四种长时储能技术的发展前景

研究表明，如果实现美国政府提出的到2035年使电力行业脱碳的目标，需要部署大量的多样化储能技术，而不仅仅是锂离子电池储能系统，而多家储能厂商正在为储能市场带来新的技术解决方案，以填补这一空白。

行业专家表示，锂离子电池储能系统的持续时间通常为4到8小时，但随着电网中可再生能源发电份额越来越高，它将需要更长的持续时间和不同特性的技术来模拟“基本负荷”发电组合。

根据Wood Mackenzie公司在去年年底发布的一份研究报告，自从2019年以来，在全球范围内，长时储能技术已经吸引了580亿美元以上的私人和公共承诺，这意味着将为约57GW长时储能系统提供资助。与此同时，美国能源部一直致力于支持这一市场的商业化。

德勤公司美国可再生能源负责人Marlene Motyka表示：“当美国政府考虑实现净零排放的道路时，需要在生态系统中采用许多不同的储能技术，才能真正实现其净零排放的目标。”

这其中包括锂离子电池储能系统，以及“中长期”储能技术，例如铁空气电池或锌基电池储能系统。此外，还需要部署一些持续时间更长的（甚至是季节性的）的储能技术，持续时间长达几个月，例如氢储能技术。

许多储能厂商正在将这些长时储能技术推向市场，公用事业监管机构也对它们表现出了浓厚的兴趣。今年5月，加州公用事业委员会批准太平洋天然气和电力公司建设一个8.5MW微电网，该微电网由Energy Vault公司开发，采用电池储能系统和氢气燃料电池构建，部署在太平洋天然气和电力公司在北加州的一座变电站，该变电站经历了与野火有关的停电。根据太平洋天然气和电力公司提交的文件这个微电网预计将在48小时内提供高达2935MWh电力。

Energy Vault公司还在开发重力储能技术，这种解决方案采用机械设备提升和降下混凝土块，以存储和调度能量。今年8月，该公司宣布已与一家尚未披露名称的美国可再生能源开发商签署了重力储能技术的首个许可协议。

今年9月，Dominion Energy公司向弗吉尼亚州监管机构申请批准部署一个储能项目，该项目将测试两项新的储能技术：Form Energy公司开发的铁空气电池，持续时间长达100小时；Eos Energy公司开发的锌混合电池，持续时间为3到12小时。

Motyka表示，展望未来十年，电网将需要一种混合部署的储能解决方案，这取决于美国各州的发电组合和负荷情况。但是有些储能技术可能会比其他技术更突出——例如不受地理限制。

德勤咨询公司能源、资源和工业业务总经理Craig Rizzo表示，储能技术供应链的长期稳定性也将是决定它们能否扩大部署规模的一个重要因素。其他需要考虑的因素包括该技术及其供应链的环境足迹，以及储能系统本身的可靠性。

Rizzo补充说，“与储能系统将取代的电网的可靠性相比，例如天然气发电设施，它必须在需要的时候出现。”

行业媒体研究了不断发展的储能领域的四种前沿技术，并与一些将其推向市场的企业进行了交谈，以更好地了解新兴储能领域。

锌基电池储能系统

锌基电池储能系统与锂离子电池储能系统有多种不同的特性。Eos公司业务发展副总裁Andy Meserve表示，这包括更长的持续时间和不易燃的特性。他补充说，锌基电池储能系统的降解退化程度非常低，可以持续使用20多年，这与许多可再生能源发电设施的生命周期(通常为20至30年)一致。

Meserve补充说:“另一个关键特性是，锌基电池储能系统可以在非常宽的温度范围内工作，不需要加热和冷却，这与锂离子电池储能系统有所不同。”

Meserve表示，锌基电池储能系统可以满足电力市场的多种需求，特别是在能源转移或套利方面——或者在电网上充足的时候储存可再生能源，然后进行调度；或者在低电价时充电，在高电价时放电。此外，当与可再生能源或相结合时，它们可以在微电网中发挥作用。

与其他储能开发商一样，Eos公司现在的业务重点是扩大生产规模。该公司在今年早些时候从美国能源部获得了高达3.986亿美元有条件贷款，用于扩建一家生产锌动力储能系统的制造工厂。

