將淘汰化石能源的電池

北京時(shí)間 1 月 28 日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，在美國加州的蒙特雷灣，莫斯蘭丁發(fā)電廠兩座高達(dá) 150 米的煙囪巍然聳立，在數(shù)公里之外依然清晰可見。莫斯蘭丁發(fā)電廠一度是加州最大的天然氣發(fā)電廠。但如今，隨著加州經(jīng)濟(jì)逐步向低碳化轉(zhuǎn)型，這兩座煙囪已被閑置，發(fā)電廠大部分也已停工。接下來，這座發(fā)電廠將以 “全世界最大電池”的身份煥發(fā)新生：在太陽能電池板和風(fēng)能發(fā)電場發(fā)電時(shí)，它可以儲(chǔ)存多余的能量；在它們停工時(shí)，又可以將儲(chǔ)存的能量反哺給電網(wǎng)。

目前，在一座巨大的渦輪機(jī)房中，一臺(tái) 300 兆瓦的鋰離子電池正在進(jìn)行投產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作，還有另一臺(tái) 100 兆瓦的電池將于 2021 年上線。

▲澳大利亞的霍恩斯代爾儲(chǔ)能系統(tǒng)是目前全球最大的電池設(shè)施。

莫斯蘭丁發(fā)電廠即將投入使用的巨型電池還不止這些。據(jù)該系統(tǒng)持有方和運(yùn)營方太平洋天然氣與電力公司介紹，還有 256 臺(tái)特斯拉 megapack 巨型電池將提供 182.5 兆瓦的電量，預(yù)計(jì)將從 2021 年中開始為加州電網(wǎng)供電，最終整個(gè)發(fā)電廠將足以為舊金山附近的全部家庭供電六小時(shí)。加州其它地區(qū)也在開展類似項(xiàng)目。例如，圣地亞哥一項(xiàng) 250 兆瓦的蓄電項(xiàng)目已于 2020 年上線，舊金山附近一套 150 兆瓦的蓄電系統(tǒng)已開始施工，長灘一個(gè) 100 兆瓦的電池項(xiàng)目已接近竣工。此外，美國各地還有多個(gè)類似項(xiàng)目，各自處于不同開發(fā)階段。

在平衡可再生能源在電網(wǎng)中的運(yùn)用與公共規(guī)模電池這一領(lǐng)域，加州目前居于世界前列。不過，其它國家也在奮力追趕之中，最近有一系列項(xiàng)目紛紛問世，如南佛羅里達(dá)的 409 兆瓦電池系統(tǒng)、倫敦附近一座 320 兆瓦的電廠、立陶宛一座 200 兆瓦的電力設(shè)施、以及智利一套 112 兆瓦的電池組等等。

受成本降低、技術(shù)進(jìn)步等因素驅(qū)動(dòng)，電池的蓄電能力大幅提升，電網(wǎng)規(guī)模的電池系統(tǒng)發(fā)展速度也屢創(chuàng)新高。這些成果中，有許多其實(shí)是電動(dòng)汽車行業(yè)競相打造體積更小、價(jià)格更低、性能更強(qiáng)大的鋰離子電池過程中產(chǎn)生的技術(shù)外溢。此外，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的稅收激勵(lì)政策也起到了重要作用。

▲工業(yè)規(guī)模蓄電池可以解決可再生能源發(fā)電量不穩(wěn)定的問題。這樣一來，太陽能發(fā)電就不會(huì)僅限白天才能使用了。

蓄電池系統(tǒng)的大規(guī)模部署可以解決可再生能源面臨的主要阻礙之一：當(dāng)有陽光和有風(fēng)時(shí)，供電容易過度；等太陽下山、風(fēng)力減弱之后，供電又會(huì)不足。支持者指出，通過抹平供給之間的不平衡，蓄電池可以代替化石能源發(fā)電廠，在每天的用電高峰期，提供幾個(gè)小時(shí)的電量。要想擴(kuò)大可再生能源的應(yīng)用范圍、加速向無碳電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型，廣泛部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)將是關(guān)鍵所在。

