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下載手機(jī)APP 重力、壓力……這些基礎(chǔ)卻強(qiáng)大的力氣能否使咱們免于成為以電池為動力的文明?
德語單詞Dunkelflaute的意思是"漆黑的低氣壓"。這個單詞讓可再生動力工程師們感到難過，由于它用來指代太陽能電板和風(fēng)機(jī)在無光、無風(fēng)時的安靜。亮堂無云的日子里，太陽能電站能夠產(chǎn)生許多的電力;強(qiáng)風(fēng)吹拂時，風(fēng)力渦輪時機(jī)讓小區(qū)嗖嗖地運轉(zhuǎn)起來。但在晚上，太陽能電池的作用很小，而無風(fēng)的時分，渦輪機(jī)也毫無作用?？稍偕鷦恿Φ母?，僅限于有利的氣候或地球繼續(xù)轉(zhuǎn)。
“漆黑期”使電網(wǎng)很難徹底依靠可再生動力。電力公司不只需求為單個風(fēng)暴或無風(fēng)的夜晚做計劃，還需求考慮繼續(xù)數(shù)天或更長時間的“漆黑期”。去年，歐洲經(jīng)歷了長達(dá)數(shù)周的“風(fēng)荒”，2006年，夏威夷經(jīng)歷了連續(xù)六周的雨天。小范圍來說，工廠、數(shù)據(jù)中心和偏僻社區(qū)想要實現(xiàn)徹底由可再生動力供電，還有空白需求填補(bǔ)。德國正在逐步取消核電站，并盡力擁抱可再生動力，可是，由于其可再生動力供應(yīng)的“間歇性”問題，德國依然依靠化石燃料，包含進(jìn)口俄羅斯天然氣。
顯著的解決計劃是電池，其間運用最廣泛的是鋰離子電池，以發(fā)揮作用的化學(xué)進(jìn)程命名。從移動電話到電動轎車，都有這種電池的身影;它們的制造本錢相對較低，并且越來越便宜?？墒?，一般鋰電池以最大輸出功率運轉(zhuǎn)三到四個小時后就會耗盡電量，并且，正如每個iPhone用戶都知道的，手機(jī)每充電一次，電池的容量就減少一點。想要裝備滿足多的電池以滿意更長時間的放電是很昂貴的。并且，電池或許會起火，曩昔幾年里，韓國現(xiàn)已曝出幾十起電池起火事情。
VenkatSrinivasan是美國伊利諾伊州阿貢國家實驗室(ArgonneNationalLaboratory)阿貢儲能科學(xué)協(xié)作中心(ArgonneCollaborativeCenterforEnergyStorageScience)的科學(xué)家和擔(dān)任人，他告知我，鋰離子電池的最大問題之一是供應(yīng)鏈。這種電池依靠于鋰和鈷。2020年，國際上約有70%的鈷來自剛果民主共和國。Srinivasan說：“除非供應(yīng)鏈能夠多樣化，否則就會有費事。”供應(yīng)鏈的一點風(fēng)吹草動都會強(qiáng)烈影響價格和供應(yīng)。此外，挖掘這些金屬需求許多的水資源和動力，會對環(huán)境構(gòu)成損壞，并且一些鈷礦挖掘觸及雇傭童工的問題。專家們懷疑，假如沒有重大技能進(jìn)步，鋰電池的價格是否能在現(xiàn)在基礎(chǔ)上下降30%或更多，并且動力部以為即使是30%，降幅依然太小。咱們需求擴(kuò)展儲能規(guī)劃;依據(jù)一項估計，假如咱們想大幅轉(zhuǎn)向可再生動力并避免氣候災(zāi)禍，到2040年咱們需求至少100倍現(xiàn)在儲能的規(guī)劃?；蛟S咱們能夠找到環(huán)保又可靠的辦法來挖掘、出售和收回鋰電池的組分，但這似乎不太或許。雖然咱們一般以來歷去思考可再生動力，如風(fēng)機(jī)和太陽能板，但這僅僅是故事的一半。抱負(fù)狀況下，咱們會將可再生動力與可再生的存儲辦法結(jié)合起來。
咱們現(xiàn)已有一種可再生的儲能辦法：水庫承載了國際上超越90%的能量貯存，這種出色但默默無聞的技能叫做抽水蓄能。抽水蓄能能夠為電力供應(yīng)削峰填谷。電機(jī)將水從河流或水庫抽到更高的水庫;當(dāng)水被開釋到低處，帶動渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，就會再次產(chǎn)生電力。抽水蓄能裝置就像一個巨大的永久性電池，當(dāng)水被抽到高處時充電，當(dāng)水流到低處時放電。這些設(shè)備往往是十分巨大的：弗吉尼亞州的巴斯縣抽水蓄能站由兩個寬廣的湖泊組成，建在植被富郁的山坡上，海拔相距約四分之一英里(約合400米);在電力需求頂峰，每分鐘有1300萬加侖(約合5萬立方米)的水流經(jīng)該體系，為數(shù)十萬家庭供給電力。一些國家正在擴(kuò)展抽水蓄能的運用，但在美國，抽水蓄能設(shè)備的制造在幾十年前就到達(dá)了頂峰。這種儲能辦法所需的地輿條件很難找到，許可證也很難獲得，并且制造速度很慢，本錢很高。人們正在尋找新的儲能辦法。
Quidnet是一家坐落休斯敦的草創(chuàng)公司，是許多探究更多儲能或許性的公司之一。上個月，我坐在一輛福特F-150KingRanch皮卡上，與該公司的運營副總裁ScottWright和首席運營官JasonCraig一同驅(qū)車前往他們坐落圣安東尼奧西部農(nóng)場的一個實驗場。廣袤的田野和廣告牌從車窗掠過，Craig在后座上說，Quidnet現(xiàn)已獲得了一種新式抽水蓄能的專利。該公司的體系不是把水抽上山，而是將水經(jīng)過管道送到至少一千英尺(約300米)深的地下。之后，水會在地球的壓力下被擠壓回地上，以此驅(qū)動發(fā)電機(jī)。Wright和Craig是石油和天然氣職業(yè)的資深人士，Quidnet的技能就像是綠色版本的壓裂技能。油氣挖掘壓裂技能是指，液體被注入地下，在那里構(gòu)成壓力，使巖石開裂，開釋出天然氣。Quidnet運用一些相同的設(shè)備和技能，但方針不同：這兒的水是為了去到巖層之間，構(gòu)成地下水庫，并按需開釋。
開車的時分，我問起2021年2月德克薩斯州停電的事，其時一場冬天風(fēng)暴使天然氣工廠關(guān)閉了幾天，導(dǎo)致數(shù)百萬人無電可用，還有兩百多人因此喪生。那次危機(jī)的起因許多，其間就包含德州是唯一一個沒有與其他州電網(wǎng)相連的州。“咱們從鄰居家的游泳池里盛出一桶桶水來沖廁所，”Wright說。“咱們確實需求更好的辦法來貯存電力，這種時分就能夠減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。”
工程師們把Quidnet這樣的公司開發(fā)的人工地下水庫稱為“鏡片”，主要是由于它們的形狀。(Craig說他叫它“放屁坐墊”，可是咱們不喜歡這個叫法。)最初，外界質(zhì)疑Quidnet的地下水庫能否構(gòu)成適宜的巨細(xì)和形狀。但這次我去拜訪時，它現(xiàn)已成功地在德克薩斯州、俄亥俄州和加拿大亞伯達(dá)省完成了多個抽水周期。該公司現(xiàn)已獲得了3800萬美元的私家和政府資金，包含BillGates創(chuàng)立的打破動力風(fēng)險投資基金(BreakthroughEnergyVentures)。
