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Highview Power 在英國英格蘭的液態空氣儲能 (LAES) 商業演示機。圖片：Highview Power

隨著化石燃料轉型的加速，未來幾年全球對電網規模儲能的需求將迅速增長。專注于氣候和 ESG 的投資銀行和咨詢集團 DAI Magister 的奧利弗·沃倫 (Oliver Warren)指出，儲能有助于滿足電網可靠性和彈性的需求，但鋰離子電池并不是唯一的選擇。

2020年代被世界經濟論壇（WEF）稱為“交付十年”，被國際可再生能源機構稱為“行動十年”，是能源轉型的關鍵十年。然而，為了充分發揮可再生能源的潛力并實現雄心勃勃的能源轉型目標，我們必須具備更有效地儲存能源的能力。

許多利益相關者將他們的長期存儲希望寄托在鋰離子 (Li-ion) 電池存儲解決方案上，根據 Precedence Research 的數據，該市場預計在 2022 年至 2023 年間每年增長近 20%。

但現實情況是，盡管鋰離子電池在實現凈零排放的道路上發揮著重要作用，但這項技術既不夠強大，也不夠通用，無法單獨滿足儲能要求。因此，需要多種替代電網規模解決方案來實現前所未有的存儲容量擴展，以抵消我們對鋰離子電池的依賴并推動可再生能源轉型。

提升產能

根據國際能源署 (IEA) 的數據，要實現全球電力脫碳，到 2030 年，全球儲能容量必須增加 40 倍以上，達到 700GW 總量，或約占全球用電量的 25%（每年 23,000 TWh） 。相比之下，這就像將英國的土地面積擴大到美國的土地面積一樣。

鋰離子電池在當今的電網規模電力存儲中也占有類似的地位。2020 年代是能源存儲的十年，投資者需要關注替代存儲解決方案，這些解決方案可能需要更高的前期資本支出，但可以提供更低的長期平準電力成本和更長的資產壽命。

鋰離子電池長期以來被譽為電網規模存儲的重要技術，但它既不可行也不可持續。鈷提取物是鋰離子電池的基本成分，具有劇毒和污染性。有限的鈷供應是一個主要問題，特別是考慮到電動汽車電池和備用發電機的需求快速增長。在世界上一些最動蕩的地區，例如剛果民主共和國（剛果民主共和國），僅僅依賴鋰離子技術也使我們容易受到單一供應鏈和鈷等關鍵元素的影響。

這并不意味著鋰離子電池沒有一席之地。鋰離子電池最適合取代燃氣調峰設備，例如開式循環燃氣輪機 (OCGT)，并在晚間高峰期間補充抽水蓄能設備。然而，與聯合循環燃氣輪機 (CCGT) 不同，它們缺乏全天負荷跟蹤的能力和持續時間（超過幾個小時的下降）。

盡管 PowerUp 和 Twaice 等電池分析公司正在努力解決這個問題，但它們也容易因未能完成完全放電和充電周期而損壞。此外，鋰離子電池的使用壽命最多為 10 年，然后需要更換。所有這些因素使得鋰離子電池在電網規模上不可行，因此需要使用替代品。

到 2030 年，車輛到電網 (V2G) 技術將能夠聚合全球預計超過 1.4 億輛電動汽車的部分存儲容量，可為鋰離子電池帶來超過 7TWh 的額外能源存儲，可以立即獲得，但面臨與基于電網的鋰離子電池類似的限制。

電池分析公司 TWAICE 正在對電池進行實驗室測試。圖片：TWAICE

可行的網格規模存儲替代方案

不存在單一的殺手級應用程序或技術來完成這項工作。多元化是成功的關鍵，取決于多種電網規模儲能解決方案的廣泛采用：

壓縮空氣/氣體儲存

新的壓縮空氣和氣體存儲技術提供了一種以壓縮空氣或氣體形式存儲能量的新方法。與電池等其他形式的能源存儲相比，它們可以在更小的空間內存儲更多的能量，并且存儲時間更長。

意大利初創公司 Energy Dome 發現了一種意想不到的綠色能源存儲方式。該公司突破性的長效儲能系統將CO 2壓縮 成液體并將其存儲在一個巨大的加壓圓頂中。二氧化碳的密度比空氣高，因此可以儲存更密集的能量，并且與低溫下的液態空氣相比，不需要先進的材料和昂貴的隔熱材料。

Augwind Energy 是一家以色列科技公司，通過將壓縮空氣存儲在由獨特聚合物制成的大型儲罐中，對大規模能源存儲進行了革命性的變革。該公司的 AirBattery 解決方案僅使用空氣和水來安全且經濟高效地長期高容量存儲能量。

該解決方案使用外部能源（無論是來自電網還是可再生能源）來為水泵提供動力。AirBattery 可以無限循環運行數十年，不會出現性能退化，而且成本極低。

Cheesecake Energy 是一家總部位于英國的衍生公司，其成立于諾丁漢大學進行的熱能和機械能存儲研究。該公司開發了 eTanker，這是一種新型能源存儲系統，可將電力存儲為熱量和壓縮空氣。電動機驅動壓縮機，將高壓空氣和熱量存儲在存儲單元中以存儲能量。為了發電，相同的壓縮機充當膨脹機，驅動發電機。

eTanker 是一種持久（20 多年）且環保的能源存儲解決方案，由可回收原材料制成。它可以部署在工業、農業、運輸和可再生能源發電等各種靜態應用中，取代對鋰離子電池的需求。

