早期部署時(shí)領(lǐng)先于液流電池，但隨著液流電池技術(shù)的成熟，作為電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的選擇，鋰離子電池將逐漸減少。
液流電池很容易被想象為一個(gè)很大的化學(xué)容器，由很多單體電池作為儲(chǔ)能單元，在單體電池的兩個(gè)電極之間有很薄的隔膜，離子從其中穿過，實(shí)現(xiàn)不同能量的化學(xué)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，從而存儲(chǔ)和釋放電能。
這個(gè)方法有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，它將功率和能量分離。把儲(chǔ)液罐變大，就會(huì)有更多的能量。在液罐之間設(shè)置更多的單體電池，就有更大的功率。第二，它幾乎和鋰離子電池一樣容易部署。
液流電池每MWh的成本也正趨向于與鋰離子電池相同級(jí)別。廣泛的地理兼容性、可擴(kuò)展性和短的建設(shè)周期、合理的成本、功率和能量的獨(dú)立設(shè)計(jì)，以及利用特定活性物質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的巨大潛力，這些都意味著該技術(shù)及其變體在未來與鋰離子電池和抽水蓄能技術(shù)相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。抽水蓄能原理的簡(jiǎn)單和耐用性是很難被打敗的，但是在很多地方氧化還原流電池將打敗它。
總結(jié)
只有綜合考慮這三種技術(shù)，我們才可能總覽滿足儲(chǔ)能需求的全貌。鋰離子電池的缺陷被抽水蓄能平衡，正如抽水蓄能的挑戰(zhàn)被鋰離子電池平衡一樣，但是液流電池會(huì)填充所有的空隙，甚至帶來更多的效用。
聲明：本文僅代表作者觀點(diǎn)，并不代表支持其描述。本文作者邁克爾?巴納德是The Future is electric Strategy (TFIE)的首席策略師、Agora Energy Technologies的董事會(huì)觀察員和策略師，以及distnc Technologies的聯(lián)合創(chuàng)始人。他提出了未來40-80年的脫碳方案，協(xié)助高管、董事會(huì)和投資者。