Quidnet現(xiàn)已從儲能的淘金熱中獲益。2018年，動力部設(shè)立了一個名為“長時間電力貯存”(DurationAdditiontoelectricitYStorage，簡稱DAYS)的項目，向包含Quidnet在內(nèi)的十個集體供給了三千萬美元的資金。在離任前，特朗普總統(tǒng)簽署了《2020年動力法》，其間包含兩黨一起支撐的《更好的動力貯存技能法案》，授權(quán)在五年內(nèi)花費10億美元用于新動力貯存技能的“研討、開發(fā)和演示”。許多州現(xiàn)在正在制定儲能方針，2018年，聯(lián)邦動力管理委員會發(fā)布了第841號法令，將儲能歸入電力批發(fā)商場。“人們現(xiàn)已認(rèn)識到，儲能的年代現(xiàn)已到來，”美國清潔動力協(xié)會的JasonBurwen告知我?？墒?，工程師的白板與現(xiàn)實之間存在著巨大差距。許多獲得贊助的可再生儲能技能或許終究是很難實現(xiàn)的、昂貴的、或低效的，無法被廣泛選用。
當(dāng)咱們離目的地越來越近時，Craig對許多公司的儲能辦法的原始物理性進(jìn)行了思考，基本上便是你在高中學(xué)習(xí)的那些物理學(xué)原理。假如你花力氣舉起一個物體，它就會貯存勢能;假如你讓這個物體落下，它的勢能就會變成動能，而動能能夠為發(fā)電機(jī)供給動力并產(chǎn)生電力。許多物理行為也是如此。除此之外，還有緊縮空氣儲能和緊縮水儲能，或讓物體旋轉(zhuǎn)，或加熱物體等儲能辦法。假如你一開端就運用清潔動力，并找到一種綠色的辦法來存儲和開釋它，你就發(fā)明晰一個對生態(tài)環(huán)境擔(dān)任的電池替代品。
Craig說：“我有點驚訝，但也備受鼓動，長時儲能問題的解決計劃或許便是如此的原始。”電池依靠于“適當(dāng)復(fù)雜的電化學(xué)原理，這很快就超出了我的了解范圍?？墒?，真實的解決計劃或許便是用起重機(jī)吊起重物，用千斤頂抬起泥土。我知道在內(nèi)華達(dá)州有人把石頭放在火車上運上山，然后在需求的時分石頭又落下來。就連《摩登原始人》里的動畫人物也能了解。”
咱們把車停在農(nóng)場長長的車道上。一群禿鷲在頭頂盤旋。
“你知道這意味著什么嘛?”Craig問我。
“上一個來這兒的記者?”我說。
他們笑了。“你說對了。問了許多不妙的問題。”
我其時現(xiàn)已想好了一個問題。我即將看到的是綠色動力的未來，仍是一個在德州村莊進(jìn)行的稀奇而短命的實驗?
直到最近，咱們才開端思考貯存動力的新辦法?；剂鲜且粋€史前的動力庫，咱們能夠經(jīng)過燃燒它們和驅(qū)動發(fā)電機(jī)來開釋其能量。咱們總能找到更多的燃料。“國際上簡直一切的電力都是邊生產(chǎn)邊運用，”BillGross告知我，他是太陽能發(fā)電領(lǐng)域的長時間投資者，也是EnergyVault(本錢化程度最高的儲能公司之一)的聯(lián)合創(chuàng)始人。大多數(shù)沒有被立即耗費的電力都會流失。問題是，關(guān)于許多技能來說，“貯存電力的本錢實際上比制造電力的本錢更高，”他說。在許多狀況下，太陽能和風(fēng)能現(xiàn)已變得比煤炭和天然氣便宜。但假如加上貯存的本錢，可再生動力就輸給了化石燃料。
能量以各種辦法貯存在咱們周圍。往小了說，你冰箱里的一瓶汽水就貯存著能量;一摞書也蘊(yùn)含著能量，當(dāng)它倒下時就會開釋出來。往大了說，火山爆發(fā)和雪崩便是開釋貯存的能量。可是，只有當(dāng)能量貯存是可猜測的、快捷的、密集的、且所占空間很小時，它才是最有用的。拋開氣候變化不談，化石燃料滿意一切這些要求：汽油的運輸很快捷，燃燒一加侖汽油就能開釋足以將上千加侖的水抽到高處的能量。
相比之下，鋰電池的能量密度低，而可再生動力貯存體系也在盡力實現(xiàn)密度、快捷性和規(guī)劃的優(yōu)化。緊縮空氣儲能的技能原理能夠追溯到幾十年前，其時人們將空氣抽入天然或人工地下窟窿，然后再放出。第一個地下緊縮空氣設(shè)備于1978年在德國建成;這種體系能夠貯存和開釋許多的能量?？墒牵统樗钅芟嗤?，緊縮空氣設(shè)備需求適宜的地輿環(huán)境，并且制造本錢很高。它們的功率也不高，一般狀況下只有投入氣體加壓的一半能量能夠被收回。
工程師們正在盡力提高儲能體系的能量密度和功率。一家來自多倫多的名為Hydrostor的公司現(xiàn)已獲得了超越三億美元的投資，正在加利福尼亞、澳大利亞和其他當(dāng)?shù)亻_發(fā)項目，并將在未來五年內(nèi)上線。這種體系將緊縮空氣貯存在罐子里，并保留空氣緊縮進(jìn)程中開釋的熱量，然后在脹大進(jìn)程中從頭開釋到空氣中，以此驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)電。一家英國公司HighviewPower正在采取更極點的做法，將空氣冷卻到零下300多度，使之變成液體。液體空氣密度大，當(dāng)對其進(jìn)行加熱時，它敏捷氣化，驅(qū)動渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)。Highview公司的履行主席ColinRoy告知我，打開氣罐的時分，空氣會“以強(qiáng)烈的力氣噴射出來”。該公司現(xiàn)已建立了一個液體空氣體系的原型，并正在英格蘭和西班牙開發(fā)可商用的工廠。
Quidnet公司也在改進(jìn)依據(jù)壓力的儲能技能。在該公司的實驗場，咱們見到了農(nóng)場主Jacob和SadieSchweers。大約一年前，Quidnet在他們的農(nóng)場安置了一臺鉆機(jī)，其桅桿足足有約21米高?，F(xiàn)在能看到一個藍(lán)色的井口，大約3米高，鄰近有一個集裝箱巨細(xì)的泵房，幾個黃色的水箱，以及一堆軟管。水從水箱里泵到井里，在壓力下貯存起來，在需求的時分回到水箱。上個月，Quidnet宣布了一項試點計劃，向圣安東尼奧的一家公用事業(yè)公司供給他們的儲能技能。
咱們走進(jìn)泵房，賞識運轉(zhuǎn)良好的活塞、飛輪和一種叫做脈沖阻尼器的東西。一臺黃色的500馬柴油發(fā)動機(jī)靜靜地坐在后邊，隨時預(yù)備給泵供給動力。Weight說：“我喜歡大型機(jī)器、轟隆隆的動靜，還有機(jī)油的滋味。”在該體系的商業(yè)版本中，一個抱負(fù)狀況下由清潔動力驅(qū)動的電機(jī)擔(dān)任將水泵入地下，并在水回來時發(fā)電。
咱們走回外面，陽光很耀眼，Wright示意咱們看向十根單獨伸出地上的PVC管。這說明地下有傾斜儀，能夠經(jīng)過跟蹤巖石的位移來評價地下水庫的巨細(xì)和特性;它們甚至能夠感應(yīng)到月亮潮汐作用的牽引力。咱們站著聊天，Craig說，他們今后會把這些水箱換成美麗的池塘。SadieSchweers告知咱們，她希望她的農(nóng)場今后能夠靠太陽能和Quidnet的水井運轉(zhuǎn)。
