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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(dòng)力的文明?
德語單詞Dunkelflaute的意思是"漆黑的低氣壓"。這個(gè)單詞讓可再生動(dòng)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(shí)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(shí)，風(fēng)力渦輪時(shí)機(jī)讓小區(qū)嗖嗖地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。但在晚上，太陽能電池的作用很小，而無風(fēng)的時(shí)分，渦輪機(jī)也毫無作用?？稍偕鷦?dòng)力的更新，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(dòng)力。電力公司不只需求為單個(gè)風(fēng)暴或無風(fēng)的夜晚做計(jì)劃，還需求考慮繼續(xù)數(shù)天或更長時(shí)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(shí)現(xiàn)徹底由可再生動(dòng)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(dòng)力，可是，由于其可再生動(dòng)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(jì)劃是電池，其間運(yùn)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(dòng)電話到電動(dòng)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。可是，一般鋰電池以最大輸出功率運(yùn)轉(zhuǎn)三到四個(gè)小時(shí)后就會(huì)耗盡電量，并且，正如每個(gè)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(diǎn)。想要裝備滿足多的電池以滿意更長時(shí)間的放電是很昂貴的。并且，電池或許會(huì)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(shí)驗(yàn)室(ArgonneNationalLaboratory)阿貢儲(chǔ)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(huì)有費(fèi)事。”供應(yīng)鏈的一點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)都會(huì)強(qiáng)烈影響價(jià)格和供應(yīng)。此外，挖掘這些金屬需求許多的水資源和動(dòng)力，會(huì)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(jià)格是否能在現(xiàn)在基礎(chǔ)上下降30%或更多，并且動(dòng)力部以為即使是30%，降幅依然太小。咱們需求擴(kuò)展儲(chǔ)能規(guī)劃;依據(jù)一項(xiàng)估計(jì)，假如咱們想大幅轉(zhuǎn)向可再生動(dòng)力并避免氣候?yàn)?zāi)禍，到2040年咱們需求至少100倍現(xiàn)在儲(chǔ)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(dòng)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(huì)將可再生動(dòng)力與可再生的存儲(chǔ)辦法結(jié)合起來。
咱們現(xiàn)已有一種可再生的儲(chǔ)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?yàn)殡娏?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(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)再次產(chǎn)生電力。抽水蓄能裝置就像一個(gè)巨大的永久性電池，當(dāng)水被抽到高處時(shí)充電，當(dāng)水流到低處時(shí)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(gè)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(yùn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能或許性的公司之一。上個(gè)月，我坐在一輛福特F-150KingRanch皮卡上，與該公司的運(yùn)營副總裁ScottWright和首席運(yùn)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(huì)在地球的壓力下被擠壓回地上，以此驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(shí)分，我問起2021年2月德克薩斯州停電的事，其時(shí)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(gè)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(shí)需求更好的辦法來貯存電力，這種時(shí)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(gè)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(shí)，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(gè)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(dòng)力風(fēng)險(xiǎn)投資基金(BreakthroughEnergyVentures)。