“能量儲(chǔ)存將是通向清潔能源未來的橋梁?！奔又萏柲芘c存儲(chǔ)協(xié)會(huì)執(zhí)行董事伯納黛特 · 奇亞羅指出。

但這樣的未來要多久才能到來，還要取決于相關(guān)成本的下降速度。目前，美國公用事業(yè)規(guī)模的蓄電池價(jià)格已經(jīng)大幅下跌，在 2015 至 2018 年間降低了將近 70%。在此之前，鋰離子電池的化學(xué)技術(shù)取得了長足進(jìn)步，顯著改進(jìn)了電池性能。電池容量也有所擴(kuò)增，蓄電和放電時(shí)間都比之前長了許多。市場競爭和不斷提高的電池產(chǎn)量也在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。據(jù)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室預(yù)計(jì)，鋰離子電池的中等范圍成本將在 2018 至 2030 年間繼續(xù)降低 45%。

“我們幾乎完全依賴于鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，而該技術(shù)的發(fā)展主要是由電動(dòng)汽車和消費(fèi)者電子產(chǎn)品推動(dòng)的?！眱?chǔ)能技術(shù)提供商 Fluence 公司市場應(yīng)用主管雷伊 · 霍恩施泰因指出。接下來一年內(nèi)，該公司將有數(shù)個(gè)項(xiàng)目在加州上線，總功率接近 1 吉瓦（1 吉瓦 = 1000 兆瓦）。霍恩施泰因表示，投入這些應(yīng)用研發(fā)的資金使得整個(gè)領(lǐng)域的成本都在隨之降低，“就和之前太陽能電池板的情況一樣?！?/p>

不斷下跌的電池價(jià)格、再加上該州為在 2045 年前實(shí)現(xiàn)無碳電網(wǎng)的大力舉措，使得加州的儲(chǔ)能項(xiàng)目如雨后春筍般相繼涌現(xiàn)。在 2013 年的一項(xiàng)法案中，加州設(shè)定了電網(wǎng)儲(chǔ)能總量在 2020 年前達(dá)到 1.325 吉瓦的目標(biāo)。如今已有 1.5 吉瓦的項(xiàng)目獲批，其中超過 500 兆瓦已經(jīng)安裝，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目標(biāo)。

等莫斯蘭丁項(xiàng)目在 2021 年中開始全面運(yùn)營之后，將使加州的儲(chǔ)能增加一倍以上。除了加州之外，還有幾個(gè)州目前也在開展大規(guī)模蓄能項(xiàng)目。其中，紐約 316 兆瓦的雷文斯伍德項(xiàng)目可以為超過 25 萬戶家庭供電 8 小時(shí)，將取代紐約的兩座天然氣發(fā)電廠。此外，南佛羅里達(dá)計(jì)劃建設(shè)的 409 兆瓦 “海?！眱?chǔ)能項(xiàng)目將由附近的一座太陽能發(fā)電廠充電。據(jù)佛羅里達(dá)電力與照明公司介紹，該項(xiàng)目將成為全球最大的太陽能電池系統(tǒng)，屆時(shí)將取代兩座陳舊的天然氣發(fā)電廠。

據(jù)自然資源研究與咨詢公司伍德麥肯茲介紹，美國公共事業(yè)規(guī)模電池總功率將由 2020 年的 1.2 吉瓦增加到 2025 年的 7.5 吉瓦。美國儲(chǔ)能協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官凱莉 · 斯皮克斯 · 貝克曼也指出，電池容量增值在 2020 年翻了一番，并且若不是因?yàn)樾鹿谝咔閷?dǎo)致施工速度放緩，說不定還能增至之前的三倍。

▲圖為英國未來最大的蓄電池設(shè)施，建成后容量將達(dá) 320 兆瓦。

在能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，歐洲的步伐要稍慢一些?！翱偟膩碚f，歐洲對(duì)這類技術(shù)開發(fā)的態(tài)度更保守一點(diǎn)。”英國新興技術(shù)市場調(diào)研公司 IDTechEx 分析師丹尼爾 · 加蒂指出。歐洲的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展一直受到電力市場的制約，因?yàn)檎呖偸堑凸纼?chǔ)能技術(shù)的價(jià)值。不過，一些大型電池項(xiàng)目已在逐漸成型，例如倫敦附近一座新港口即將修建的 320 兆瓦 Gateway 系統(tǒng)。