從事動力作業(yè)的人常常談到電網(wǎng)，如同它有自己的需求和習(xí)慣。電池草創(chuàng)企業(yè)FormEnergy的擔(dān)任人MateoJaramillo告知我：“電網(wǎng)需求多樣化的資產(chǎn)。”該公司生產(chǎn)一種“鐵-空氣電池”，這種技能利用金屬生銹寬和銹的循環(huán)來貯存能量，是鋰電池的若干理論替代品之一。未來的清潔電網(wǎng)有許多技能發(fā)展的空間，但一起競賽也十分激烈。“咱們都在與抽水蓄能和鋰電池競賽，”動力部DAYS項目的主管ScottLitzelman告知我。“鋰電池所占的份額是壓倒性的，由于它的供應(yīng)鏈和制造基地現(xiàn)已十分巨大且成熟。”在談到非電池儲能草創(chuàng)企業(yè)時，他說：“有些新生技能，假如它們能到達(dá)一定的規(guī)劃，就會更具競賽力。這便是全職業(yè)的挑戰(zhàn)。咱們都在盡力證明，首要，自己的技能有可行性，也有本錢潛力，然后走出實驗室，真槍實彈地證明自己。”
芝加哥大學(xué)資料科學(xué)家、工程師ShirleyMeng告知我，國際需求“一整套存儲辦法”。但不是一切的辦法都能找到適宜的商場，她說，“我以為咱們的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，由于咱們想要重建整個電網(wǎng)體系。”斯坦福大學(xué)的清潔動力研討員NathanRatledge告知我，在電網(wǎng)仍在制造的當(dāng)?shù)?，儲能能夠發(fā)揮特別重要的作用。許多發(fā)展我國家或許有時機(jī)徹底跳過化石燃料，直接轉(zhuǎn)向可再生動力，由于可再生動力更便宜、污染更少。可是，一個具有更大份額風(fēng)能和太陽能的電網(wǎng)需求更多的存儲能力來克服間歇性的問題?？稍偕鷦恿A存是“南北分歧的三贏”，Ratledge說。“它讓人們快速地進(jìn)入21世紀(jì)，而不需求處理咱們在七十、八十和九十年代制造的垃圾。”
咱們開著Wright的車往回走，我想假如Quidnet的技能獲得進(jìn)展，未來會是什么樣子。今日的抽水蓄能電站在地球表面構(gòu)成了風(fēng)景如畫的湖泊，但相似Quidnet公司的技能將在地下發(fā)明出一個個受壓水庫。依據(jù)該公司的幻想，今后大地上每隔800米就有一個井口，每6公里就有一個池塘。風(fēng)力渦輪機(jī)拔地而起，地球自身將變成巨大的電池。
EnergyVault聯(lián)合創(chuàng)始人BillGross在結(jié)束西海岸科技公司的作業(yè)后開端研討儲能問題，在此期間他創(chuàng)辦了一系列成功的網(wǎng)絡(luò)公司和太陽能公司。他想知道他是否能夠依據(jù)抽水蓄能的原理制造一個體系，但用固體而不是液體。與其把水抽到山上，再把它開釋到山下，是否能利用清潔動力把重物層層堆疊起來，然后用滑輪把它們放下來然后發(fā)電?他告知我：“我想做一種虛擬的山。”
Gross和土木工程師AndreaPedretti開端研討各種計劃。Gross說他們想“便宜地制造高度”。鋼材很貴，混凝土也是如此，并且生產(chǎn)混凝土?xí)欧盘?。他們開端與一家名為Cemex的公司協(xié)作，運用“超塑化劑”，一種能夠?qū)⒛嗤凉潭ㄔ谝煌木酆衔?，一般用于在低收入國家修建道路。將超塑化劑與當(dāng)?shù)氐哪嗤?、水和一點水泥混合，就能夠在現(xiàn)場制造廉價的磚塊。Gross說：“這樣，咱們就能夠用泥土堆一座山，并且能夠每天現(xiàn)造現(xiàn)拆。”想在規(guī)劃上與抽水蓄能匹敵是需求一些雄心的，但即使是中等規(guī)劃的“山”，或許就滿足貯存在鄰近太陽能電場或核電站發(fā)出的電力，以及給數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器供給動力。Gross和Pedretti于2017年成立了EnergyVault公司，首席履行官為RobertPiconi。該公司也在洛杉磯和瑞士設(shè)有辦事處。
EnergyVault的初代體系EV1是一個相似變形金剛的、搭載6條機(jī)械臂的塔式起重機(jī)。起重機(jī)能夠在自己的四周像壘墻相同堆積木，然后再把積木拆開。網(wǎng)上有些人覺得這種體系不實用，并以此大做文章。(YouTube上一個名為“EnergyVault是一個愚笨的主意，這便是原因”的視頻，點擊量達(dá)200萬次)。但無論怎么，該公司開發(fā)了一種全新的封閉式體系——EVx。在作用圖中，它像一個40層樓高的、四四方方的自動化庫房。電梯將運用清潔動力提升重達(dá)30噸的磚塊，并將它們放在小車上，再由小車把磚塊運送到修建的中部。當(dāng)需求動力時，這些磚塊將被移送到電梯，電梯帶著磚塊下降，就能夠為發(fā)電機(jī)供電，產(chǎn)生新的電力。EnergyVault稱，該體系有很高的往復(fù)功率，能夠?qū)⒋蟛糠趾馁M的電力再生。但即使如此，EVx仍是需求移動數(shù)以千計的磚塊來貯存和開釋能量。一般，動力運用是一個抽象概念，而EnergyVault的辦法則以鮮明的物理辦法提醒了它。
EVx的首個演示項目正在瑞士的一個田園山溝里開發(fā)。三月，Piconi找到了我。于是咱們穿上馬甲、戴上安全帽和護(hù)目鏡后，在制磚機(jī)前停下了。這是一個藍(lán)色的大鐵盒，它用七千噸的力氣緊縮磚塊的原料，然后把它們翻個個，每15分鐘就能做一個新的。“這在沃爾瑪是買不到的，”Piconi說。
在那鄰近，咱們看到了兩輛小車，擔(dān)任運送磚塊往復(fù)于EVx的電梯。我把手放在一個硬塑料輪子上。Piconi說，公司仍在對小車的資料進(jìn)行實驗，“許多東西觸及資料學(xué)”。咱們前往控制室，那是一輛裝有電腦的拖車，EnergyVault的工程副總監(jiān)FrankTybor和他的澳大利亞牧羊犬Sydney坐在那里。此前，Tybor曾是SpaceX公司發(fā)射和著陸平臺的首席工程師。(Tybor說，Sydney“去過許多火箭控制室，假如你從十倒數(shù)到零而什么都沒產(chǎn)生，她就會不高興”)。他告知我，EnergyVault與SpaceX相似，由于“它看起來很大、很工業(yè)，但秘訣在于怎么讓它穩(wěn)健而可靠地作業(yè)。”在一個大屏幕上，咱們看到一個轎車巨細(xì)的磚塊在小車上來回移動，傳感器則同步收集磨損的數(shù)據(jù)。
來到外面，我和Piconi去找咱們之前在屏幕上看到的小車。咱們路過各種不同資料的巨型磚塊，就像在金字塔的施工現(xiàn)場觀察相同，然后咱們見到了小車控制測驗工程師VaheGabuchian。他在加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)過開裂力學(xué)，擔(dān)任研討在行駛數(shù)千英里和經(jīng)歷各種振動之后小車是否有部件會開裂。在鄰近，一個由工字鋼制成的四層結(jié)構(gòu)以微縮視角為咱們展現(xiàn)了EVx體系終究或許的模樣。假如體系成功運轉(zhuǎn)，它將會是一個移動的拼圖。相應(yīng)的軟件則需求協(xié)調(diào)電梯和小車的運動，以便在磚塊加快、減速和升降時堅持體系電力的平衡。
EnergyVault的首席機(jī)械工程師AlSokhanvari走了過來。他在NASA和國防高檔研討計劃局有30年的航空航天項目經(jīng)歷，還參與了拉斯維加斯百樂宮噴泉的制造。(“但你必須供認(rèn)這是最酷的，”Piconi說。)從某種意義上說，EVx修建就像噴泉，只不過活動的是磚塊而不是水。當(dāng)它貯存許多的電力時，修建是虎頭蛇尾的，由于磚塊都在上層;當(dāng)需求放電時，磚塊就流向修建的底部。Sokhanvari說：“所以，你要使它成為一個真實能夠呼吸的、活動的東西。”這樣的修建仿佛“一個活物”。
