撰文 / 馬曉蕾
編輯 / 塗彥平
設計 / 杜 凱
來源 / Fttimes，作者：Henry Sanderson
在世界大部分地區，風能和太陽能等可再生能源正變得比化石燃料更便宜，但它們需要存儲才能成為可行、穩定的能源，尋找可替換的儲能方式迫在眉睫。
在英格蘭北肯特海岸的一堵被風吹過的海牆上，瑪麗·金（Mary King）指著幾英裡長的空曠沼澤農田，那裡很快就會有數千塊太陽能電池板和全國最大的電池裝置之一。這種電池廠將成為英國和其他地方的熟悉景象
11月18日，英國首相鮑裡斯·詹森（Boris Johnson）承諾要在2030年之前安裝足夠的風力渦輪機，為每個家庭提供電力，但這將需要管理間歇性能源供應的解決方案。
這就是為什麼我們需要電池，一個能將電能作為化學能儲存的設備。手機和特斯拉電動汽車中使用的鋰離子電池是目前最主要的儲能技術，從加州到澳大利亞，很可能還有肯特郡，都在部署鋰離子電池，以幫助電網管理激增的可再生能源供應。
特斯拉執行長埃隆·馬斯克（Elon Musk）曾表示，他預計該公司的能源業務，包括為電網提供太陽能和巨大的鋰離子電池，將在長期內與汽車業務一樣大。
但是，除了鋰離子電池，還需要更便宜、更持久的儲能技術才能完全取代化石燃料發電廠，實現100%使用可再生能源，但其中大部分還不是很划算。目前，燃氣電廠彌補了與可再生能源之間的差距，提供穩定的能源供應，比目前的電池能夠提供更長的時間。
英國政府推出的綠色工業革命中其中有一項就是10億英鎊的能源創新基金，以幫助新的低碳技術商業化。其中包括曼徹斯特郊外Highview Power公司正在建造的液態空氣電池。
鋰離子電池是目前佔主導地位的存儲技術，並正在全球範圍內部署，以幫助電網管理激增的可再生能源供應
如果沒有儲能，各國將很難大幅減少對天然氣和燃煤電廠的使用，也很難減少氣候變化的有害影響，比如海平面上升和極端的天氣條件。
各家公司都在競相開發下一個突破口，包括使用豐富原材料的電池技術、火山巖、液態空氣儲存罐以及將重物降到廢棄礦井下的系統，以便在本世紀中葉開啟大規模的可再生能源。這是由幾位著名的商業領袖所支持，包括微軟創始人比爾·蓋茨（Bill Gates）和軟銀的孫正義。
「如果我們想要全面的去碳化，那麼所有這些技術都將是必需的。」能源諮詢公司Wood Mackenzie的分析師羅裡·麥卡錫（Rory McCarthy）說，「但你需要的投資規模是數十億美元，才能有所作為。」
零庫存的供應鏈
每天，電網必須不斷地使供需匹配，如果把提供可靠、穩定能源供應的燃煤和燃氣電廠剝離出來時，這一過程就變得更加困難。麻省理工學院的加拿大化學教授唐納德·薩多維（Donald Sadoway）將電網比作「世界上最大的供應鏈，但是零庫存」。
霍恩斯代爾電力儲備，它是世界上最大的鋰離子電池之一，由特斯拉製造，在南澳大利亞詹姆斯敦附近
今年第一季度，可再生能源提供了英國47%的電力，創下了紀錄。然而，這種成功在幾周後就產生了一個問題，在3月份第一次全國冠狀病毒封鎖後，能源需求下降了20%之多。當可再生能源發電量達到總發電量的50%左右時，國家電網的工作變得更加困難，它需要化石燃料廠的大型旋轉渦輪機的幫助來緩和系統的波動性。
需求的下降意味著可再生能源在能源結構中的比例超過了一半，國家電網控制中心的工程師們不得不進行微妙的平衡，其中一部分涉及到增加儲能的使用。支持者們說，這證明了技術的擴展是正確的。
