将淘汰化石能源的电池

　　北京时间 1 月 28 日消息，据国外媒体报道，在美国加州的蒙特雷湾，莫斯兰丁发电厂两座高达 150 米的烟囱巍然耸立，在数公里之外依然清晰可见。莫斯兰丁发电厂一度是加州最大的天然气发电厂。但如今，随着加州经济逐步向低碳化转型，这两座烟囱已被闲置，发电厂大部分也已停工。接下来，这座发电厂将以 ＂全世界最大电池＂的身份焕发新生：在太阳能电池板和风能发电场发电时，它可以储存多余的能量；在它们停工时，又可以将储存的能量反哺给电网。
　　目前，在一座巨大的涡轮机房中，一台 300 兆瓦的锂离子电池正在进行投产前的准备工作，还有另一台 100 兆瓦的电池将于 2021 年上线。
　　▲澳大利亚的霍恩斯代尔储能系统是目前全球最大的电池设施。
　　莫斯兰丁发电厂即将投入使用的巨型电池还不止这些。据该系统持有方和运营方太平洋天然气与电力公司介绍，还有 256 台特斯拉 megapack 巨型电池将提供 182.5 兆瓦的电量，预计将从 2021 年中开始为加州电网供电，最终整个发电厂将足以为旧金山附近的全部家庭供电六小时。加州其它地区也在开展类似项目。例如，圣地亚哥一项 250 兆瓦的蓄电项目已于 2020 年上线，旧金山附近一套 150 兆瓦的蓄电系统已开始施工，长滩一个 100 兆瓦的电池项目已接近竣工。此外，美国各地还有多个类似项目，各自处于不同开发阶段。
　　在平衡可再生能源在电网中的运用与公共规模电池这一领域，加州目前居于世界前列。不过，其它国家也在奋力追赶之中，最近有一系列项目纷纷问世，如南佛罗里达的 409 兆瓦电池系统、伦敦附近一座 320 兆瓦的电厂、立陶宛一座 200 兆瓦的电力设施、以及智利一套 112 兆瓦的电池组等等。
　　受成本降低、技术进步等因素驱动，电池的蓄电能力大幅提升，电网规模的电池系统发展速度也屡创新高 。这些成果中，有许多其实是电动汽车行业竞相打造体积更小、价格更低、性能更强大的锂离子电池过程中产生的技术外溢。此外，对储能系统的税收激励政策也起到了重要作用。
　　▲工业规模蓄电池可以解决可再生能源发电量不稳定的问题。这样一来，太阳能发电就不会仅限白天才能使用了。
　　蓄电池系统的大规模部署可以解决可再生能源面临的主要阻碍之一：当有阳光和有风时，供电容易过度；等太阳下山、风力减弱之后，供电又会不足。支持者指出，通过抹平供给之间的不平衡，蓄电池可以代替化石能源发电厂，在每天的用电高峰期，提供几个小时的电量。要想扩大可再生能源的应用范围、加速向无碳电网的转型，广泛部署的储能系统将是关键所在。
　　＂能量储存将是通向清洁能源未来的桥梁。＂加州太阳能与存储协会执行董事伯纳黛特 · 奇亚罗指出。
　　但这样的未来要多久才能到来，还要取决于相关成本的下降速度。目前，美国公用事业规模的蓄电池价格已经大幅下跌，在 2015 至 2018 年间降低了将近 70%。在此之前，锂离子电池的化学技术取得了长足进步，显著改进了电池性能。电池容量也有所扩增，蓄电和放电时间都比之前长了许多。市场竞争和不断提高的电池产量也在其中发挥了关键作用。据美国国家可再生能源实验室预计，锂离子电池的中等范围成本将在 2018 至 2030 年间继续降低 45%。
　　＂我们几乎完全依赖于锂离子电池技术的发展，而该技术的发展主要是由电动汽车和消费者电子产品推动的。＂储能技术提供商 Fluence 公司市场应用主管雷伊 · 霍恩施泰因指出。接下来一年内，该公司将有数个项目在加州上线，总功率接近 1 吉瓦（1 吉瓦 = 1000 兆瓦）。霍恩施泰因表示，投入这些应用研发的资金使得整个领域的成本都在随之降低，＂就和之前太阳能电池板的情况一样。＂
　　不断下跌的电池价格、再加上该州为在 2045 年前实现无碳电网的大力举措，使得加州的储能项目如雨后春笋般相继涌现。在 2013 年的一项法案中，加州设定了电网储能总量在 2020 年前达到 1.325 吉瓦的目标。如今已有 1.5 吉瓦的项目获批，其中超过 500 兆瓦已经安装，已远远超过了目标。