開發(fā)儲能是有風(fēng)險的。與Quidnet不同，EnergyVault是上市公司，市值超越10億美元，但其未來是不確定的。該技能仍處于早期階段，很難說商場對公司的青睞有多少是來自營銷，多少是來自工程的可行性。還沒有人制造過像EVx這樣的設(shè)備，并且體系里的移動部件或許會比預(yù)期的更容易損壞。電網(wǎng)接入總監(jiān)VenkatSrinivasan指出，鋰離子電池很便攜，關(guān)鍵是可靠。“假如你和電網(wǎng)相連，可靠性便是最最重要的，對吧?”他說。公用事業(yè)部分希望協(xié)作的產(chǎn)品和公司至少有十年的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)作為可靠性的支撐。投資者正在向新動力公司投入許多資金，但“其間一些項目不會像咱們幻想的那樣順利，”他說。“這有多種原因，或許是技能，也或許是履行。”
鋰電池，盡管有缺陷，但數(shù)量是已知的。EnergyVault正在開發(fā)的辦法則否則。盡管如此，該公司并不是唯一在研討重力儲能的公司。來自蘇格蘭的Gravitricity公司最近完成了一個演示項目，該項目將一個50噸重的塊狀物吊上塔樓，一次吊兩層;它現(xiàn)在計劃在拋棄的礦井中上下移動一個千噸級的塊狀物。別的兩家公司，加利福尼亞州的GravityPower和漢堡的GravityStorageGmbH，他們將一個巨大的重物放置在豎井底部，然后在井底灌水來抬起重物。為了提取能量，他們讓重物把水?dāng)D壓到管道中，并流經(jīng)渦輪機(jī)發(fā)電。坐落蒙特利爾的RheEnergise公司提出了另一種抽水蓄能技能，他們發(fā)明晰一種名為R-19的流體，其密度是水的2.5倍;其體系在一個斜面頂部和底部的水箱之間移動這種流體。這項作業(yè)仍處于眾籌階段。
正如你能夠經(jīng)過在空中舉起一個塊狀物來貯存勢能相同，你也能夠經(jīng)過加熱物體來貯存熱能。許多公司正在研討將熱量貯存在熔鹽、火山巖和其他資猜中。依據(jù)可再生化學(xué)進(jìn)程的巨型電池也是可行的。液流電池中，儲罐能夠用來輸送電解質(zhì)，而電解質(zhì)能夠貯存電荷。還有儲氫，水中的氫氣被電解別離，貯存在地下或儲罐中，成為氫氣、液氫或氨的一部分。當(dāng)它在燃料電池中與氧氣從頭結(jié)合時，能夠再次變成水并開釋出電力。
Srinivasan告知我，他常?？吹揭恍┬碌挠媱潱X得，“嘿，這或許是個不錯的主意。”動力部的Litzelman說，現(xiàn)在咱們的主意十分多，這恰恰說明“還沒有人找到那個完美的組合——低本錢、大規(guī)劃、高性能。”最終很或許變成，各種技能百家爭鳴，可是每種技能解決的都是不同的問題。有些技能能夠改進(jìn)Dunkelflaute的狀況，有些技能協(xié)助電網(wǎng)避免擁堵，或貯存動力以便生意。還有一些技能為“電力質(zhì)量”保駕護(hù)航，使每秒的電力動搖變得愈加滑潤，其間一個現(xiàn)已在運用的技能便是飛輪：比較先進(jìn)的版本是，重達(dá)一噸或更重的金屬塊經(jīng)過磁鐵在真空中懸浮，電機(jī)將它們每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)萬次，然后發(fā)電機(jī)給它們降速，以收回能量。(一位工程師告知我，“電網(wǎng)就喜歡這些旋轉(zhuǎn)的金屬”。)
Litzelman以為，儲能體系終究會降低去碳化的總本錢，但他供認(rèn)，推行會是一個問題。他的一位同事常常說，電網(wǎng)不是客戶。真實的客戶是獨立的電力生產(chǎn)商、公用事業(yè)企業(yè)、以及工廠和數(shù)據(jù)中心。問題是要弄清楚誰為什么買單，與電網(wǎng)的融合程度也很重要。鐵-空氣電池公司FormEnergy的Jaramillo說：“你不能簡單地只看兩張明細(xì)表，然后說，這個往復(fù)功率更高，這個好。”他的公司運用計算機(jī)模型，并歸入氣候和商場的數(shù)據(jù)，為其技能尋找適宜的方向。Jaramillo恰好有神學(xué)碩士學(xué)位，他說這門學(xué)科在了解儲能體系方面十分有用。他說：“一切儲能體系都要取舍，這與人類沒有什么不同。我遠(yuǎn)非完美。我的婚姻十分美好，由于我的妻子樂意容納我的缺陷。”適宜才是最重要的。
儲能能夠加強(qiáng)整個電網(wǎng)的耐性，這是它得到廣泛政治支撐的部分原因。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的政治學(xué)家LeahStokes告知我，儲能技能“在燃料來歷方面是中性的”。它們“能夠貯存任何種類的電力，環(huán)保的或不環(huán)保的”。假如儲能開端明確地支撐可再生動力，進(jìn)而威脅到化石燃料的位置，那么它或許會成為一個黨派問題。“氣候和動力政策政治化的根源，是向共和黨供給巨額資金的化石燃料公司，”Stokes說。“這不是意識形態(tài)的不同，利益才是根源。”現(xiàn)在，儲能政策處在Stokes所說的“制定的迷霧”中，技能是如此之新，以至于咱們還不能確定其最大獲益者是誰。不可避免的是，會有輸家，但即使作為一個社會和星球，咱們?nèi)耘f獲得了優(yōu)勢。
電網(wǎng)作為一個整體或許永久不會是完美的。咱們或許永久無法擺脫有不良附屬品的技能，在電力頂峰需求時，咱們或許仍是需求依靠由鋰電池和天然氣“調(diào)峰”廠支撐的化石燃料和核電廠。但另一種未來同樣是有或許的，一些技能成功了，可再生動力和其貯存將國際重塑。在這樣一個國際里，風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能發(fā)電站遍及田野和海岸線，地?zé)岚l(fā)電廠則從地下羅致能量，氫氣和緊縮空氣在山洞和儲罐中來回活動。在工業(yè)區(qū)，動力庫房跟著重力的呼吸而顫動;在村莊，水被引導(dǎo)到地下，再從頭循環(huán)到地上。當(dāng)太陽升起，風(fēng)開端吹拂，電網(wǎng)將大口吸氣，電力得到保存。在“安靜”期，電網(wǎng)就呼出電力，驅(qū)動工廠、家庭、辦公室和各種設(shè)備。咱們不再需求史前礦藏這些沒有生命的燃料，而是在一個有呼吸的體系中動態(tài)地發(fā)明和貯存動力。
從瑞士回來后，我出門漫步，溫文的陽光下和風(fēng)拂過我的面頰。20年前的人們很難幻想，原來陽光和風(fēng)能夠供給滿足的動力來滿意咱們的需求?？墒锹?，咱們的觀念產(chǎn)生了改變，開端接收可再生動力。咱們對可再生動力貯存的態(tài)度也會有相似的改變進(jìn)程。抬起頭，我看到了懸掛在天空中的云朵，即將下雨;它們也曾經(jīng)是勢能的載體。在我的腳下，我幻想著地上在城市的重壓下微微下沉，蓄勢回彈。大自然能夠幫咱們產(chǎn)生動力，或許它也能幫咱們留住它。我國儲能網(wǎng)作者：MatthewHutson
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可再生動力
