自從上世紀(jì)90年代末以來，美國電力行業(yè)在減少溫室氣體排放方面面臨越來越大的的壓力。由于各州政府提供的激勵措施、美國聯(lián)邦稅收優(yōu)惠政策，以及成本不斷下降，在可再生能源發(fā)電迅速增長之后，人們更加關(guān)注儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，以確保風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電穩(wěn)定可靠地為負(fù)荷服務(wù)，并提供電力輔助服務(wù)。

在這一領(lǐng)域，鋰離子電池儲能系統(tǒng)目前占據(jù)主導(dǎo)地位。但是一些分析家認(rèn)為，鋰離子電池儲能系統(tǒng)還不足以完全支持接入電網(wǎng)的可再生能源發(fā)電設(shè)施，而且其他儲能技術(shù)也在增加部署，其中包括重力儲能系統(tǒng)、氫儲能以及液流電池等。

大容量儲能技術(shù)

自從1890年以來，抽水蓄能已成為大容量儲能的主要選擇，而到2017年底，美國總共部署了裝機容量約為22GW抽水蓄能設(shè)施。美國國家可再生能源實驗室分布式能源系統(tǒng)和儲能分析小組經(jīng)理Nate Blair表示，壓縮空氣儲能系統(tǒng)（CAES）是大容量儲能系統(tǒng)的另一個主要選擇。

但是，這兩種儲能系統(tǒng)都是資本密集型的資產(chǎn)，并且受到地理位置的限制。為了滿足日益增長的可靠、廣泛和廉價的小規(guī)模儲能需求，電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)成為能源開發(fā)商的默認(rèn)選擇。

如今，鋰離子電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)成為市場主流，但今年4月，亞利桑那州公共事業(yè)廠商APS公司的一個裝機容量為2MW鋰離子電池儲能設(shè)施起火并發(fā)生爆炸，凸顯了電池儲能系統(tǒng)具有火災(zāi)隱患問題。而電池儲能系統(tǒng)的未來發(fā)展可以從APS公司去年2月發(fā)布的計劃中看到一些端倪，到2025年，該公司計劃增加部署裝機容量為850MW的儲能系統(tǒng)。

但一些能源開發(fā)商正在尋求采用替代儲能系統(tǒng)。

替代儲能技術(shù)能否取得進(jìn)展？

在儲能市場中，除了電池儲能系統(tǒng)之外，還有其他的儲能技術(shù)，其中包括熱儲能和重力儲能等技術(shù)。

2018年11月，總部位于瑞士的Energy Vault公司推出了其電網(wǎng)規(guī)模的重力儲能系統(tǒng)，成為了儲能市場的最新進(jìn)入者之一。該公司的重力儲能系統(tǒng)采用起重機吊裝混凝土磚塊進(jìn)行儲能。其儲能原理與抽水蓄能設(shè)施類似。

通常，Energy Vault公司的儲能系統(tǒng)采用附近的太陽能發(fā)電場或其他可再生能源的電力。該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Robert Piconi表示，該儲能系統(tǒng)可以在幾毫秒內(nèi)響應(yīng)電網(wǎng)運營商的電力需求。與抽水蓄能設(shè)施一樣，其重力儲能系統(tǒng)可提供長時儲能。

該公司在發(fā)布的新聞稿表示，該儲能系統(tǒng)使可再生能源能夠以低于化石燃料成本提供基本負(fù)荷電力。

Piconi表示，“自從我們在2018年11月推出這種儲能系統(tǒng)以來，客戶對我們的市場反應(yīng)非常積極。投資商Cemex Ventures公司和軟銀遠(yuǎn)景基金也為此提供資金支持。我們最近獲得軟銀愿景基金的1.1億美元B輪投資，該投資于2019年7月結(jié)束。”

更多基于重力的儲能系統(tǒng)

儲能初創(chuàng)廠商北美先進(jìn)鐵路儲能（ARES）公司旨在提供所謂的鐵路儲能。該公司正在開發(fā)名為Trainline和Ridgeline兩種重力儲能系統(tǒng)。