Quidnet現(xiàn)已從儲(chǔ)能的淘金熱中獲益。2018年，動(dòng)力部設(shè)立了一個(gè)名為“長時(shí)間電力貯存”(DurationAdditiontoelectricitYStorage，簡稱DAYS)的項(xiàng)目，向包含Quidnet在內(nèi)的十個(gè)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(dòng)力法》，其間包含兩黨一起支撐的《更好的動(dòng)力貯存技能法案》，授權(quán)在五年內(nèi)花費(fèi)10億美元用于新動(dòng)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(chǔ)能方針，2018年，聯(lián)邦動(dòng)力管理委員會(huì)發(fā)布了第841號(hào)法令，將儲(chǔ)能歸入電力批發(fā)商場。“人們現(xiàn)已認(rèn)識(shí)到，儲(chǔ)能的年代現(xiàn)已到來，”美國清潔動(dòng)力協(xié)會(huì)的JasonBurwen告知我?？墒?，工程師的白板與現(xiàn)實(shí)之間存在著巨大差距。許多獲得贊助的可再生儲(chǔ)能技能或許終究是很難實(shí)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(shí)，Craig對許多公司的儲(chǔ)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(gè)物體，它就會(huì)貯存勢能;假如你讓這個(gè)物體落下，它的勢能就會(huì)變成動(dòng)能，而動(dòng)能能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)供給動(dòng)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(chǔ)能和緊縮水儲(chǔ)能，或讓物體旋轉(zhuǎn)，或加熱物體等儲(chǔ)能辦法。假如你一開端就運(yùn)用清潔動(dòng)力，并找到一種綠色的辦法來存儲(chǔ)和開釋它，你就發(fā)明晰一個(gè)對生態(tài)環(huán)境擔(dān)任的電池替代品。
Craig說：“我有點(diǎn)驚訝，但也備受鼓動(dòng)，長時(shí)儲(chǔ)能問題的解決計(jì)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(shí)的解決計(jì)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(yùn)上山，然后在需求的時(shí)分石頭又落下來。就連《摩登原始人》里的動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)已想好了一個(gè)問題。我即將看到的是綠色動(dòng)力的未來，仍是一個(gè)在德州村莊進(jìn)行的稀奇而短命的實(shí)驗(yàn)?
直到最近，咱們才開端思考貯存動(dòng)力的新辦法?；剂鲜且粋€(gè)史前的動(dòng)力庫，咱們能夠經(jīng)過燃燒它們和驅(qū)動(dòng)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(yùn)用，”BillGross告知我，他是太陽能發(fā)電領(lǐng)域的長時(shí)間投資者，也是EnergyVault(本錢化程度最高的儲(chǔ)能公司之一)的聯(lián)合創(chuàng)始人。大多數(shù)沒有被立即耗費(fèi)的電力都會(huì)流失。問題是，關(guān)于許多技能來說，“貯存電力的本錢實(shí)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(dòng)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(shí)就會(huì)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?？墒牵挥挟?dāng)能量貯存是可猜測的、快捷的、密集的、且所占空間很小時(shí)，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(yùn)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(dòng)力貯存體系也在盡力實(shí)現(xiàn)密度、快捷性和規(guī)劃的優(yōu)化。緊縮空氣儲(chǔ)能的技能原理能夠追溯到幾十年前，其時(shí)人們將空氣抽入天然或人工地下窟窿，然后再放出。第一個(gè)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?，和抽水蓄能相同，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(chǔ)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(xiàng)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(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。一家英國公司HighviewPower正在采取更極點(diǎn)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(shí)，它敏捷氣化，驅(qū)動(dòng)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(shí)分，空氣會(huì)“以強(qiáng)烈的力氣噴射出來”。該公司現(xiàn)已建立了一個(gè)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(chǔ)能技能。在該公司的實(shí)驗(yàn)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(tái)鉆機(jī)，其桅桿足足有約21米高?，F(xiàn)在能看到一個(gè)藍(lán)色的井口，大約3米高，鄰近有一個(gè)集裝箱巨細(xì)的泵房，幾個(gè)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(shí)分回到水箱。上個(gè)月，Quidnet宣布了一項(xiàng)試點(diǎn)計(jì)劃，向圣安東尼奧的一家公用事業(yè)公司供給他們的儲(chǔ)能技能。
咱們走進(jìn)泵房，賞識(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的活塞、飛輪和一種叫做脈沖阻尼器的東西。一臺(tái)黃色的500馬柴油發(fā)動(dòng)機(jī)靜靜地坐在后邊，隨時(shí)預(yù)備給泵供給動(dòng)力。Weight說：“我喜歡大型機(jī)器、轟隆隆的動(dòng)靜，還有機(jī)油的滋味。”在該體系的商業(yè)版本中，一個(gè)抱負(fù)狀況下由清潔動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的電機(jī)擔(dān)任將水泵入地下，并在水回來時(shí)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(dú)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(jià)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(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)。