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德語單詞Dunkelflaute的意思是"漆黑的低氣壓"。這個單詞讓可再生動力工程師們感到難過，由于它用來指代太陽能電板和風(fēng)機(jī)在無光、無風(fēng)時的安靜。亮堂無云的日子里，太陽能電站能夠產(chǎn)生許多的電力;強(qiáng)風(fēng)吹拂時，風(fēng)力渦輪時機(jī)讓小區(qū)嗖嗖地運轉(zhuǎn)起來。但在晚上，太陽能電池的作用很小，而無風(fēng)的時分，渦輪機(jī)也毫無作用?？稍偕鷦恿Φ母?，僅限于有利的氣候或地球繼續(xù)轉(zhuǎn)。
“漆黑期”使電網(wǎng)很難徹底依靠可再生動力。電力公司不只需求為單個風(fēng)暴或無風(fēng)的夜晚做計劃，還需求考慮繼續(xù)數(shù)天或更長時間的“漆黑期”。去年，歐洲經(jīng)歷了長達(dá)數(shù)周的“風(fēng)荒”，2006年，夏威夷經(jīng)歷了連續(xù)六周的雨天。小范圍來說，工廠、數(shù)據(jù)中心和偏僻社區(qū)想要實現(xiàn)徹底由可再生動力供電，還有空白需求填補(bǔ)。德國正在逐步取消核電站，并盡力擁抱可再生動力，可是，由于其可再生動力供應(yīng)的“間歇性”問題，德國依然依靠化石燃料，包含進(jìn)口俄羅斯天然氣。
顯著的解決計劃是電池，其間運用最廣泛的是鋰離子電池，以發(fā)揮作用的化學(xué)進(jìn)程命名。從移動電話到電動轎車，都有這種電池的身影;它們的制造本錢相對較低，并且越來越便宜?？墒?，一般鋰電池以最大輸出功率運轉(zhuǎn)三到四個小時后就會耗盡電量，并且，正如每個iPhone用戶都知道的，手機(jī)每充電一次，電池的容量就減少一點。想要裝備滿足多的電池以滿意更長時間的放電是很昂貴的。并且，電池或許會起火，曩昔幾年里，韓國現(xiàn)已曝出幾十起電池起火事情。
VenkatSrinivasan是美國伊利諾伊州阿貢國家實驗室(ArgonneNationalLaboratory)阿貢儲能科學(xué)協(xié)作中心(ArgonneCollaborativeCenterforEnergyStorageScience)的科學(xué)家和擔(dān)任人，他告知我，鋰離子電池的最大問題之一是供應(yīng)鏈。這種電池依靠于鋰和鈷。2020年，國際上約有70%的鈷來自剛果民主共和國。Srinivasan說：“除非供應(yīng)鏈能夠多樣化，否則就會有費事。”供應(yīng)鏈的一點風(fēng)吹草動都會強(qiáng)烈影響價格和供應(yīng)。此外，挖掘這些金屬需求許多的水資源和動力，會對環(huán)境構(gòu)成損壞，并且一些鈷礦挖掘觸及雇傭童工的問題。專家們懷疑，假如沒有重大技能進(jìn)步，鋰電池的價格是否能在現(xiàn)在基礎(chǔ)上下降30%或更多，并且動力部以為即使是30%，降幅依然太小。咱們需求擴(kuò)展儲能規(guī)劃;依據(jù)一項估計，假如咱們想大幅轉(zhuǎn)向可再生動力并避免氣候災(zāi)禍，到2040年咱們需求至少100倍現(xiàn)在儲能的規(guī)劃?；蛟S咱們能夠找到環(huán)保又可靠的辦法來挖掘、出售和收回鋰電池的組分，但這似乎不太或許。雖然咱們一般以來歷去思考可再生動力，如風(fēng)機(jī)和太陽能板，但這僅僅是故事的一半。抱負(fù)狀況下，咱們會將可再生動力與可再生的存儲辦法結(jié)合起來。
咱們現(xiàn)已有一種可再生的儲能辦法：水庫承載了國際上超越90%的能量貯存，這種出色但默默無聞的技能叫做抽水蓄能。抽水蓄能能夠為電力供應(yīng)削峰填谷。電機(jī)將水從河流或水庫抽到更高的水庫;當(dāng)水被開釋到低處，帶動渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，就會再次產(chǎn)生電力。抽水蓄能裝置就像一個巨大的永久性電池，當(dāng)水被抽到高處時充電，當(dāng)水流到低處時放電。這些設(shè)備往往是十分巨大的：弗吉尼亞州的巴斯縣抽水蓄能站由兩個寬廣的湖泊組成，建在植被富郁的山坡上，海拔相距約四分之一英里(約合400米);在電力需求頂峰，每分鐘有1300萬加侖(約合5萬立方米)的水流經(jīng)該體系，為數(shù)十萬家庭供給電力。一些國家正在擴(kuò)展抽水蓄能的運用，但在美國，抽水蓄能設(shè)備的制造在幾十年前就到達(dá)了頂峰。這種儲能辦法所需的地輿條件很難找到，許可證也很難獲得，并且制造速度很慢，本錢很高。人們正在尋找新的儲能辦法。
Quidnet是一家坐落休斯敦的草創(chuàng)公司，是許多探究更多儲能或許性的公司之一。上個月，我坐在一輛福特F-150KingRanch皮卡上，與該公司的運營副總裁ScottWright和首席運營官JasonCraig一同驅(qū)車前往他們坐落圣安東尼奧西部農(nóng)場的一個實驗場。廣袤的田野和廣告牌從車窗掠過，Craig在后座上說，Quidnet現(xiàn)已獲得了一種新式抽水蓄能的專利。該公司的體系不是把水抽上山，而是將水經(jīng)過管道送到至少一千英尺(約300米)深的地下。之后，水會在地球的壓力下被擠壓回地上，以此驅(qū)動發(fā)電機(jī)。Wright和Craig是石油和天然氣職業(yè)的資深人士，Quidnet的技能就像是綠色版本的壓裂技能。油氣挖掘壓裂技能是指，液體被注入地下，在那里構(gòu)成壓力，使巖石開裂，開釋出天然氣。Quidnet運用一些相同的設(shè)備和技能，但方針不同：這兒的水是為了去到巖層之間，構(gòu)成地下水庫，并按需開釋。
開車的時分，我問起2021年2月德克薩斯州停電的事，其時一場冬天風(fēng)暴使天然氣工廠關(guān)閉了幾天，導(dǎo)致數(shù)百萬人無電可用，還有兩百多人因此喪生。那次危機(jī)的起因許多，其間就包含德州是唯一一個沒有與其他州電網(wǎng)相連的州。“咱們從鄰居家的游泳池里盛出一桶桶水來沖廁所，”Wright說。“咱們確實需求更好的辦法來貯存電力，這種時分就能夠減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。”
工程師們把Quidnet這樣的公司開發(fā)的人工地下水庫稱為“鏡片”，主要是由于它們的形狀。(Craig說他叫它“放屁坐墊”，可是咱們不喜歡這個叫法。)最初，外界質(zhì)疑Quidnet的地下水庫能否構(gòu)成適宜的巨細(xì)和形狀。但這次我去拜訪時，它現(xiàn)已成功地在德克薩斯州、俄亥俄州和加拿大亞伯達(dá)省完成了多個抽水周期。該公司現(xiàn)已獲得了3800萬美元的私家和政府資金，包含BillGates創(chuàng)立的打破動力風(fēng)險投資基金(BreakthroughEnergyVentures)。