Highview Power 也來自英國。該公司開發了用于公用事業和配電網絡的大型儲能系統。Highview 的低成本液-空氣儲能解決方案采用低溫冷卻過程來存儲能量以供將來使用。

該系統從風能和太陽能等可再生能源中收集能量，并將其作為低溫液態空氣儲存在儲罐中。液態空氣在需要時被加熱，導致儲存的能量以氣體形式釋放。然后，這種氣體通過為渦輪機提供動力來發電。

Highview 計劃籌集 4 億英鎊（4.835 億美元），建設世界上第一個商業規模的液體空氣儲能 (LAES) 工廠，以促進英國的可再生能源發電。在4億英鎊中，該公司打算斥資2.5億英鎊建設一座30MW儲能電站，可存儲300MWh電力。剩余的 1.5 億英鎊將用于另外四個站點的工程設計。Highview 已經在英國擁有一座 5MW 試點工廠投入運營。

創新的抽水蓄能

創新的抽水蓄能（PHES）利用可再生能源將水從下水庫抽到上水庫。在高需求時期，水從上游水庫釋放來發電。這種類型的儲能比傳統的抽水蓄能更高效、更具成本效益，并且需要更少的土地。

荷蘭初創公司 Ocean Grazer 開發了一種獨特的海上儲能系統，可以部署在發電源處。海洋電池是一種抽水蓄能系統，通過將水來回泵入柔性囊中以不同的壓力進行存儲，從而存儲來自海上風電場的能量。當需要電力時，水從水囊涌回水庫，驅動多個水輪機發電。

與現有的大型鋰離子電池系統相比，海洋電池的建造成本要低得多，后者需要由海運集裝箱制成的大型平臺。此外，與鋰離子電池的 5,000-10,000 次充電周期相比，海洋電池的使用壽命要長得多，可持續充電次數高達 100 萬次。

RheEnergise 開發了一種“高密度水力”系統，可以從山上而不是山脈或壩墻儲存和釋放電力。與其他系統相比，它的閉環抽水蓄能系統使用無毒、高密度添加劑。這使得它產生的能量是傳統抽水蓄能系統的 2.5 倍，同時還減少了環境影響并降低了成本。

高密度水力系統有潛力使英國各地的山坡能夠儲存國家電力供應的能量，從而大大擴大抽水蓄能的范圍和輸出。該公司預計到 2024 年其第一個商業系統將投入運行。

熱能儲存

熱能存儲的工作原理是將熱能以熱量的形式存儲，通常存儲在水、巖石或土壤等材料中。熱量以多種方式儲存，包括使用相變材料，在特定溫度下吸收和釋放熱量。儲存的熱量然后可以發電。熱能存儲可以在能源需求高峰時段或可再生能源不可用時存儲來自太陽能、風能或其他可再生能源的多余能源

Lumenion是一家可再生能源存儲技術公司，提供大規模儲能解決方案。該公司的TESCORE 解決方案是一種高溫存儲系統，可將波動的風能和太陽能光伏發電存儲為熱能，幾乎無損耗轉換。

日本東芝公司、丸紅公司和中部電力公司在日本環境省的支持下合作開發了一種基于巖石的熱能存儲系統，該系統比鋰離子電池和氫更環保、更高效。該系統容量為100kWh，可使用碎石、磚塊、熔鹽、混凝土等儲存材料。到目前為止，據稱該系統可以通過一個小型儲熱罐儲存 700°C 以上的熱量。

未來幾年，目標是建造一座容量為500kWh的更大設施，并啟動基于巖石蓄熱技術的商業項目。

重力存儲

重力存儲是一種利用重力來存儲和釋放勢能的能量存儲形式。它的工作原理是升高通常由混凝土、磚塊或巖石制成的重物，然后在需要時釋放它們來發電。

Energy Vault總部位于瑞士，是重力存儲市場的領導者。該公司突破性技術的靈感來自抽水蓄能電站，該電站依靠重力和水的運動來儲存和放電。

他們的解決方案采用專有的機械過程和能源管理系統來存儲和調度電力。當可再生能源發電量較高時，該解決方案利用該能量將 30 噸重的磚塊提升到較高高度，并將潛在能量存儲在磚塊中。該系統通過在重力作用下控制磚塊的下降，將動能釋放回電網以發電。

管理系統在考慮各種因素的同時協調能源充電/放電，包括能源供需波動、天氣因素和其他變量。

存儲是能源轉型的基本推動者

我們擴大儲能容量的能力是最緊迫的問題之一，它將決定這個決定性的“過渡”十年是否成功。但考慮到鋰離子電池的使用壽命有限和電網脫碳，我們需要明智地投資于正確的技術，以獲得最大的經濟效益（在吉瓦時容量和資本回報率方面）。

按照美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 當前6 小時鋰離子電池存儲資本成本為每千瓦 2,000 美元計算，到 2030 年所需的 700GW 容量相當于未來十年約 1.5 萬億美元的市場，使其每年價值近2000億美元。

根據 Pitchbook 的數據，到 2022 年，全球對有前景的儲能公司的年度投資額僅為 90 億美元。隨著投資者越來越清楚這個市場的重要性，投資需要呈指數級增長。在能源轉型中，儲能市場為當今世界各地的投資者提供了最大的“藍海”機會之一。