圖片來源：HUGO

 

       一對(duì)500英尺長(zhǎng)的煙囪從加利福尼亞州莫斯蘭丁港口的天然氣發(fā)電廠直插云霄，給這個(gè)美麗的海濱小鎮(zhèn)上投下了一層工業(yè)陰影。

 

      然而，如果州監(jiān)管機(jī)構(gòu)簽署，它可能是2020年底世界上最大的鋰離子電池項(xiàng)目的地點(diǎn)，有助于平衡加州電網(wǎng)風(fēng)能和太陽能的波動(dòng)。

 

      這座300兆瓦的工廠是加利福尼亞州最大的公用事業(yè)公司Pacific Gas and Electric四個(gè)巨型鋰離子存儲(chǔ)項(xiàng)目之一，在6月底向加州公用事業(yè)委員會(huì)申請(qǐng)批準(zhǔn)。總的來說，它們將為電網(wǎng)增加足夠的存儲(chǔ)容量，為一個(gè)月供電大約2,700個(gè)家庭(或者存儲(chǔ)每年州政府使用的電力的約0.0009%)。

 

      加州的這個(gè)項(xiàng)目是全球越來越多的努力之一，包括特斯拉在南澳大利亞的100兆瓦電池陣列，隨著價(jià)格下降和可再生能源發(fā)電量的增加，建造更大的鋰離子存儲(chǔ)系統(tǒng)。它們使人們?cè)絹碓綐酚^地認(rèn)為，這些巨型電池將使風(fēng)能和太陽能能夠取代占比份額大的化石燃料工廠。

 

      但是這種樂觀存在不少問題。專家說，這些電池太昂貴，而且持續(xù)時(shí)間不夠長(zhǎng)，限制了它們?cè)陔娋W(wǎng)上的作用。隨著更多可再生能源出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上，如果我們計(jì)劃依靠它們來獲得大量存儲(chǔ)空間—— 而不是利用碳捕獲技術(shù)轉(zhuǎn)向更廣泛的低碳能源，如核能和天然氣—— 我們可能會(huì)走上一條無法承受的危險(xiǎn)道路。

 

      小設(shè)施

 

      根據(jù)麻省理工學(xué)院和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員2016年的一項(xiàng)分析，今天的電池存儲(chǔ)技術(shù)在有限的作用下效果最好，可替代“峰值”發(fā)電廠。這些是較小的設(shè)施，經(jīng)常以天然氣為燃料，可以提供不經(jīng)常運(yùn)營(yíng)，在價(jià)格和需求高的時(shí)候迅速開火。

 

      麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)開發(fā)電網(wǎng)蓄電池的Form Energy聯(lián)合創(chuàng)始人Marco Ferrara說，鋰離子電池可以在未來五年內(nèi)與這些天然氣峰化器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)。

 

      “天然氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)已接近尾聲，鋰離子電池是一個(gè)很好的替代品。”他說。

 

      這種峰化器正是大多數(shù)新的和即將推出的鋰離子電池項(xiàng)目旨在填補(bǔ)的角色。事實(shí)上，加州的倉儲(chǔ)項(xiàng)目最終可能取代該地區(qū)的三個(gè)天然氣設(shè)施，其中兩個(gè)是峰化器工廠。

 

      但是，除了這個(gè)外，電池遇到了真正的瓶頸。 2016年研究的作者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大量電池存儲(chǔ)添加到電網(wǎng)中時(shí)，回報(bào)會(huì)急劇下降。他們的結(jié)論是，將電池存儲(chǔ)與可再生電廠耦合，是大型、靈活的煤炭或天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的“弱替代品”，這種電廠可隨時(shí)開發(fā)，連續(xù)運(yùn)行，并改變產(chǎn)量水平，以滿足一整天不斷變化的需求。

 

      鋰離子技術(shù)不僅對(duì)于這個(gè)而言過于昂貴，而且電池壽命有限意味著它不適合在幾天、幾周甚至幾個(gè)月內(nèi)填補(bǔ)風(fēng)能和太陽能發(fā)電的空白。

 