Quidnet現(xiàn)已從儲能的淘金熱中獲益。2018年，動力部設(shè)立了一個名為“長時間電力貯存”(DurationAdditiontoelectricitYStorage，簡稱DAYS)的項目，向包含Quidnet在內(nèi)的十個集體供給了三千萬美元的資金。在離任前，特朗普總統(tǒng)簽署了《2020年動力法》，其間包含兩黨一起支撐的《更好的動力貯存技能法案》，授權(quán)在五年內(nèi)花費10億美元用于新動力貯存技能的“研討、開發(fā)和演示”。許多州現(xiàn)在正在制定儲能方針，2018年，聯(lián)邦動力管理委員會發(fā)布了第841號法令，將儲能歸入電力批發(fā)商場。“人們現(xiàn)已認(rèn)識到，儲能的年代現(xiàn)已到來，”美國清潔動力協(xié)會的JasonBurwen告知我?？墒?，工程師的白板與現(xiàn)實之間存在著巨大差距。許多獲得贊助的可再生儲能技能或許終究是很難實現(xiàn)的、昂貴的、或低效的，無法被廣泛選用。
當(dāng)咱們離目的地越來越近時，Craig對許多公司的儲能辦法的原始物理性進(jìn)行了思考，基本上便是你在高中學(xué)習(xí)的那些物理學(xué)原理。假如你花力氣舉起一個物體，它就會貯存勢能;假如你讓這個物體落下，它的勢能就會變成動能，而動能能夠為發(fā)電機(jī)供給動力并產(chǎn)生電力。許多物理行為也是如此。除此之外，還有緊縮空氣儲能和緊縮水儲能，或讓物體旋轉(zhuǎn)，或加熱物體等儲能辦法。假如你一開端就運用清潔動力，并找到一種綠色的辦法來存儲和開釋它，你就發(fā)明晰一個對生態(tài)環(huán)境擔(dān)任的電池替代品。
Craig說：“我有點驚訝，但也備受鼓動，長時儲能問題的解決計劃或許便是如此的原始。”電池依靠于“適當(dāng)復(fù)雜的電化學(xué)原理，這很快就超出了我的了解范圍?？墒?，真實的解決計劃或許便是用起重機(jī)吊起重物，用千斤頂抬起泥土。我知道在內(nèi)華達(dá)州有人把石頭放在火車上運上山，然后在需求的時分石頭又落下來。就連《摩登原始人》里的動畫人物也能了解。”
咱們把車停在農(nóng)場長長的車道上。一群禿鷲在頭頂盤旋。
“你知道這意味著什么嘛?”Craig問我。
“上一個來這兒的記者?”我說。
他們笑了。“你說對了。問了許多不妙的問題。”
我其時現(xiàn)已想好了一個問題。我即將看到的是綠色動力的未來，仍是一個在德州村莊進(jìn)行的稀奇而短命的實驗?
直到最近，咱們才開端思考貯存動力的新辦法?；剂鲜且粋€史前的動力庫，咱們能夠經(jīng)過燃燒它們和驅(qū)動發(fā)電機(jī)來開釋其能量。咱們總能找到更多的燃料。“國際上簡直一切的電力都是邊生產(chǎn)邊運用，”BillGross告知我，他是太陽能發(fā)電領(lǐng)域的長時間投資者，也是EnergyVault(本錢化程度最高的儲能公司之一)的聯(lián)合創(chuàng)始人。大多數(shù)沒有被立即耗費的電力都會流失。問題是，關(guān)于許多技能來說，“貯存電力的本錢實際上比制造電力的本錢更高，”他說。在許多狀況下，太陽能和風(fēng)能現(xiàn)已變得比煤炭和天然氣便宜。但假如加上貯存的本錢，可再生動力就輸給了化石燃料。
能量以各種辦法貯存在咱們周圍。往小了說，你冰箱里的一瓶汽水就貯存著能量;一摞書也蘊(yùn)含著能量，當(dāng)它倒下時就會開釋出來。往大了說，火山爆發(fā)和雪崩便是開釋貯存的能量。可是，只有當(dāng)能量貯存是可猜測的、快捷的、密集的、且所占空間很小時，它才是最有用的。拋開氣候變化不談，化石燃料滿意一切這些要求：汽油的運輸很快捷，燃燒一加侖汽油就能開釋足以將上千加侖的水抽到高處的能量。
相比之下，鋰電池的能量密度低，而可再生動力貯存體系也在盡力實現(xiàn)密度、快捷性和規(guī)劃的優(yōu)化。緊縮空氣儲能的技能原理能夠追溯到幾十年前，其時人們將空氣抽入天然或人工地下窟窿，然后再放出。第一個地下緊縮空氣設(shè)備于1978年在德國建成;這種體系能夠貯存和開釋許多的能量?？墒牵统樗钅芟嗤?，緊縮空氣設(shè)備需求適宜的地輿環(huán)境，并且制造本錢很高。它們的功率也不高，一般狀況下只有投入氣體加壓的一半能量能夠被收回。
工程師們正在盡力提高儲能體系的能量密度和功率。一家來自多倫多的名為Hydrostor的公司現(xiàn)已獲得了超越三億美元的投資，正在加利福尼亞、澳大利亞和其他當(dāng)?shù)亻_發(fā)項目，并將在未來五年內(nèi)上線。這種體系將緊縮空氣貯存在罐子里，并保留空氣緊縮進(jìn)程中開釋的熱量，然后在脹大進(jìn)程中從頭開釋到空氣中，以此驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)電。一家英國公司HighviewPower正在采取更極點的做法，將空氣冷卻到零下300多度，使之變成液體。液體空氣密度大，當(dāng)對其進(jìn)行加熱時，它敏捷氣化，驅(qū)動渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)。Highview公司的履行主席ColinRoy告知我，打開氣罐的時分，空氣會“以強(qiáng)烈的力氣噴射出來”。該公司現(xiàn)已建立了一個液體空氣體系的原型，并正在英格蘭和西班牙開發(fā)可商用的工廠。
Quidnet公司也在改進(jìn)依據(jù)壓力的儲能技能。在該公司的實驗場，咱們見到了農(nóng)場主Jacob和SadieSchweers。大約一年前，Quidnet在他們的農(nóng)場安置了一臺鉆機(jī)，其桅桿足足有約21米高?，F(xiàn)在能看到一個藍(lán)色的井口，大約3米高，鄰近有一個集裝箱巨細(xì)的泵房，幾個黃色的水箱，以及一堆軟管。水從水箱里泵到井里，在壓力下貯存起來，在需求的時分回到水箱。上個月，Quidnet宣布了一項試點計劃，向圣安東尼奧的一家公用事業(yè)公司供給他們的儲能技能。
咱們走進(jìn)泵房，賞識運轉(zhuǎn)良好的活塞、飛輪和一種叫做脈沖阻尼器的東西。一臺黃色的500馬柴油發(fā)動機(jī)靜靜地坐在后邊，隨時預(yù)備給泵供給動力。Weight說：“我喜歡大型機(jī)器、轟隆隆的動靜，還有機(jī)油的滋味。”在該體系的商業(yè)版本中，一個抱負(fù)狀況下由清潔動力驅(qū)動的電機(jī)擔(dān)任將水泵入地下，并在水回來時發(fā)電。
咱們走回外面，陽光很耀眼，Wright示意咱們看向十根單獨伸出地上的PVC管。這說明地下有傾斜儀，能夠經(jīng)過跟蹤巖石的位移來評價地下水庫的巨細(xì)和特性;它們甚至能夠感應(yīng)到月亮潮汐作用的牽引力。咱們站著聊天，Craig說，他們今后會把這些水箱換成美麗的池塘。SadieSchweers告知咱們，她希望她的農(nóng)場今后能夠靠太陽能和Quidnet的水井運轉(zhuǎn)。
從事動力作業(yè)的人常常談到電網(wǎng)，如同它有自己的需求和習(xí)慣。電池草創(chuàng)企業(yè)FormEnergy的擔(dān)任人MateoJaramillo告知我：“電網(wǎng)需求多樣化的資產(chǎn)。”該公司生產(chǎn)一種“鐵-空氣電池”，這種技能利用金屬生銹寬和銹的循環(huán)來貯存能量，是鋰電池的若干理論替代品之一。未來的清潔電網(wǎng)有許多技能發(fā)展的空間，但一起競賽也十分激烈。“咱們都在與抽水蓄能和鋰電池競賽，”動力部DAYS項目的主管ScottLitzelman告知我。“鋰電池所占的份額是壓倒性的，由于它的供應(yīng)鏈和制造基地現(xiàn)已十分巨大且成熟。”在談到非電池儲能草創(chuàng)企業(yè)時，他說：“有些新生技能，假如它們能到達(dá)一定的規(guī)劃，就會更具競賽力。這便是全職業(yè)的挑戰(zhàn)。咱們都在盡力證明，首要，自己的技能有可行性，也有本錢潛力，然后走出實驗室，真槍實彈地證明自己。”