從事動(dòng)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(dòng)力部DAYS項(xiàng)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(chǔ)能草創(chuàng)企業(yè)時(shí)，他說：“有些新生技能，假如它們能到達(dá)一定的規(guī)劃，就會(huì)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(shí)驗(yàn)室，真槍實(shí)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(chǔ)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(gè)電網(wǎng)體系。”斯坦福大學(xué)的清潔動(dòng)力研討員NathanRatledge告知我，在電網(wǎng)仍在制造的當(dāng)?shù)?，?chǔ)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(shí)機(jī)徹底跳過化石燃料，直接轉(zhuǎn)向可再生動(dòng)力，由于可再生動(dòng)力更便宜、污染更少?？墒牵粋€(gè)具有更大份額風(fēng)能和太陽能的電網(wǎng)需求更多的存儲(chǔ)能力來克服間歇性的問題。可再生動(dòng)力貯存是“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(huì)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(gè)個(gè)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(gè)井口，每6公里就有一個(gè)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(chǔ)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(gè)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(dòng)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(jì)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(yùn)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(diǎn)水泥混合，就能夠在現(xiàn)場制造廉價(jià)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(dòng)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(gè)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(shí)用，并以此大做文章。(YouTube上一個(gè)名為“EnergyVault是一個(gè)愚笨的主意，這便是原因”的視頻，點(diǎn)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(gè)40層樓高的、四四方方的自動(dòng)化庫房。電梯將運(yùn)用清潔動(dòng)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(yùn)送到修建的中部。當(dāng)需求動(dòng)力時(shí)，這些磚塊將被移送到電梯，電梯帶著磚塊下降，就能夠?yàn)榘l(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(fèi)的電力再生。但即使如此，EVx仍是需求移動(dòng)數(shù)以千計(jì)的磚塊來貯存和開釋能量。一般，動(dòng)力運(yùn)用是一個(gè)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(gè)演示項(xiàng)目正在瑞士的一個(gè)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(gè)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(gè)個(gè)，每15分鐘就能做一個(gè)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(yùn)送磚塊往復(fù)于EVx的電梯。我把手放在一個(gè)硬塑料輪子上。Piconi說，公司仍在對小車的資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，“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(tái)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(huì)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(gè)大屏幕上，咱們看到一個(gè)轎車巨細(xì)的磚塊在小車上來回移動(dòng)，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(yàn)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(dòng)之后小車是否有部件會(huì)開裂。在鄰近，一個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)，它將會(huì)是一個(gè)移動(dòng)的拼圖。相應(yīng)的軟件則需求協(xié)調(diào)電梯和小車的運(yùn)動(dòng)，以便在磚塊加快、減速和升降時(shí)堅(jiān)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(jì)劃局有30年的航空航天項(xiàng)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(dòng)的是磚塊而不是水。當(dāng)它貯存許多的電力時(shí)，修建是虎頭蛇尾的，由于磚塊都在上層;當(dāng)需求放電時(shí)，磚塊就流向修建的底部。Sokhanvari說：“所以，你要使它成為一個(gè)真實(shí)能夠呼吸的、活動(dòng)的東西。”這樣的修建仿佛“一個(gè)活物”。