事實證明，這是對未來電網將如何看待的一個測試案例，當可再生能源的比例更大時，Harmony Energy的執行長彼得·卡瓦納（Peter Kavanagh）說，該公司在英格蘭南海岸的普爾用六個特斯拉鋰離子電池向電網提供電力。
「在許多國家，太陽能和風能是最便宜的發電形式，但一旦可再生能源在能源組合中形成了一定的規模，就需要進行儲能，就像我們在疫情期間看到的那樣。」他說，「疫情已經提前五年證明了電池存儲的商業案例。」
目前世界上97%以上的儲能方式是利用電力將水抽到高位水庫，然後將水釋放出來，驅動渦輪機產生更多的電力，即所謂的「抽水蓄能」。水庫是儲存能量的一種方式。但這些系統受到地理環境的影響較大，未來可能會受到水資源日益匱乏的限制。
鋰離子電池的優勢在於，它們可以放置在任何地方，並且可以像電動汽車一樣，非常迅速地向電網提供電力。它們可以在幾毫秒內做出反應，一般可以提供長達4小時的存儲時間，幫助電網處理髮電中的突然停電，但從長遠來看，成本太高。在英國，大多數大型鋰離子電池可提供30-90分鐘的能量。
氧化還原液流電池
替代技術可以使大量能源更安全地儲存更長時間，這將使風能和太陽能更加一體化。但它們需要迅速擴大規模，以滿足不斷增長的需求並具有成本競爭力。
今年1月，美國加州的主要能源政策和規劃機構加州能源委員會呼籲建立長時間儲能，提供10小時以上的能源，足以儲存一天的太陽能供通宵使用。
中標者之一是英威尼迪能源系統公司，該公司使用以釩為基礎的大型電池，釩是鋼鐵工業用來提高金屬強度的原材料。這些氧化還原液流電池最早是由美國國家航空航天局在20世紀70年代開發的，使用單獨充電的大型電解質罐來儲存能量，這使得它比傳統電池更容易擴容。
巴西巴伊亞州的一個釩礦坑。使用這種材料的Invinity Energy Systems公司的Matt Harper說，釩電池可以在白天儲存8到10個小時的可再生能源，並在需求高峰時加以利用
該公司首席商務官馬特·哈珀（Matt Harper）說，釩電池可以在白天儲存8到10個小時的可再生能源，並在需求高峰期，或在夜間部署，為電力價格設定了一個下限。他說，由於釩電池使用的是水基電解質，因此滅火的可能性比起起火的可能性更大。它們的壽命也比鋰離子電池長，可以使用30年。
在中國東北部的大連市中心，融科電力正在建造世界上最大的釩電池。它的容量為800兆瓦時，將是位於加州的世界最大鋰離子電池裝置規模的三倍以上。它將幫助遼寧省電網更好地整合風電。
「在市中心安裝大規模的鋰離子電池是不允許的（出於安全考慮）。」融科市場總監李斌說，「鋰離子電池的安全問題還沒有解決。」
然而釩的價格波動很大，2018年11月飆升至127美元/公斤，如今又跌至25美元/公斤，這可能對生產成本產生影響。
西門子的火山巖儲能
尋找其他儲能選擇的人則完全避免使用電池，而嘗試類似於抽水機的自然和物理解決方案，它可以在20小時內調度能量，不需要天然水庫。
在德國漢堡市郊，一棟灰色混凝土無窗大樓的正面用紫色字體寫著「歡迎進入新石器時代」，該工廠由世界第二大風力渦輪機製造商西門子Gamesa運營
西門子Gamesa的漢堡工廠利用來自挪威的1000噸火山巖，以熱能的形式儲存130兆瓦時的能量，提供的能量足夠約3000戶德國家庭使用，或者大約750輛電動汽車使用。