芝加哥大學(xué)資料科學(xué)家、工程師ShirleyMeng告知我，國際需求“一整套存儲辦法”。但不是一切的辦法都能找到適宜的商場，她說，“我以為咱們的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，由于咱們想要重建整個電網(wǎng)體系。”斯坦福大學(xué)的清潔動力研討員NathanRatledge告知我，在電網(wǎng)仍在制造的當(dāng)?shù)?，儲能能夠發(fā)揮特別重要的作用。許多發(fā)展我國家或許有時機(jī)徹底跳過化石燃料，直接轉(zhuǎn)向可再生動力，由于可再生動力更便宜、污染更少。可是，一個具有更大份額風(fēng)能和太陽能的電網(wǎng)需求更多的存儲能力來克服間歇性的問題?？稍偕鷦恿A存是“南北分歧的三贏”，Ratledge說。“它讓人們快速地進(jìn)入21世紀(jì)，而不需求處理咱們在七十、八十和九十年代制造的垃圾。”
咱們開著Wright的車往回走，我想假如Quidnet的技能獲得進(jìn)展，未來會是什么樣子。今日的抽水蓄能電站在地球表面構(gòu)成了風(fēng)景如畫的湖泊，但相似Quidnet公司的技能將在地下發(fā)明出一個個受壓水庫。依據(jù)該公司的幻想，今后大地上每隔800米就有一個井口，每6公里就有一個池塘。風(fēng)力渦輪機(jī)拔地而起，地球自身將變成巨大的電池。
EnergyVault聯(lián)合創(chuàng)始人BillGross在結(jié)束西海岸科技公司的作業(yè)后開端研討儲能問題，在此期間他創(chuàng)辦了一系列成功的網(wǎng)絡(luò)公司和太陽能公司。他想知道他是否能夠依據(jù)抽水蓄能的原理制造一個體系，但用固體而不是液體。與其把水抽到山上，再把它開釋到山下，是否能利用清潔動力把重物層層堆疊起來，然后用滑輪把它們放下來然后發(fā)電?他告知我：“我想做一種虛擬的山。”
Gross和土木工程師AndreaPedretti開端研討各種計劃。Gross說他們想“便宜地制造高度”。鋼材很貴，混凝土也是如此，并且生產(chǎn)混凝土?xí)欧盘?。他們開端與一家名為Cemex的公司協(xié)作，運用“超塑化劑”，一種能夠?qū)⒛嗤凉潭ㄔ谝煌木酆衔?，一般用于在低收入國家修建道路。將超塑化劑與當(dāng)?shù)氐哪嗤?、水和一點水泥混合，就能夠在現(xiàn)場制造廉價的磚塊。Gross說：“這樣，咱們就能夠用泥土堆一座山，并且能夠每天現(xiàn)造現(xiàn)拆。”想在規(guī)劃上與抽水蓄能匹敵是需求一些雄心的，但即使是中等規(guī)劃的“山”，或許就滿足貯存在鄰近太陽能電場或核電站發(fā)出的電力，以及給數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器供給動力。Gross和Pedretti于2017年成立了EnergyVault公司，首席履行官為RobertPiconi。該公司也在洛杉磯和瑞士設(shè)有辦事處。
EnergyVault的初代體系EV1是一個相似變形金剛的、搭載6條機(jī)械臂的塔式起重機(jī)。起重機(jī)能夠在自己的四周像壘墻相同堆積木，然后再把積木拆開。網(wǎng)上有些人覺得這種體系不實用，并以此大做文章。(YouTube上一個名為“EnergyVault是一個愚笨的主意，這便是原因”的視頻，點擊量達(dá)200萬次)。但無論怎么，該公司開發(fā)了一種全新的封閉式體系——EVx。在作用圖中，它像一個40層樓高的、四四方方的自動化庫房。電梯將運用清潔動力提升重達(dá)30噸的磚塊，并將它們放在小車上，再由小車把磚塊運送到修建的中部。當(dāng)需求動力時，這些磚塊將被移送到電梯，電梯帶著磚塊下降，就能夠為發(fā)電機(jī)供電，產(chǎn)生新的電力。EnergyVault稱，該體系有很高的往復(fù)功率，能夠?qū)⒋蟛糠趾馁M的電力再生。但即使如此，EVx仍是需求移動數(shù)以千計的磚塊來貯存和開釋能量。一般，動力運用是一個抽象概念，而EnergyVault的辦法則以鮮明的物理辦法提醒了它。
EVx的首個演示項目正在瑞士的一個田園山溝里開發(fā)。三月，Piconi找到了我。于是咱們穿上馬甲、戴上安全帽和護(hù)目鏡后，在制磚機(jī)前停下了。這是一個藍(lán)色的大鐵盒，它用七千噸的力氣緊縮磚塊的原料，然后把它們翻個個，每15分鐘就能做一個新的。“這在沃爾瑪是買不到的，”Piconi說。
在那鄰近，咱們看到了兩輛小車，擔(dān)任運送磚塊往復(fù)于EVx的電梯。我把手放在一個硬塑料輪子上。Piconi說，公司仍在對小車的資料進(jìn)行實驗，“許多東西觸及資料學(xué)”。咱們前往控制室，那是一輛裝有電腦的拖車，EnergyVault的工程副總監(jiān)FrankTybor和他的澳大利亞牧羊犬Sydney坐在那里。此前，Tybor曾是SpaceX公司發(fā)射和著陸平臺的首席工程師。(Tybor說，Sydney“去過許多火箭控制室，假如你從十倒數(shù)到零而什么都沒產(chǎn)生，她就會不高興”)。他告知我，EnergyVault與SpaceX相似，由于“它看起來很大、很工業(yè)，但秘訣在于怎么讓它穩(wěn)健而可靠地作業(yè)。”在一個大屏幕上，咱們看到一個轎車巨細(xì)的磚塊在小車上來回移動，傳感器則同步收集磨損的數(shù)據(jù)。
來到外面，我和Piconi去找咱們之前在屏幕上看到的小車。咱們路過各種不同資料的巨型磚塊，就像在金字塔的施工現(xiàn)場觀察相同，然后咱們見到了小車控制測驗工程師VaheGabuchian。他在加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)過開裂力學(xué)，擔(dān)任研討在行駛數(shù)千英里和經(jīng)歷各種振動之后小車是否有部件會開裂。在鄰近，一個由工字鋼制成的四層結(jié)構(gòu)以微縮視角為咱們展現(xiàn)了EVx體系終究或許的模樣。假如體系成功運轉(zhuǎn)，它將會是一個移動的拼圖。相應(yīng)的軟件則需求協(xié)調(diào)電梯和小車的運動，以便在磚塊加快、減速和升降時堅持體系電力的平衡。
EnergyVault的首席機(jī)械工程師AlSokhanvari走了過來。他在NASA和國防高檔研討計劃局有30年的航空航天項目經(jīng)歷，還參與了拉斯維加斯百樂宮噴泉的制造。(“但你必須供認(rèn)這是最酷的，”Piconi說。)從某種意義上說，EVx修建就像噴泉，只不過活動的是磚塊而不是水。當(dāng)它貯存許多的電力時，修建是虎頭蛇尾的，由于磚塊都在上層;當(dāng)需求放電時，磚塊就流向修建的底部。Sokhanvari說：“所以，你要使它成為一個真實能夠呼吸的、活動的東西。”這樣的修建仿佛“一個活物”。