開發(fā)儲(chǔ)能是有風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)部件或許會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)作為可靠性的支撐。投資者正在向新動(dòng)力公司投入許多資金，但“其間一些項(xiàng)目不會(huì)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(chǔ)能的公司。來自蘇格蘭的Gravitricity公司最近完成了一個(gè)演示項(xiàng)目，該項(xiàng)目將一個(gè)50噸重的塊狀物吊上塔樓，一次吊兩層;它現(xiàn)在計(jì)劃在拋棄的礦井中上下移動(dòng)一個(gè)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(gè)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(gè)斜面頂部和底部的水箱之間移動(dòng)這種流體。這項(xiàng)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)氫，水中的氫氣被電解別離，貯存在地下或儲(chǔ)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(shí)，能夠再次變成水并開釋出電力。
Srinivasan告知我，他常?？吹揭恍┬碌挠?jì)劃，覺得，“嘿，這或許是個(gè)不錯(cuò)的主意。”動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)搖變得愈加滑潤，其間一個(gè)現(xiàn)已在運(yùn)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(chǔ)能體系終究會(huì)降低去碳化的總本錢，但他供認(rèn)，推行會(huì)是一個(gè)問題。他的一位同事常常說，電網(wǎng)不是客戶。真實(shí)的客戶是獨(dú)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(gè)往復(fù)功率更高，這個(gè)好。”他的公司運(yùn)用計(jì)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(chǔ)能體系方面十分有用。他說：“一切儲(chǔ)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(chǔ)能能夠加強(qiáng)整個(gè)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(chǔ)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(chǔ)能開端明確地支撐可再生動(dòng)力，進(jìn)而威脅到化石燃料的位置，那么它或許會(huì)成為一個(gè)黨派問題。“氣候和動(dòng)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(shí)形態(tài)的不同，利益才是根源。”現(xiàn)在，儲(chǔ)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(huì)有輸家，但即使作為一個(gè)社會(huì)和星球，咱們?nèi)耘f獲得了優(yōu)勢。
電網(wǎng)作為一個(gè)整體或許永久不會(huì)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(shí)，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(dòng)力和其貯存將國際重塑。在這樣一個(gè)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(chǔ)罐中來回活動(dòng)。在工業(yè)區(qū)，動(dòng)力庫房跟著重力的呼吸而顫動(dòng);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(dòng)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(gè)有呼吸的體系中動(dòng)態(tài)地發(fā)明和貯存動(dòng)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(dòng)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(dòng)力。咱們對可再生動(dòng)力貯存的態(tài)度也會(huì)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(dòng)力，或許它也能幫咱們留住它。我國儲(chǔ)能網(wǎng)作者：MatthewHutson
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可再生動(dòng)力
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德語單詞Dunkelflaute的意思是"漆黑的低氣壓"。這個(gè)單詞讓可再生動(dòng)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(shí)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(shí)，風(fēng)力渦輪時(shí)機(jī)讓小區(qū)嗖嗖地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。但在晚上，太陽能電池的作用很小，而無風(fēng)的時(shí)分，渦輪機(jī)也毫無作用?？稍偕鷦?dòng)力的更新，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(dòng)力。電力公司不只需求為單個(gè)風(fēng)暴或無風(fēng)的夜晚做計(jì)劃，還需求考慮繼續(xù)數(shù)天或更長時(shí)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(shí)現(xiàn)徹底由可再生動(dòng)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(dòng)力，可是，由于其可再生動(dòng)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(jì)劃是電池，其間運(yùn)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(dòng)電話到電動(dòng)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。可是，一般鋰電池以最大輸出功率運(yùn)轉(zhuǎn)三到四個(gè)小時(shí)后就會(huì)耗盡電量，并且，正如每個(gè)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(diǎn)。想要裝備滿足多的電池以滿意更長時(shí)間的放電是很昂貴的。