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美国先进能源计划署推动研发10~100小时长时间储能技术

当前能源储存的主流技术以锂电池为基础,随着锂电池价格持续下降,能源储存也有起飞迹象,但是受到锂电池特性的影响,局限于快速弹性反应如频率调整等短时间应用,多数储能时间设计在4小时,超过4小时甚至能整日转移用电时间的储能系统还相当稀少,美国先进能源计划署(Advanced...  

当前能源储存的主流技术以锂电池为基础,随着锂电池价格持续下降,能源储存也有起飞迹象,但是受到锂电池特性的影响,局限于快速弹性反应如频率调整等短时间应用,多数储能时间设计在 4 小时,超过 4 小时甚至能整日转移用电时间的储能系统还相当稀少,美国先进能源计划署(Advanced Research Projects Agency-Energy,ARPA-E)决定投注 2,800 万美元来加速长时间储能技术的发展。

锂电池并不适合长时间储能转移用电时间的用途,然而,目前许多发展长时间储能技术的新创企业纷纷面临困难,研发盐水电池的 Aquion 虽然有比尔盖兹与凯鹏华盈(KPCB)投资,却仍因现金用罄而破产; Alevo 研发硫基锂电池,概念原型虽然已经通过验证,但量产却遇上困难而烧尽现金而破产;比尔盖兹、彼得泰尔投资的光帆能源(LightSail Energy)尝试压缩空气储能,8 年来烧尽 8,000 万美元,只好大裁员进入节衣缩食的休眠状态;研发锌氧化还原液流电池的维锌能源(ViZn Energy)将 70 名员工裁员至仅剩 2 人。

在当前的市场状况下,长时间储能技术似乎很难由市场资金自行发展,然而,夏威夷与加州正在积极推动 100% 可再生能源,势必需要长时间储能技术,美国先进能源计划署因此决定以政府力量介入促进技术发展。

美国先进能源计划署于 2018 年 9 月宣布将投注 2,800 万美元,资助 10 个研发计划,以推动长时间储能技术发展,计划名为“电力储存时间增加”(Duration Addition to electricitY Storage,DAYS ),从简称“DAYS”(数日)即可看出其企图心,即研发不仅可持续数小时,而是能持续数天的长时间储能技术,其目标是 10~100 小时,希望能开启提升电网稳定性与表现的长时间储能新技术开发。

当前长时间储能的主流技术是传统的抽蓄水力发电,虽然抽蓄水力发电技术成熟可靠、成本低,目前也占了美国储能容量的 95%,但是水坝建设受限于地理,更有破坏环境的环保问题,因此美国先进能源计划署此次资助的计划,着眼于能在任何地点装设,不受地理限制的技术;另一方面,技术也必须要有经济效益,每一次充放电循环的平均成本要低于固定的目标。

美国先进能源计划署计划主要资助两种系统,一是提供每日充放电循环,以及更长时间,更低频率的充放电循环需求,一是平时不提供每日充放电循环,只在前者资源用尽时,可取代提供调度能力的备援系统。规划使用的技术包括液流电池、热能储能、化学储能,或是地下抽蓄水力发电等。

“DAYS”计划资助 3 项液流电池计划,使用锌溴液流电池的 Primus Power 得到 350 万美元,采用硫锰液流电池的联合技术研究中心(United Technologies Research Center)得到 300 万美元,Form Energy 则得到 395 万美元。

热能储能计划有 4 项获选:美国能源部旗下的国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)得到 279 万美元,以研发作用温度达 1,100°C 的高温热能储存,采用高效能热交换器,以封闭式布雷顿循环来转换热能与电能;布雷顿能源(Brayton Energy)得到 200 万美元,以研发熔盐热能储能;Akron 得到 300 万美元,以砂石与混凝土为储热材料,之后以液态二氧化碳经过热材料进入超临界状态来推动涡轮发电;Antora Energy 也得到 300 万美元,采用碳砖加热到 2,000°C,利用热辐射,以光电效应发电。

化学储能计划有 2 项,田纳西大学得到 150 万美元,结合电解与燃料电池技术得到过氧化氢,再以过氧化氢发电;密歇根州大学得到 200 万美元,其技术为加热镁锰氧化物床,逼迫其释出氧,之后通过空气,镁锰与空气中的氧气反应产生热,借此推动涡轮。

最后一项资助的计划则是地底抽蓄水力发电,Quidnet Energy 得到 330 万美元,发展将加压水打入地底,之后再利用帝底的压力将水压出而可推动水力涡轮发电。

美国先进能源计划署“DAYS”计划资助的 10 项计划,其中若有 1~2 项成功,将可填补当前缺乏适合长时间储能技术的缺口,让人类对能源的运用更弹性化,也将进一步推动可再生能源的发展。

  • ARPA-E Funds Research on Energy Storage That Can Last for Days

今天刊登了《美国先进能源计划署推动研发10~100小时长时间储能技术》一文


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