　　等莫斯兰丁项目在 2021 年中开始全面运营之后，将使加州的储能增加一倍以上。除了加州之外，还有几个州目前也在开展大规模蓄能项目。其中，纽约 316 兆瓦的雷文斯伍德项目可以为超过 25 万户家庭供电 8 小时，将取代纽约的两座天然气发电厂。此外，南佛罗里达计划建设的 409 兆瓦 ＂海牛＂储能项目将由附近的一座太阳能发电厂充电。据佛罗里达电力与照明公司介绍，该项目将成为全球最大的太阳能电池系统，届时将取代两座陈旧的天然气发电厂。
　　据自然资源研究与咨询公司伍德麦肯兹介绍，美国公共事业规模电池总功率将由 2020 年的 1.2 吉瓦增加到 2025 年的 7.5 吉瓦。美国储能协会首席执行官凯莉 · 斯皮克斯 · 贝克曼也指出，电池容量增值在 2020 年翻了一番，并且若不是因为新冠疫情导致施工速度放缓，说不定还能增至之前的三倍。
　　▲图为英国未来最大的蓄电池设施，建成后容量将达 320 兆瓦。
　　在能量存储领域，欧洲的步伐要稍慢一些。＂总的来说，欧洲对这类技术开发的态度更保守一点。＂英国新兴技术市场调研公司 IDTechEx 分析师丹尼尔 · 加蒂指出。欧洲的储能技术发展一直受到电力市场的制约，因为政府政策总是低估储能技术的价值。不过，一些大型电池项目已在逐渐成型，例如伦敦附近一座新港口即将修建的 320 兆瓦 Gateway 系统。
　　据加蒂预计，全球储能项目将会快速增长，总量在接下来十年内将达到 1.2 吉瓦。其中，澳大利亚将扮演关键角色。2017 年，澳大利亚的 100 兆瓦霍恩斯代尔储能系统上线，成为了首个在电网上安装大规模电池储能系统的国家。目前，该国又计划在维多利亚州附近修建一个 300 兆瓦系统，建成后将根据需求量进行各州之间的电力分配，使现有输电设施的效率最大化，同时减少搭设新输电线的需求。除了澳大利亚之外，德国西南部的巴登 - 符腾堡州也正在筹备一个类似项目。
　　美国莫斯兰丁项目即将成为全世界最大的 ＂电池＂，但与此同时，沙特阿拉伯也宣布将对这个名号发起争夺，准备在西海岸建造一套超大太阳能储能系统。该设施将为红海沿岸正在建设的 50 家酒店和 1300 户家庭全天候提供 100% 的可再生能源。
　　近期一篇报告总结称，美国大多数化石燃料发电厂都将在 2035 年前达到运行年限。因此专家指出，工业规模的储能系统即将开始快速发展。彭博新能源财经网可再生能源系统专家 Yiyi Zhou 表示，与电池储能结合的可再生能源在经济层面上已经可以替代新建的天然气发电厂了。这种组合对太阳能尤其合适，因为太阳能发电通常比较规律。Yiyi Zhou 还指出，随着越来越多的太阳能并入电网，天然气发电厂的运行成本其实还会随之增加。
　　▲锂离子电池的价格近年来不断下跌，并且据预计，今后还会进一步降低，可以造出更大的电池。
　　＂这主要是因为，随着太阳能产量的提高，天然气发电厂需要经常在开关之间来回切换，这会加重损耗、缩短其运行寿命。＂
　　霍恩施泰因指出，电池如今的大小（200 兆瓦左右）甚至已经足够替代中小型天然气发电机。＂现在，我们可以真正将太阳能、储能、风能等资源混合起来，代替之前化石燃料发电厂的工作。＂目前，霍恩施泰因所在的 Fluence 公司从大型项目中获得的利润正在迅速增长。
　　美国国家可再生能源实验室的能源分析师维斯利 · 科尔指出，增加储能能力还可以提高可再生能源的收益率。＂可再生能源面临的一大挑战在于，并入电网的可再生能源越多，就越不值钱。＂但储能系统可以吸收用电低谷期的多余能量、将其转移到电价较高的用电高峰期，这样便有助于解决这一问题。
　　虽然储能系统在加州等高价值市场正呈现高速发展态势，但要想实现全球范围内的大规模部署，电池价格还需进一步降低。不过，分析师们对此持乐观态度，认为电池价格最终一定会降得足够低，能够实现储能系统的广泛运用。
　　＂无论未来如何，能量储存都将扮演关键角色。＂科尔指出，＂届时总规模可不仅仅是一两吉瓦了，而是数十、乃至成百上千吉瓦。＂