并且，電池或許會(huì)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(shí)驗(yàn)室(ArgonneNationalLaboratory)阿貢儲(chǔ)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(huì)有費(fèi)事。”供應(yīng)鏈的一點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)都會(huì)強(qiáng)烈影響價(jià)格和供應(yīng)。此外，挖掘這些金屬需求許多的水資源和動(dòng)力，會(huì)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(jià)格是否能在現(xiàn)在基礎(chǔ)上下降30%或更多，并且動(dòng)力部以為即使是30%，降幅依然太小。咱們需求擴(kuò)展儲(chǔ)能規(guī)劃;依據(jù)一項(xiàng)估計(jì)，假如咱們想大幅轉(zhuǎn)向可再生動(dòng)力并避免氣候?yàn)?zāi)禍，到2040年咱們需求至少100倍現(xiàn)在儲(chǔ)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(dòng)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(huì)將可再生動(dòng)力與可再生的存儲(chǔ)辦法結(jié)合起來。
咱們現(xiàn)已有一種可再生的儲(chǔ)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?yàn)殡娏?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(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)再次產(chǎn)生電力。抽水蓄能裝置就像一個(gè)巨大的永久性電池，當(dāng)水被抽到高處時(shí)充電，當(dāng)水流到低處時(shí)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(gè)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(yùn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能或許性的公司之一。上個(gè)月，我坐在一輛福特F-150KingRanch皮卡上，與該公司的運(yùn)營副總裁ScottWright和首席運(yùn)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(huì)在地球的壓力下被擠壓回地上，以此驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(shí)分，我問起2021年2月德克薩斯州停電的事，其時(shí)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(gè)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(shí)需求更好的辦法來貯存電力，這種時(shí)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(gè)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(shí)，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(gè)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(dòng)力風(fēng)險(xiǎn)投資基金(BreakthroughEnergyVentures)。
Quidnet現(xiàn)已從儲(chǔ)能的淘金熱中獲益。2018年，動(dòng)力部設(shè)立了一個(gè)名為“長時(shí)間電力貯存”(DurationAdditiontoelectricitYStorage，簡稱DAYS)的項(xiàng)目，向包含Quidnet在內(nèi)的十個(gè)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(dòng)力法》，其間包含兩黨一起支撐的《更好的動(dòng)力貯存技能法案》，授權(quán)在五年內(nèi)花費(fèi)10億美元用于新動(dòng)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(chǔ)能方針，2018年，聯(lián)邦動(dòng)力管理委員會(huì)發(fā)布了第841號(hào)法令，將儲(chǔ)能歸入電力批發(fā)商場。“人們現(xiàn)已認(rèn)識(shí)到，儲(chǔ)能的年代現(xiàn)已到來，”美國清潔動(dòng)力協(xié)會(huì)的JasonBurwen告知我?？墒?，工程師的白板與現(xiàn)實(shí)之間存在著巨大差距。許多獲得贊助的可再生儲(chǔ)能技能或許終究是很難實(shí)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(shí)，Craig對許多公司的儲(chǔ)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(gè)物體，它就會(huì)貯存勢能;假如你讓這個(gè)物體落下，它的勢能就會(huì)變成動(dòng)能，而動(dòng)能能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)供給動(dòng)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(chǔ)能和緊縮水儲(chǔ)能，或讓物體旋轉(zhuǎn)，或加熱物體等儲(chǔ)能辦法。假如你一開端就運(yùn)用清潔動(dòng)力，并找到一種綠色的辦法來存儲(chǔ)和開釋它，你就發(fā)明晰一個(gè)對生態(tài)環(huán)境擔(dān)任的電池替代品。
Craig說：“我有點(diǎn)驚訝，但也備受鼓動(dòng)，長時(shí)儲(chǔ)能問題的解決計(jì)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(shí)的解決計(jì)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(yùn)上山，然后在需求的時(shí)分石頭又落下來。就連《摩登原始人》里的動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)已想好了一個(gè)問題。我即將看到的是綠色動(dòng)力的未來，仍是一個(gè)在德州村莊進(jìn)行的稀奇而短命的實(shí)驗(yàn)?