開發(fā)儲能是有風(fēng)險的。與Quidnet不同，EnergyVault是上市公司，市值超越10億美元，但其未來是不確定的。該技能仍處于早期階段，很難說商場對公司的青睞有多少是來自營銷，多少是來自工程的可行性。還沒有人制造過像EVx這樣的設(shè)備，并且體系里的移動部件或許會比預(yù)期的更容易損壞。電網(wǎng)接入總監(jiān)VenkatSrinivasan指出，鋰離子電池很便攜，關(guān)鍵是可靠。“假如你和電網(wǎng)相連，可靠性便是最最重要的，對吧?”他說。公用事業(yè)部分希望協(xié)作的產(chǎn)品和公司至少有十年的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)作為可靠性的支撐。投資者正在向新動力公司投入許多資金，但“其間一些項目不會像咱們幻想的那樣順利，”他說。“這有多種原因，或許是技能，也或許是履行。”
鋰電池，盡管有缺陷，但數(shù)量是已知的。EnergyVault正在開發(fā)的辦法則否則。盡管如此，該公司并不是唯一在研討重力儲能的公司。來自蘇格蘭的Gravitricity公司最近完成了一個演示項目，該項目將一個50噸重的塊狀物吊上塔樓，一次吊兩層;它現(xiàn)在計劃在拋棄的礦井中上下移動一個千噸級的塊狀物。別的兩家公司，加利福尼亞州的GravityPower和漢堡的GravityStorageGmbH，他們將一個巨大的重物放置在豎井底部，然后在井底灌水來抬起重物。為了提取能量，他們讓重物把水?dāng)D壓到管道中，并流經(jīng)渦輪機(jī)發(fā)電。坐落蒙特利爾的RheEnergise公司提出了另一種抽水蓄能技能，他們發(fā)明晰一種名為R-19的流體，其密度是水的2.5倍;其體系在一個斜面頂部和底部的水箱之間移動這種流體。這項作業(yè)仍處于眾籌階段。
正如你能夠經(jīng)過在空中舉起一個塊狀物來貯存勢能相同，你也能夠經(jīng)過加熱物體來貯存熱能。許多公司正在研討將熱量貯存在熔鹽、火山巖和其他資猜中。依據(jù)可再生化學(xué)進(jìn)程的巨型電池也是可行的。液流電池中，儲罐能夠用來輸送電解質(zhì)，而電解質(zhì)能夠貯存電荷。還有儲氫，水中的氫氣被電解別離，貯存在地下或儲罐中，成為氫氣、液氫或氨的一部分。當(dāng)它在燃料電池中與氧氣從頭結(jié)合時，能夠再次變成水并開釋出電力。
Srinivasan告知我，他常?？吹揭恍┬碌挠媱潱X得，“嘿，這或許是個不錯的主意。”動力部的Litzelman說，現(xiàn)在咱們的主意十分多，這恰恰說明“還沒有人找到那個完美的組合——低本錢、大規(guī)劃、高性能。”最終很或許變成，各種技能百家爭鳴，可是每種技能解決的都是不同的問題。有些技能能夠改進(jìn)Dunkelflaute的狀況，有些技能協(xié)助電網(wǎng)避免擁堵，或貯存動力以便生意。還有一些技能為“電力質(zhì)量”保駕護(hù)航，使每秒的電力動搖變得愈加滑潤，其間一個現(xiàn)已在運用的技能便是飛輪：比較先進(jìn)的版本是，重達(dá)一噸或更重的金屬塊經(jīng)過磁鐵在真空中懸浮，電機(jī)將它們每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)萬次，然后發(fā)電機(jī)給它們降速，以收回能量。(一位工程師告知我，“電網(wǎng)就喜歡這些旋轉(zhuǎn)的金屬”。)
Litzelman以為，儲能體系終究會降低去碳化的總本錢，但他供認(rèn)，推行會是一個問題。他的一位同事常常說，電網(wǎng)不是客戶。真實的客戶是獨立的電力生產(chǎn)商、公用事業(yè)企業(yè)、以及工廠和數(shù)據(jù)中心。問題是要弄清楚誰為什么買單，與電網(wǎng)的融合程度也很重要。鐵-空氣電池公司FormEnergy的Jaramillo說：“你不能簡單地只看兩張明細(xì)表，然后說，這個往復(fù)功率更高，這個好。”他的公司運用計算機(jī)模型，并歸入氣候和商場的數(shù)據(jù)，為其技能尋找適宜的方向。Jaramillo恰好有神學(xué)碩士學(xué)位，他說這門學(xué)科在了解儲能體系方面十分有用。他說：“一切儲能體系都要取舍，這與人類沒有什么不同。我遠(yuǎn)非完美。我的婚姻十分美好，由于我的妻子樂意容納我的缺陷。”適宜才是最重要的。
儲能能夠加強(qiáng)整個電網(wǎng)的耐性，這是它得到廣泛政治支撐的部分原因。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的政治學(xué)家LeahStokes告知我，儲能技能“在燃料來歷方面是中性的”。它們“能夠貯存任何種類的電力，環(huán)保的或不環(huán)保的”。假如儲能開端明確地支撐可再生動力，進(jìn)而威脅到化石燃料的位置，那么它或許會成為一個黨派問題。“氣候和動力政策政治化的根源，是向共和黨供給巨額資金的化石燃料公司，”Stokes說。“這不是意識形態(tài)的不同，利益才是根源。”現(xiàn)在，儲能政策處在Stokes所說的“制定的迷霧”中，技能是如此之新，以至于咱們還不能確定其最大獲益者是誰。不可避免的是，會有輸家，但即使作為一個社會和星球，咱們?nèi)耘f獲得了優(yōu)勢。
電網(wǎng)作為一個整體或許永久不會是完美的。咱們或許永久無法擺脫有不良附屬品的技能，在電力頂峰需求時，咱們或許仍是需求依靠由鋰電池和天然氣“調(diào)峰”廠支撐的化石燃料和核電廠。但另一種未來同樣是有或許的，一些技能成功了，可再生動力和其貯存將國際重塑。在這樣一個國際里，風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能發(fā)電站遍及田野和海岸線，地?zé)岚l(fā)電廠則從地下羅致能量，氫氣和緊縮空氣在山洞和儲罐中來回活動。在工業(yè)區(qū)，動力庫房跟著重力的呼吸而顫動;在村莊，水被引導(dǎo)到地下，再從頭循環(huán)到地上。當(dāng)太陽升起，風(fēng)開端吹拂，電網(wǎng)將大口吸氣，電力得到保存。在“安靜”期，電網(wǎng)就呼出電力，驅(qū)動工廠、家庭、辦公室和各種設(shè)備。咱們不再需求史前礦藏這些沒有生命的燃料，而是在一個有呼吸的體系中動態(tài)地發(fā)明和貯存動力。
從瑞士回來后，我出門漫步，溫文的陽光下和風(fēng)拂過我的面頰。20年前的人們很難幻想，原來陽光和風(fēng)能夠供給滿足的動力來滿意咱們的需求?？墒锹?，咱們的觀念產(chǎn)生了改變，開端接收可再生動力。咱們對可再生動力貯存的態(tài)度也會有相似的改變進(jìn)程。抬起頭，我看到了懸掛在天空中的云朵，即將下雨;它們也曾經(jīng)是勢能的載體。在我的腳下，我幻想著地上在城市的重壓下微微下沉，蓄勢回彈。大自然能夠幫咱們產(chǎn)生動力，或許它也能幫咱們留住它。我國儲能網(wǎng)作者：MatthewHutson
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可再生動力
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