      這個(gè)問題在加利福尼亞尤其嚴(yán)重，在秋季和冬季，風(fēng)能和太陽能都會(huì)急劇下降。這是季節(jié)性模式的樣子：

 

      這導(dǎo)致了一個(gè)嚴(yán)重的問題：當(dāng)可再生能源在電網(wǎng)上達(dá)到高水平時(shí)，你需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)更多的風(fēng)能和太陽能發(fā)電廠在高峰時(shí)段產(chǎn)生足夠的多余電力，以保持電網(wǎng)在長(zhǎng)時(shí)間的季節(jié)性下降中運(yùn)行，Jesse Jenkins說，他是該研究的合著者和能源系統(tǒng)研究員。反過來，這需要電池可以一直存儲(chǔ)它，直到需要它為止。

 

      這最終會(huì)是一筆天文數(shù)字。

 

      加州還在夢(mèng)想著

 

      加州長(zhǎng)期以來無法忽視這些問題。該州已經(jīng)有望在2020年之前從清潔來源獲得50%的電力，立法機(jī)構(gòu)再次考慮一項(xiàng)法案，要求它到2045年達(dá)到100%。為了使問題復(fù)雜化，監(jiān)管機(jī)構(gòu)在1月份投票決定關(guān)閉該州最后一座核電站，這是一種無碳能源，提供24%的PG&E能源。這將使加州嚴(yán)重依賴可再生能源來實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

 

      總部位于波士頓的能源政策智庫Clean Air Task Force最近發(fā)現(xiàn)，加州可再生能源達(dá)到80%的標(biāo)志意味著夏季將有大量的剩余發(fā)電， 960萬兆瓦時(shí)的能源需要儲(chǔ)存。達(dá)到100%將需要3630萬。

 

      該州目前總共擁有150,000兆瓦時(shí)的能源儲(chǔ)存。 (這主要是抽水電蓄電池，只占很小一部分電池。)

 

      建立達(dá)到該州目標(biāo)所需的可再生能源發(fā)電和儲(chǔ)存水平將成倍地推高成本，從50%的每兆瓦時(shí)49美元增加到100%的1,612美元。

 

      而且還是假設(shè)鋰離子電池的成本約為現(xiàn)在的三分之一。

 

      “該系統(tǒng)完全由存儲(chǔ)成本占主導(dǎo)地位。” Clean Air Task Force高級(jí)顧問史蒂夫·布里克說。 “你建造這個(gè)巨大的存儲(chǔ)機(jī)器，你在年中填滿，然后浪費(fèi)掉它。這是一項(xiàng)巨大的資本投資，很少得到利用。”

 

      這些將大大增加消費(fèi)者的電費(fèi)。

 

       “你必須停下來問問自己：‘公眾會(huì)支持表這一點(diǎn)嗎?’”布里克說。

 

      同樣，今年早些時(shí)候在能源與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，滿足美國(guó)80%的風(fēng)能和太陽能用電需要全國(guó)范圍的高速傳輸系統(tǒng)，可以平衡數(shù)百英里的可再生能源發(fā)電，或12小時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的電力存儲(chǔ)。

 

      按照目前的價(jià)格，這種規(guī)模的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)將花費(fèi)超過2.5萬億美元。

 

      一個(gè)可怕的價(jià)格標(biāo)簽

 

      當(dāng)然，更便宜和更好的網(wǎng)格存儲(chǔ)是可能的，研究人員和初創(chuàng)公司正在探索各種可能性。最近從比爾·蓋茨的Breakthrough Energy Ventures獲得資金的Form Energy，正試圖開發(fā)具有更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的含水硫磺液流電池，其成本可能是鋰離子電池的五分之一。

 

      Ferrara的模型已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種電池可以使可再生能源為大多數(shù)電網(wǎng)提供90%的電力需求，成本僅略高于今天。

 

      但是，對(duì)于那些類型的電池突破來說是危險(xiǎn)的 —— 即使Form Energy或其他公司確實(shí)有將其拉低，成本仍會(huì)指數(shù)上升超過90%的門檻，F(xiàn)errara說。