直到最近，咱們才開端思考貯存動(dòng)力的新辦法?；剂鲜且粋€(gè)史前的動(dòng)力庫，咱們能夠經(jīng)過燃燒它們和驅(qū)動(dòng)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(yùn)用，”BillGross告知我，他是太陽能發(fā)電領(lǐng)域的長時(shí)間投資者，也是EnergyVault(本錢化程度最高的儲(chǔ)能公司之一)的聯(lián)合創(chuàng)始人。大多數(shù)沒有被立即耗費(fèi)的電力都會(huì)流失。問題是，關(guān)于許多技能來說，“貯存電力的本錢實(shí)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(dòng)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(shí)就會(huì)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?？墒牵挥挟?dāng)能量貯存是可猜測的、快捷的、密集的、且所占空間很小時(shí)，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(yùn)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(dòng)力貯存體系也在盡力實(shí)現(xiàn)密度、快捷性和規(guī)劃的優(yōu)化。緊縮空氣儲(chǔ)能的技能原理能夠追溯到幾十年前，其時(shí)人們將空氣抽入天然或人工地下窟窿，然后再放出。第一個(gè)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?，和抽水蓄能相同，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(chǔ)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(xiàng)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(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。一家英國公司HighviewPower正在采取更極點(diǎn)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(shí)，它敏捷氣化，驅(qū)動(dòng)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(shí)分，空氣會(huì)“以強(qiáng)烈的力氣噴射出來”。該公司現(xiàn)已建立了一個(gè)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(chǔ)能技能。在該公司的實(shí)驗(yàn)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(tái)鉆機(jī)，其桅桿足足有約21米高?，F(xiàn)在能看到一個(gè)藍(lán)色的井口，大約3米高，鄰近有一個(gè)集裝箱巨細(xì)的泵房，幾個(gè)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(shí)分回到水箱。上個(gè)月，Quidnet宣布了一項(xiàng)試點(diǎn)計(jì)劃，向圣安東尼奧的一家公用事業(yè)公司供給他們的儲(chǔ)能技能。
咱們走進(jìn)泵房，賞識(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的活塞、飛輪和一種叫做脈沖阻尼器的東西。一臺(tái)黃色的500馬柴油發(fā)動(dòng)機(jī)靜靜地坐在后邊，隨時(shí)預(yù)備給泵供給動(dòng)力。Weight說：“我喜歡大型機(jī)器、轟隆隆的動(dòng)靜，還有機(jī)油的滋味。”在該體系的商業(yè)版本中，一個(gè)抱負(fù)狀況下由清潔動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的電機(jī)擔(dān)任將水泵入地下，并在水回來時(shí)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(dú)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(jià)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(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)。
從事動(dòng)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(dòng)力部DAYS項(xiàng)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(chǔ)能草創(chuàng)企業(yè)時(shí)，他說：“有些新生技能，假如它們能到達(dá)一定的規(guī)劃，就會(huì)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(shí)驗(yàn)室，真槍實(shí)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(chǔ)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(gè)電網(wǎng)體系。”斯坦福大學(xué)的清潔動(dòng)力研討員NathanRatledge告知我，在電網(wǎng)仍在制造的當(dāng)?shù)?，?chǔ)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(shí)機(jī)徹底跳過化石燃料，直接轉(zhuǎn)向可再生動(dòng)力，由于可再生動(dòng)力更便宜、污染更少?？墒牵粋€(gè)具有更大份額風(fēng)能和太陽能的電網(wǎng)需求更多的存儲(chǔ)能力來克服間歇性的問題。可再生動(dòng)力貯存是“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(huì)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(gè)個(gè)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(gè)井口，每6公里就有一個(gè)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(chǔ)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(gè)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(dòng)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(jì)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(yùn)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(diǎn)水泥混合，就能夠在現(xiàn)場制造廉價(jià)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(dòng)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(gè)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(shí)用，并以此大做文章。(YouTube上一個(gè)名為“EnergyVault是一個(gè)愚笨的主意，這便是原因”的視頻，點(diǎn)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(gè)40層樓高的、四四方方的自動(dòng)化庫房。