德勤公司的Motyka表示，锌基电池储能系统确实有一定的好处。这种储能技术可以灵活地扩大规模，而且锌的原材料储量丰富。另一方面，锌基电池储能系统目前可以提供长达12小时的持续时间，并且可以扩展到更长的持续时间。

Motyka说：“用户可以继续建造这些模块化部件，并将它们连接在一起——但在某些时候由于尺寸的原因，这可能没有意义。”

铁空气电池储能系统

Form Energy公司的铁空气电池储能系统是由安全、廉价且丰富材料制成。

Form Energy公司首席执行官Mateo Jaramillo表示，铁空气电池储能系统可以提供多日的持续时间——大约100小时。电网将需要长时储能系统来应对电力中断更长时间的灾难事件。

虽然目前铁空气电池的主要用途是作为一种可靠性资源，但Form Energy公司的模型表明，这种电池储能系统可以全年使用，还可以被公用事业公司和其他机构用来平衡每周的能源供应和需求。

Jaramillo说，Form Energy公司目前面临的关键挑战是扩大其技术规模，增强其制造能力。

德勤公司的Motyka表示，该技术提供了很大灵活性，可以以支持基本负荷发电概念的方式进行调度。

Rizzo表示赞同，“与锂离子电池相比，铁空气电池储能系统更便宜，使用寿命更长。我认为关键是要看到它如何发挥作用。”

氢储能系统

2022年底，太平洋天然气和电力公司向加州监管机构提出了一项混合电池储能系统和氢气燃料电池系统构建微电网的提案，该储能系统将由位于北加州一个小镇的Energy Vault公司开发，该小镇由于面临森林火灾风险而经常停电。该公司过去一直使用柴油发电机来满足这一需求，但改用绿色氢气和电池储能系统可以在停电期间提供更清洁的备用电源。

氢气储能系统允许电力部门使用可再生能源发电设施和电解槽系统来产生绿色氢气，然后可以根据需要储存，直到使用燃料电池转换回电力。太平洋天然气和电力公司构建的微电网有48小时的持续时间，有可能扩展到96小时，氢气储能系统的持续时间更长。

太平洋天然气和电力公司的氢气储能系统使用Energy Vault公司的“H-Vault”平台，其标准解决方案提供24、50和100小时的持续时间，以及任何可定制的尺寸。Energy Vault公司首席商业和产品官Marco Terruzzin表示，在成本方面，在《削减通胀法案》的支持下，共氢气储能系统的运行时间为100小时，与柴油发电机组相当。Energy Vault公司还有其他正在筹备部署的氢气储能项目，但这些项目尚未公开披露。

Terruzzin表示，美国的《削减通胀法案》推动了该技术在美国的发展，部分原因是它允许使用氢气作为储能介质的资产所有者利用投资税收抵免。

Motyka表示，在未来，当政策制定者考虑平衡电网运行时，氢气储能系统能够一次储存几个月的能量并在需要时加以利用的潜力可能非常重要。

与此同时，Motyka表示，氢气储能系统在大规模部署时将面临的一大挑战是开发支持它的基础设施。

她说：“关于氢气生态系统背后的基础设施，还有很多事情要做——生产氢气，有合适的地方储存氢气，然后能够调度和使用氢气。”

今年10月，美国能源部宣布在全国范围内建设7个氢气中心，总资金为70亿美元，预计每年将共同生产300万吨氢气。Motyka表示，这是美国朝着正确方向迈出的积极一步。

重力储能系统

利用重力作为一种能量储存形式已经存在一段时间（例如抽水蓄能发电设施），Energy Vault公司也在研究和开发这种技术。

该技术本质上是利用一种机械过程，将混凝土块提升和降低以存储和调度能量。Energy Vault公司表示，重力储能技术不依赖于特定的地形，提供了一个灵活的持续时间，从4小时到24小时不等，使用寿命为35年。

该公司目前正在中国部署一个25MW/100MWh的重力储能系统。该公司还与Enel Green Power公司合作，在德克萨斯州斯奈德建设一个18MW/36MWh重力储能系统，预计将于2024年第四季度上线运营。

Terruzzin说：“这并不意味着重力储能系统不能持续4个小时，但用户对持续6个小时甚至更长时间非常感兴趣，现在也是如此。”

Rizzo表示，在某些方面，采用简单的机械设备储存能量的想法是有意义的。

他说：“这是一种低环境足迹，并且没有供应链问题，而且可以规模化部署。”