研究表明,如果實(shí)現(xiàn)美國政府提出的到2035年使電力行業(yè)脫碳的目標(biāo),需要部署大量的多樣化儲能技術(shù),而不僅僅是鋰離子電池儲能系統(tǒng),而多家儲能廠商正在為儲能市場帶來新的技術(shù)解決方案,以填補(bǔ)這一空白。
行業(yè)專家表示,鋰離子電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間通常為4到8小時(shí),但隨著電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電份額越來越高,它將需要更長的持續(xù)時(shí)間和不同特性的技術(shù)來模擬“基本負(fù)荷”發(fā)電組合。
根據(jù)Wood Mackenzie公司在去年年底發(fā)布的一份研究報(bào)告,自從2019年以來,在全球范圍內(nèi),長時(shí)儲能技術(shù)已經(jīng)吸引了580億美元以上的私人和公共承諾,這意味著將為約57GW長時(shí)儲能系統(tǒng)提供資助。與此同時(shí),美國能源部一直致力于支持這一市場的商業(yè)化。
德勤公司美國可再生能源負(fù)責(zé)人Marlene Motyka表示:“當(dāng)美國政府考慮實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路時(shí),需要在生態(tài)系統(tǒng)中采用許多不同的儲能技術(shù),才能真正實(shí)現(xiàn)其凈零排放的目標(biāo)?!?/p>
這其中包括鋰離子電池儲能系統(tǒng),以及“中長期”儲能技術(shù),例如鐵空氣電池或鋅基電池儲能系統(tǒng)。此外,還需要部署一些持續(xù)時(shí)間更長的(甚至是季節(jié)性的)的儲能技術(shù),持續(xù)時(shí)間長達(dá)幾個月,例如氫儲能技術(shù)。
許多儲能廠商正在將這些長時(shí)儲能技術(shù)推向市場,公用事業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)也對它們表現(xiàn)出了濃厚的興趣。今年5月,加州公用事業(yè)委員會批準(zhǔn)太平洋天然氣和電力公司建設(shè)一個8.5MW微電網(wǎng),該微電網(wǎng)由Energy Vault公司開發(fā),采用電池儲能系統(tǒng)和氫氣燃料電池構(gòu)建,部署在太平洋天然氣和電力公司在北加州的一座變電站,該變電站經(jīng)歷了與野火有關(guān)的停電。根據(jù)太平洋天然氣和電力公司提交的文件這個微電網(wǎng)預(yù)計(jì)將在48小時(shí)內(nèi)提供高達(dá)2935MWh電力。
Energy Vault公司還在開發(fā)重力儲能技術(shù),這種解決方案采用機(jī)械設(shè)備提升和降下混凝土塊,以存儲和調(diào)度能量。今年8月,該公司宣布已與一家尚未披露名稱的美國可再生能源開發(fā)商簽署了重力儲能技術(shù)的首個許可協(xié)議。
今年9月,Dominion Energy公司向弗吉尼亞州監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請批準(zhǔn)部署一個儲能項(xiàng)目,該項(xiàng)目將測試兩項(xiàng)新的儲能技術(shù):Form Energy公司開發(fā)的鐵空氣電池,持續(xù)時(shí)間長達(dá)100小時(shí);Eos Energy公司開發(fā)的鋅混合電池,持續(xù)時(shí)間為3到12小時(shí)。
Motyka表示,展望未來十年,電網(wǎng)將需要一種混合部署的儲能解決方案,這取決于美國各州的發(fā)電組合和負(fù)荷情況。但是有些儲能技術(shù)可能會比其他技術(shù)更突出——例如不受地理限制。
德勤咨詢公司能源、資源和工業(yè)業(yè)務(wù)總經(jīng)理Craig Rizzo表示,儲能技術(shù)供應(yīng)鏈的長期穩(wěn)定性也將是決定它們能否擴(kuò)大部署規(guī)模的一個重要因素。其他需要考慮的因素包括該技術(shù)及其供應(yīng)鏈的環(huán)境足跡,以及儲能系統(tǒng)本身的可靠性。