電梯將運(yùn)用清潔動(dòng)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(yùn)送到修建的中部。當(dāng)需求動(dòng)力時(shí)，這些磚塊將被移送到電梯，電梯帶著磚塊下降，就能夠?yàn)榘l(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(fèi)的電力再生。但即使如此，EVx仍是需求移動(dòng)數(shù)以千計(jì)的磚塊來貯存和開釋能量。一般，動(dòng)力運(yùn)用是一個(gè)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(gè)演示項(xiàng)目正在瑞士的一個(gè)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(gè)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(gè)個(gè)，每15分鐘就能做一個(gè)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(yùn)送磚塊往復(fù)于EVx的電梯。我把手放在一個(gè)硬塑料輪子上。Piconi說，公司仍在對小車的資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，“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(tái)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(huì)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(gè)大屏幕上，咱們看到一個(gè)轎車巨細(xì)的磚塊在小車上來回移動(dòng)，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(yàn)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(dòng)之后小車是否有部件會(huì)開裂。在鄰近，一個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)，它將會(huì)是一個(gè)移動(dòng)的拼圖。相應(yīng)的軟件則需求協(xié)調(diào)電梯和小車的運(yùn)動(dòng)，以便在磚塊加快、減速和升降時(shí)堅(jiān)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(jì)劃局有30年的航空航天項(xiàng)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(dòng)的是磚塊而不是水。當(dāng)它貯存許多的電力時(shí)，修建是虎頭蛇尾的，由于磚塊都在上層;當(dāng)需求放電時(shí)，磚塊就流向修建的底部。Sokhanvari說：“所以，你要使它成為一個(gè)真實(shí)能夠呼吸的、活動(dòng)的東西。”這樣的修建仿佛“一個(gè)活物”。
開發(fā)儲(chǔ)能是有風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)部件或許會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)作為可靠性的支撐。投資者正在向新動(dòng)力公司投入許多資金，但“其間一些項(xiàng)目不會(huì)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(chǔ)能的公司。來自蘇格蘭的Gravitricity公司最近完成了一個(gè)演示項(xiàng)目，該項(xiàng)目將一個(gè)50噸重的塊狀物吊上塔樓，一次吊兩層;它現(xiàn)在計(jì)劃在拋棄的礦井中上下移動(dòng)一個(gè)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(gè)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(gè)斜面頂部和底部的水箱之間移動(dòng)這種流體。這項(xiàng)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)氫，水中的氫氣被電解別離，貯存在地下或儲(chǔ)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(shí)，能夠再次變成水并開釋出電力。
Srinivasan告知我，他常?？吹揭恍┬碌挠?jì)劃，覺得，“嘿，這或許是個(gè)不錯(cuò)的主意。”動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)搖變得愈加滑潤，其間一個(gè)現(xiàn)已在運(yùn)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(chǔ)能體系終究會(huì)降低去碳化的總本錢，但他供認(rèn)，推行會(huì)是一個(gè)問題。他的一位同事常常說，電網(wǎng)不是客戶。真實(shí)的客戶是獨(dú)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(gè)往復(fù)功率更高，這個(gè)好。”他的公司運(yùn)用計(jì)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(chǔ)能體系方面十分有用。他說：“一切儲(chǔ)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(chǔ)能能夠加強(qiáng)整個(gè)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(chǔ)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(chǔ)能開端明確地支撐可再生動(dòng)力，進(jìn)而威脅到化石燃料的位置，那么它或許會(huì)成為一個(gè)黨派問題。“氣候和動(dòng)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(shí)形態(tài)的不同，利益才是根源。”現(xiàn)在，儲(chǔ)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(huì)有輸家，但即使作為一個(gè)社會(huì)和星球，咱們?nèi)耘f獲得了優(yōu)勢。
電網(wǎng)作為一個(gè)整體或許永久不會(huì)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(shí)，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(dòng)力和其貯存將國際重塑。在這樣一個(gè)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(chǔ)罐中來回活動(dòng)。在工業(yè)區(qū)，動(dòng)力庫房跟著重力的呼吸而顫動(dòng);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(dòng)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(gè)有呼吸的體系中動(dòng)態(tài)地發(fā)明和貯存動(dòng)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(dòng)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(dòng)力。咱們對可再生動(dòng)力貯存的態(tài)度也會(huì)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(dòng)力，或許它也能幫咱們留住它。我國儲(chǔ)能網(wǎng)作者：MatthewHutson
標(biāo)簽：
可再生動(dòng)力
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