随着化石燃料转型的加速，未来几年全球对电网规模储能的需求将迅速增加。气候和 ESG 投资银行和咨询集团 DAI Magister 的奥利弗·沃伦 (Oliver Warren) 写道，储能有助于满足对电网可靠性和弹性的需求，但锂离子电池并不是唯一的选择。

 

2020年代被世界经济论坛（WEF）称为“交付的十年”，被国际可再生​​能源机构称为“行动的十年”，是能源转型的关键十年。然而，要充分发挥可再生能源的潜力并实现雄心勃勃的能源转型目标，我们必须具备更有效地储存能源的能力。

 

许多利益相关者将他们的长期存储希望寄托在锂离子 (Li-ion) 电池存储解决方案上，据 Precedence Research 称，该市场预计在 2022 年至 2023 年期间每年增长近 20%。

 

但现实情况是，尽管锂离子电池在实现净零排放的道路上发挥着重要作用，但这项技术既不够稳健，也不够通用，不足以单独满足储能要求。

 

因此，需要能够提供前所未有的存储容量扩展的多种替代电网规模解决方案，以抵消我们对锂离子电池的依赖并推动可再生能源转型。

 

提高产能

根据国际能源署 (IEA) 的数据，要在全球范围内实现电力脱碳，到 2030 年世界储能容量必须增加 40 倍以上，达到总计 700 吉瓦，约占全球用电量的 25%（每年 23,000太瓦时） . 相比之下，这就像将英国的土地面积扩大到美国的面积。

 

类似于“没有人会因为购买 IBM 而被解雇”，锂离子电池在当今电网规模的电力存储中占有类似的地位。2020 年代是储能的十年，投资者需要关注替代储能解决方案，这些解决方案可能需要更高的前期资本支出，但可提供更低的长期平准化电力成本和更长的资产寿命。

 

长期以来被吹捧为电网规模存储的重要技术的锂离子电池既不可行也不可持续。钴提取物是锂离子电池的基本成分，具有剧毒和污染性。有限的钴供应是一个主要问题，特别是考虑到对电动汽车电池和备用发电机的需求迅速增长。在世界上一些最动荡的地区，如刚果民主共和国 (DRC)，完全依赖锂离子技术也使我们容易受到单一供应链和获取关键元素（例如钴）的影响.

 

这并不意味着锂离子电池没有用武之地，但它们的目标应该是快速频率响应，而不是负载跟踪。锂离子电池最适合替代燃气调峰发电厂，例如开式循环燃气轮机 (OCGT)，并在晚高峰期间补充抽水蓄能。然而，与联合循环燃气轮机 (CCGT) 不同，它们缺乏全天负载跟踪的容量和持续时间（超过几个小时的下降）。

 

尽管 PowerUp 和 Twaice 等电池分析公司正在努力解决这个问题，但它们也容易因未能完成完全放电和充电循环而受到损坏。

 

此外，锂离子电池的使用寿命最长可达 10 年，之后才需要更换。所有这些因素使得锂离子电池在电网规模上不可行，因此有必要使用替代品。

 

车辆到电网 (V2G) 技术将使全球预计到 2030 年超过 1.4 亿辆电动汽车的部分存储容量聚合，可能带来超过 7TWh 的基于锂离子的额外储能，这可以可随时取用，但面临与基于网格的锂离子电池类似的限制。

 

电池分析公司 TWAICE 正在对电池进行实验室测试。图片：TWAICE。

可行的网格级存储替代方案

没有单一的杀手级应用程序或技术可以完成这项工作。多元化是成功的关键，这取决于广泛采用多种电网规模的储能解决方案：

 

压缩空气/气体储存

 

新的压缩空气和气体储存技术提供了一种将能量储存为压缩空气或气体的新方法。与电池等其他储能形式相比，它们可以在更小的空间内储存更多的能量，并且储存时间更长。

 

意大利初创企业 Energy Dome 找到了一种意想不到的方式来储存绿色能源。该公司开创性的长期储能系统将 CO 2压缩 成液体并将其储存在一个巨大的加压圆顶中。CO2 的密度高于空气，这导致更密集的能量存储，并且与低温下的液态空气相比不需要先进的材料和昂贵的绝缘材料。

 

Augwind Energy 是一家以色列科技公司，通过将压缩空气储存在由独特聚合物制成的大型储罐中，实现大规模储能革命。该公司的 AirBattery 解决方案仅使用空气和水来安全且经济高效地长期存储高容量能量。

 

该解决方案使用外部能源，无论是来自电网还是可再生能源，都可以为水泵提供动力。AirBattery 可以无休止地循环数十年而不会退化，而且成本最低。

 

Cheesecake Energy 是一家总部位于英国的衍生公司，成立于诺丁汉大学进行的热能和机械能储存研究。该公司开发了一种新的储能系统 eTanker，它可以将电能存储为热能和压缩空气。电动机驱动压缩机将高压空气和热量存储在存储单元中以存储能量。为了发电，相同的压缩机充当膨胀机，使发电机转动。

 

eTanker 是一种持久（20 年以上）且环保的储能解决方案，由可回收原材料制成。它可以部署在各种静态应用中，例如工业、农业、运输和可再生能源发电，从而取代对锂离子电池的需求。

 

Highview Power 也来自英国。该公司为公用事业和配电网络开发了大规模储能系统。Highview 的低成本液气储能解决方案使用低温冷却过程来储存能量以备将来使用。