Rizzo補(bǔ)充說,“與儲能系統(tǒng)將取代的電網(wǎng)的可靠性相比,例如天然氣發(fā)電設(shè)施,它必須在需要的時(shí)候出現(xiàn)?!?/p>
行業(yè)媒體研究了不斷發(fā)展的儲能領(lǐng)域的四種前沿技術(shù),并與一些將其推向市場的企業(yè)進(jìn)行了交談,以更好地了解新興儲能領(lǐng)域。
鋅基電池儲能系統(tǒng)
鋅基電池儲能系統(tǒng)與鋰離子電池儲能系統(tǒng)有多種不同的特性。Eos公司業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Andy Meserve表示,這包括更長的持續(xù)時(shí)間和不易燃的特性。他補(bǔ)充說,鋅基電池儲能系統(tǒng)的降解退化程度非常低,可以持續(xù)使用20多年,這與許多可再生能源發(fā)電設(shè)施的生命周期(通常為20至30年)一致。
Meserve補(bǔ)充說:“另一個關(guān)鍵特性是,鋅基電池儲能系統(tǒng)可以在非常寬的溫度范圍內(nèi)工作,不需要加熱和冷卻,這與鋰離子電池儲能系統(tǒng)有所不同。”
Meserve表示,鋅基電池儲能系統(tǒng)可以滿足電力市場的多種需求,特別是在能源轉(zhuǎn)移或套利方面——或者在電網(wǎng)上充足的時(shí)候儲存可再生能源,然后進(jìn)行調(diào)度;或者在低電價(jià)時(shí)充電,在高電價(jià)時(shí)放電。此外,當(dāng)與可再生能源或相結(jié)合時(shí),它們可以在微電網(wǎng)中發(fā)揮作用。
與其他儲能開發(fā)商一樣,Eos公司現(xiàn)在的業(yè)務(wù)重點(diǎn)是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。該公司在今年早些時(shí)候從美國能源部獲得了高達(dá)3.986億美元有條件貸款,用于擴(kuò)建一家生產(chǎn)鋅動力儲能系統(tǒng)的制造工廠。
德勤公司的Motyka表示,鋅基電池儲能系統(tǒng)確實(shí)有一定的好處。這種儲能技術(shù)可以靈活地?cái)U(kuò)大規(guī)模,而且鋅的原材料儲量豐富。另一方面,鋅基電池儲能系統(tǒng)目前可以提供長達(dá)12小時(shí)的持續(xù)時(shí)間,并且可以擴(kuò)展到更長的持續(xù)時(shí)間。
Motyka說:“用戶可以繼續(xù)建造這些模塊化部件,并將它們連接在一起——但在某些時(shí)候由于尺寸的原因,這可能沒有意義?!?/p>
鐵空氣電池儲能系統(tǒng)
Form Energy公司的鐵空氣電池儲能系統(tǒng)是由安全、廉價(jià)且豐富材料制成。
Form Energy公司首席執(zhí)行官M(fèi)ateo Jaramillo表示,鐵空氣電池儲能系統(tǒng)可以提供多日的持續(xù)時(shí)間——大約100小時(shí)。電網(wǎng)將需要長時(shí)儲能系統(tǒng)來應(yīng)對電力中斷更長時(shí)間的災(zāi)難事件。
雖然目前鐵空氣電池的主要用途是作為一種可靠性資源,但Form Energy公司的模型表明,這種電池儲能系統(tǒng)可以全年使用,還可以被公用事業(yè)公司和其他機(jī)構(gòu)用來平衡每周的能源供應(yīng)和需求。
Jaramillo說,F(xiàn)orm Energy公司目前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是擴(kuò)大其技術(shù)規(guī)模,增強(qiáng)其制造能力。
德勤公司的Motyka表示,該技術(shù)提供了很大靈活性,可以以支持基本負(fù)荷發(fā)電概念的方式進(jìn)行調(diào)度。
Rizzo表示贊同,“與鋰離子電池相比,鐵空氣電池儲能系統(tǒng)更便宜,使用壽命更長。我認(rèn)為關(guān)鍵是要看到它如何發(fā)揮作用。”
氫儲能系統(tǒng)