據(jù)加蒂預(yù)計(jì)，全球儲(chǔ)能項(xiàng)目將會(huì)快速增長，總量在接下來十年內(nèi)將達(dá)到 1.2 吉瓦。其中，澳大利亞將扮演關(guān)鍵角色。2017 年，澳大利亞的 100 兆瓦霍恩斯代爾儲(chǔ)能系統(tǒng)上線，成為了首個(gè)在電網(wǎng)上安裝大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的國家。目前，該國又計(jì)劃在維多利亞州附近修建一個(gè) 300 兆瓦系統(tǒng)，建成后將根據(jù)需求量進(jìn)行各州之間的電力分配，使現(xiàn)有輸電設(shè)施的效率最大化，同時(shí)減少搭設(shè)新輸電線的需求。除了澳大利亞之外，德國西南部的巴登 - 符騰堡州也正在籌備一個(gè)類似項(xiàng)目。

美國莫斯蘭丁項(xiàng)目即將成為全世界最大的 “電池”，但與此同時(shí)，沙特阿拉伯也宣布將對(duì)這個(gè)名號(hào)發(fā)起爭奪，準(zhǔn)備在西海岸建造一套超大太陽能儲(chǔ)能系統(tǒng)。該設(shè)施將為紅海沿岸正在建設(shè)的 50 家酒店和 1300 戶家庭全天候提供 100% 的可再生能源。

近期一篇報(bào)告總結(jié)稱，美國大多數(shù)化石燃料發(fā)電廠都將在 2035 年前達(dá)到運(yùn)行年限。因此專家指出，工業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)即將開始快速發(fā)展。彭博新能源財(cái)經(jīng)網(wǎng)可再生能源系統(tǒng)專家 Yiyi Zhou 表示，與電池儲(chǔ)能結(jié)合的可再生能源在經(jīng)濟(jì)層面上已經(jīng)可以替代新建的天然氣發(fā)電廠了。這種組合對(duì)太陽能尤其合適，因?yàn)樘柲馨l(fā)電通常比較規(guī)律。Yiyi Zhou 還指出，隨著越來越多的太陽能并入電網(wǎng)，天然氣發(fā)電廠的運(yùn)行成本其實(shí)還會(huì)隨之增加。

▲鋰離子電池的價(jià)格近年來不斷下跌，并且據(jù)預(yù)計(jì)，今后還會(huì)進(jìn)一步降低，可以造出更大的電池。

“這主要是因?yàn)椋S著太陽能產(chǎn)量的提高，天然氣發(fā)電廠需要經(jīng)常在開關(guān)之間來回切換，這會(huì)加重?fù)p耗、縮短其運(yùn)行壽命?！?/p>

霍恩施泰因指出，電池如今的大?。?00 兆瓦左右）甚至已經(jīng)足夠替代中小型天然氣發(fā)電機(jī)。“現(xiàn)在，我們可以真正將太陽能、儲(chǔ)能、風(fēng)能等資源混合起來，代替之前化石燃料發(fā)電廠的工作?！蹦壳?，霍恩施泰因所在的 Fluence 公司從大型項(xiàng)目中獲得的利潤正在迅速增長。

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的能源分析師維斯利 · 科爾指出，增加儲(chǔ)能能力還可以提高可再生能源的收益率?！翱稍偕茉疵媾R的一大挑戰(zhàn)在于，并入電網(wǎng)的可再生能源越多，就越不值錢?！钡珒?chǔ)能系統(tǒng)可以吸收用電低谷期的多余能量、將其轉(zhuǎn)移到電價(jià)較高的用電高峰期，這樣便有助于解決這一問題。

雖然儲(chǔ)能系統(tǒng)在加州等高價(jià)值市場正呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，但要想實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的大規(guī)模部署，電池價(jià)格還需進(jìn)一步降低。不過，分析師們對(duì)此持樂觀態(tài)度，認(rèn)為電池價(jià)格最終一定會(huì)降得足夠低，能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用。

“無論未來如何，能量儲(chǔ)存都將扮演關(guān)鍵角色?！笨茽栔赋?，“屆時(shí)總規(guī)?？刹粌H僅是一兩吉瓦了，而是數(shù)十、乃至成百上千吉瓦。”