 

该系统从风能和太阳能等可再生能源中收集能量，并将其以低温液态空气的形式储存在储罐中。液态空气在需要时被加热，导致储存的能量以气体形式释放。然后，这种气体通过为涡轮机提供动力来发电。

 

Highview 计划筹集 4 亿英镑（4.835 亿美元）建造世界上第一个商业规模的液态空气储能 (LAES) 工厂，以促进英国的可再生能源发电。在这 4 亿英镑中，该公司打算斥资 2.5 亿英镑建造一座 30MW 的储能工厂，可储存 300MWh 的电力。剩余的 1.5 亿英镑将用于另外四个地点的工程。Highview 已经在英国运营了一个 5MW 的试验工厂。

 

创新抽水蓄能

 

创新的抽水蓄能 (PHES) 使用可再生能源将水从下层水库抽到上层水库。在需求旺盛的时期，水从上层水库中释放出来发电。这种类型的储能比传统的抽水蓄能更高效、更具成本效益，并且需要更少的土地。

 

荷兰初创公司 Ocean Grazer 提出了一种独特的海上储能系统，可以部署在发电源头。Ocean Battery 是一种抽水蓄能系统，通过将水来回泵入柔性囊状物中以不同压力储存，从而储存来自海上风电场的能量。当需要电力时，水从气囊冲回水库，驱动多个水力涡轮机发电。

 

与现有的大型锂离子电池系统相比，海洋电池的建造成本要低得多，后者需要由海运集装箱制成的大型平台。此外，与锂离子电池提供的 5,000-10,000 次充电周期相比，Ocean Battery 的使用寿命要长得多，最多可充电 100 万次。

 

RheEnergise 开发了一种“高密度水电”系统，可以从山上而不是山脉或水坝墙储存和释放电力。与其他系统相比，它在闭环抽水蓄能系统中使用了一种无毒、高密度的添加剂。这使其能够产生传统抽水蓄能系统 2.5 倍的能量，同时还减少了对环境的影响并降低了成本。

 

高密度水电系统有可能使英国各地的山坡能够为该国的电力供应储存能量，从而大大扩大抽水蓄能的范围和输出。该公司预计到 2024 年将其第一个商业系统投入运营。

 

Lumenion热能储存示范项目。图片：Lumenion

能量储存 energy vault 奥地利Energy Vault 重力存储系统的渲染图。图片：能量库。

热能储存

 

热能储存的工作原理是将热能储存为热量，通常储存在水、岩石或土壤等材料中。热量以多种方式储存，包括使用在特定温度下吸收和释放热量的相变材料。然后储存的热量可以发电。热能储存可以在能源需求高峰时段或可再生能源不可用时储存来自太阳能、风能或其他可再生能源的多余能量

 

Lumenion是一家提供大规模储能解决方案的可再生能源存储技术公司。该公司的TESCORE 解决方案是一种高温存储系统，可将波动的风能和太阳能光伏发电存储为几乎无损耗转换的热能。

 

日本公司 Toshiba、Marubeni 和 Chubu Electric Power 在日本环境省的支持下合作开发了一种试点岩石热能存储系统，该系统比锂离子电池和氢更环保、更高效。

 

该系统容量为100kWh，可使用碎石、砖块、熔盐、混凝土等储能材料。到目前为止，据称该系统可以使用小型储热罐在 700°C 以上的温度下储存热量。

 

在接下来的几年里，目标是建造一个容量为 500kWh 的更大设施，并启动基于岩石蓄热技术的商业项目。

 

重力存储

 

重力储能是一种利用重力来储存和释放势能的储能形式。它的工作原理是举起通常由混凝土、砖块或岩石制成的重物，然后在需要时释放它们来发电。

 

Energy Vault总部位于瑞士，是重力存储领域的市场领导者。该公司的突破性技术受到抽水蓄能电站的启发，抽水蓄能电站依靠重力和水的运动来储存和释放电力。

 

他们的解决方案采用专有的机械过程和能源管理系统来存储和调度电力。当可再生能源发电量很高时，该解决方案利用该能量将 30 吨重的砖块提升到更高的高度，并利用砖块中储存的势能。该系统通过砖块在重力作用下受控下降，将动能释放回电网以发电。

 

管理系统协调能源充电/放电，同时考虑各种因素，包括能源供需波动、天气因素和其他变量。

 

存储是能源转型的基本推动力

我们扩大储能容量的能力是最紧迫的问题之一，它将决定这个定义性的“过渡”十年是否成功。但鉴于锂离子电池的使用寿命有限和电网脱碳，我们需要明智地投资于能够获得最大收益（在 GWh 容量和资本回报方面）的正确技术。

 

按照美国国家可再生能源实验室 (NREL) 为 6 小时锂离子电池存储提供的当前每千瓦资本成本 2,000 美元计算，到 2030 年所需的 700GW 容量相当于未来十年约 1.5 万亿美元的市场，使其每年价值近 2000 亿美元。

 

根据 Pitchbook 的数据，到 2022 年，全球对有前途的储能公司的年度投资目前仅为 90 亿美元。随着投资者越来越清楚这个市场的关键性质，投资需要呈指数级增长。在能源转型中，储能市场为当今世界任何地方的投资者提供了最大的“蓝海”机会之一。