ARES公司在內(nèi)華達(dá)州Nye縣開發(fā)一個裝機容量為50MW的 Trainline儲能系統(tǒng)，采用運行在5.5英里長、平均坡度為7％鐵路軌道上的六列電力機車。每列由兩輛機車和7個總重達(dá)1550噸的車廂組成，列車運行時，利用第三條軌道從電網(wǎng)中獲取電力，驅(qū)動電動機向高處運行。而在返回時，再生制動系統(tǒng)產(chǎn)生電力，電動機成為發(fā)電機，通過第三條軌道將電力傳輸給電網(wǎng)。

ARES公司首席開發(fā)官Russ Weed說：“Trainline儲能系統(tǒng)本身的響應(yīng)時間為10～15秒，其速度不如電池儲能系統(tǒng)快，但是Trainline儲能系統(tǒng)可以與超級電容器或電池配套使用，因此響應(yīng)時間可以達(dá)到4秒或更短。”

他補充說，“Trainline儲能系統(tǒng)在加利福尼亞進(jìn)行了試點，因此內(nèi)華達(dá)州的開發(fā)就是一個示范。到2020年底，我們的目標(biāo)是完成建設(shè)。該計劃是讓Trainline儲能系統(tǒng)最終由可再生能源提供動力。”

研究人員正在研究其他重力儲能技術(shù)。根據(jù)最近發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《能源》雜志上的一項研究，使用山地也是一種可行的儲能方法，比鋰離子電池儲能系統(tǒng)的儲能時間更長，可以更大規(guī)模地儲存能源，并證明對微電網(wǎng)、島嶼和電力成本高的地區(qū)具有經(jīng)濟吸引力。

氫氣作為儲能替代品

三菱日立電力系統(tǒng)公司（MHPS）和合作伙伴Magnum Development公司在去年5月宣布，計劃開發(fā)世界上規(guī)模最大的可再生能源儲能系統(tǒng)。其先進(jìn)清潔儲能（ACES）項目將使用可再生的氫氣開發(fā)裝機容量為1,000MW的完全采用清潔能源的儲能系統(tǒng)。

ACES項目將在電網(wǎng)規(guī)模上部署四種類型的清潔能源：可再生氫氣、壓縮空氣儲能（CAES）、大型液流電池、固體氧化物燃料電池。三菱日立電力系統(tǒng)公司總裁兼首席執(zhí)行官Paul Browning在一份聲明中說：“我們開發(fā)的儲能技術(shù)的儲能時間更長。”

該項目將在猶他州中部部署，Magnum Development公司目前擁有五個用于存儲氫氣的鹽穴，并正在開發(fā)先進(jìn)清潔儲能（ACES）和可再生氫氣技術(shù)。

三菱日立電力系統(tǒng)公司（MHPS）公司高級總監(jiān)Mike McManu表示，對于先進(jìn)清潔儲能（ACES），將利用可再生資源生產(chǎn)氫氣。

他補充說，“氫氣是長期儲存能量的極佳介質(zhì)，因為它不會隨時間推移而降解，就像電池一樣。例如，我們可以通過太陽能將水進(jìn)行電解來分離出氧氣和氫氣，然后將純凈的氫氣以一定壓力儲存在洞穴中，然后在需要時可以利用氫氣通過燃?xì)廨啓C或燃料電池中提供電力。我們還可以將氫氣與天然氣混合，以減少天然氣發(fā)電的碳足跡。因此，儲存在鹽穴中的氫氣是一種儲能替代物。它用于在燃料電池中產(chǎn)生無碳電能，并降低碳排放。”

McManus表示，液流電池將存儲來自太陽能和風(fēng)能的可再生能源，并在需要時將電能釋放回電網(wǎng)，通?？梢詢δ?到12個小時，其儲能時間比鋰離子電池儲能系統(tǒng)更長。

McManus說：“我們開發(fā)的儲能解決方案具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。我們可以在一個洞穴中存儲相當(dāng)于容量100GMWh的氫氣，然后構(gòu)建70多個這樣的鹽穴，從而創(chuàng)造非常可觀的存儲容量，可以用作可調(diào)度的電力。”