2022年底,太平洋天然氣和電力公司向加州監(jiān)管機(jī)構(gòu)提出了一項(xiàng)混合電池儲能系統(tǒng)和氫氣燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建微電網(wǎng)的提案,該儲能系統(tǒng)將由位于北加州一個小鎮(zhèn)的Energy Vault公司開發(fā),該小鎮(zhèn)由于面臨森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)而經(jīng)常停電。該公司過去一直使用柴油發(fā)電機(jī)來滿足這一需求,但改用綠色氫氣和電池儲能系統(tǒng)可以在停電期間提供更清潔的備用電源。
氫氣儲能系統(tǒng)允許電力部門使用可再生能源發(fā)電設(shè)施和電解槽系統(tǒng)來產(chǎn)生綠色氫氣,然后可以根據(jù)需要儲存,直到使用燃料電池轉(zhuǎn)換回電力。太平洋天然氣和電力公司構(gòu)建的微電網(wǎng)有48小時(shí)的持續(xù)時(shí)間,有可能擴(kuò)展到96小時(shí),氫氣儲能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間更長。
太平洋天然氣和電力公司的氫氣儲能系統(tǒng)使用Energy Vault公司的“H-Vault”平臺,其標(biāo)準(zhǔn)解決方案提供24、50和100小時(shí)的持續(xù)時(shí)間,以及任何可定制的尺寸。Energy Vault公司首席商業(yè)和產(chǎn)品官M(fèi)arco Terruzzin表示,在成本方面,在《削減通脹法案》的支持下,共氫氣儲能系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間為100小時(shí),與柴油發(fā)電機(jī)組相當(dāng)。Energy Vault公司還有其他正在籌備部署的氫氣儲能項(xiàng)目,但這些項(xiàng)目尚未公開披露。
Terruzzin表示,美國的《削減通脹法案》推動了該技術(shù)在美國的發(fā)展,部分原因是它允許使用氫氣作為儲能介質(zhì)的資產(chǎn)所有者利用投資稅收抵免。
Motyka表示,在未來,當(dāng)政策制定者考慮平衡電網(wǎng)運(yùn)行時(shí),氫氣儲能系統(tǒng)能夠一次儲存幾個月的能量并在需要時(shí)加以利用的潛力可能非常重要。
與此同時(shí),Motyka表示,氫氣儲能系統(tǒng)在大規(guī)模部署時(shí)將面臨的一大挑戰(zhàn)是開發(fā)支持它的基礎(chǔ)設(shè)施。
她說:“關(guān)于氫氣生態(tài)系統(tǒng)背后的基礎(chǔ)設(shè)施,還有很多事情要做——生產(chǎn)氫氣,有合適的地方儲存氫氣,然后能夠調(diào)度和使用氫氣。”
今年10月,美國能源部宣布在全國范圍內(nèi)建設(shè)7個氫氣中心,總資金為70億美元,預(yù)計(jì)每年將共同生產(chǎn)300萬噸氫氣。Motyka表示,這是美國朝著正確方向邁出的積極一步。
重力儲能系統(tǒng)
利用重力作為一種能量儲存形式已經(jīng)存在一段時(shí)間(例如抽水蓄能發(fā)電設(shè)施),Energy Vault公司也在研究和開發(fā)這種技術(shù)。
該技術(shù)本質(zhì)上是利用一種機(jī)械過程,將混凝土塊提升和降低以存儲和調(diào)度能量。Energy Vault公司表示,重力儲能技術(shù)不依賴于特定的地形,提供了一個靈活的持續(xù)時(shí)間,從4小時(shí)到24小時(shí)不等,使用壽命為35年。
該公司目前正在中國部署一個25MW/100MWh的重力儲能系統(tǒng)。該公司還與Enel Green Power公司合作,在德克薩斯州斯奈德建設(shè)一個18MW/36MWh重力儲能系統(tǒng),預(yù)計(jì)將于2024年第四季度上線運(yùn)營。
Terruzzin說:“這并不意味著重力儲能系統(tǒng)不能持續(xù)4個小時(shí),但用戶對持續(xù)6個小時(shí)甚至更長時(shí)間非常感興趣,現(xiàn)在也是如此。”
Rizzo表示,在某些方面,采用簡單的機(jī)械設(shè)備儲存能量的想法是有意義的。
他說:“這是一種低環(huán)境足跡,并且沒有供應(yīng)鏈問題,而且可以規(guī)?;渴??!?/p>