首先用電將火山巖加熱到至少600℃。這些能量可以儲存一個星期，但目標是在一夜之間調度電力。西門子Gamesa公司創新項目負責人哈桑（Hasan Oezdem）表示，該系統可以安裝在正在面臨淘汰的燃煤電廠中，並使用其渦輪機。
「你可以把它們變成巨大的存儲設施。」他說，「最大的公用事業公司正在努力重生，因為你無法出售它們，沒有人購買燃煤電廠。我們提供的是以綠色目的讓它繼續運行。」
在曼徹斯特郊區，一個類似的項目正在一個退役電廠的場地上成形，使用液態空氣的容器而不是火山巖。Highview Power在贏得英國商業、能源和工業戰略部的1000萬英鎊撥款後，11月在特拉福德能源園的250兆瓦時電廠破土動工。
「鋰離子電池是偉大的技術，但對於電網所面臨的挑戰來說，它太小了。」該公司的執行長哈維爾（Javier Cavada）說，「長時間儲能的商業模式是確保所有的風能和太陽能發電都得到利用。」
英國埃塞克斯海岸的風力渦輪機。英國首相鮑裡斯·詹森承諾，到2030年，將安裝足夠的風力渦輪機為每戶家庭提供電力
儘管有各種優勢，但這些技術將很難打敗鋰離子的製造規模，過去十年電動汽車投資的激增推動了鋰離子的發展。據彭博新能源財經報導，2010年至去年，鋰離子電池的價格實際下降了87%，約為156美元/千瓦時。
這一價格可能會進一步下降。根據Wood Mackenzie的數據，到2030年，全球用於電網存儲的電池安裝量將上升到741吉瓦時，其中大部分是鋰離子電池，由美國和中國主導。1千兆瓦時足以為100萬戶家庭供電1小時。
此外，通過利用電力電解水而產生的氫氣，可以成為較長時間儲存能源的一種有競爭力的解決方案。氫氣可以儲存在地下洞穴或枯竭的油氣田中。
Cleve Hill附近的格拉維尼，Hive Energy能源計劃在那裡建立它的太陽能和儲存地點。該公司正在決定使用哪種技術來生產電池，但很可能會選擇鋰離子電池
Hive Energy公司正在規劃Graveney附近的Cleve Hill太陽能和儲能基地，該公司的總經理休·布倫南（Hugh Brennan）表示，該公司正在決定使用哪種技術來製作電池，但很可能會選擇鋰離子。
在Graveney，教堂外和路邊都立著標語牌，上面有防毒面具的圖片和「不要太陽能發電廠」的口號
超越鋰離子的儲能技術一覽
釩氧化還原液流電池儲能：使用兩個含有正電荷和負電荷的液態釩電解質的罐子，這些電解質通過泵輸送穿透電池中的隔膜。這種電池比鋰離子電池的降解程度更低，循環壽命更長。
壓縮空氣儲能：液態空氣被冷卻到零下196℃，之後被儲存在儲罐中。然後將其加熱，驅動渦輪機發電。另一種方法是使用加熱的壓縮空氣將能量儲存在專門建造的洞穴中。
重力儲能：包括將沉重的礦塊在廢棄的礦井中上下提起，作為儲存和發電的一種方式。
熔鹽儲能：由比爾·蓋茨的突破能源風險投資公司支持的熱能儲存馬爾他公司，以熔鹽的形式將能量以熱的形式儲存。該公司表示，該技術可以持續20年以上，適合儲存6個多小時。
液態金屬電池儲能「」使用金屬在加熱時自然分離，形成陰極和陽極，由鹽電解質分離。一旦初始加熱，電池就會在放電和充電時產生熱量，從而保持較高的工作溫度。
使用鐵、硫和鋅等廉價原材料的低成本電池為鋰離子電池技術提供了替代品。例如，以鋅為原料的電池開發商EOS表示，其電池有能力在3至12小時內釋放能量。由比爾·蓋茨支持的初創公司Form Energy表示，其電池可以低成本地儲存能量長達150小時。
氫儲能：利用電力生產氫氣是一種儲存能量的方式，但在這個過程中會有大量的能量損失，因此效率不如電池。