随着采用可再生能源的能源转型加速，全球在未来几年对电网规模储能系统的需求将迅速上升。专注于气候和ESG的投资银行和咨询集团DAI Magister公司的Oliver Warren表示，储能系统可以帮助电网满足运营可靠性和弹性需求，但锂离子电池储能系统并不是唯一的选择。

　　21世纪20年代被世界经济论坛称为“交付的十年”，被国际可再生能源机构称为“行动的十年”，也将是能源转型的关键十年。然而，为了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，必须更有效地储存能源。

　　HighviewPower公司在英国部署的液态空气储能系统(LAES)

　　根据调研机构PrecedenceResearch公司日前发布的数据，许多利益相关者都将部署长时储能的希望寄托在锂离子电池储能解决方案上，预计在2022年至2023年期间，长时储能市场规模将以每年近20%的速度增长。

　　但现实是，尽管锂离子电池储能系统在全球实现能源净零的道路上发挥着重要作用，但这种储能技术的规模既不巨大，也不经济，无法满足长时储能的要求。

　　因此，需要探索和开发各种可替代的电网规模储能解决方案，以扩展前所未有的储能容量，以减少对锂离子电池的依赖，并推动可再生能源转型。

　　扩展储能系统的规模

　　根据国际能源机构(IEA)发布的研究数据，要想实现全球电力脱碳，到2030年，全球部署的电池储能系统装机容量必须增加40倍以上，达到700GW，约占全球用电量的25%(每年23000TWh）。

　　锂离子电池储能系统在当今电网规模储能系统中占据着重要的地位。随着21世纪20年代是成为储能技术发展的十年，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，但可以提供更低的长期平准化能源成本和更长的工作寿命。

　　长期以来，锂离子电池被誉为电网规模储能系统的主要技术，但它既不经济可行，也不可持续。钴是锂离子电池的组成部分之一，是一种剧毒和造成环境污染的电池材料。钴供应有限也是一个主要问题，特别是考虑到对电动汽车电池和备用电源的需求迅速增长。而依赖锂离子电池也会使用户受到容易受到单一供应链的影响。

　　这并不是说锂离子电池储能系统没有其用武之地，这种电池储能系统应该提供快速频率响应服务，而不是用于备用电源。锂离子电池储能系统最适合替代天然气调峰发电厂（例如开放式循环燃气轮机），并在峰值期间为电网的电力提供补充。然而，与联合循环燃气轮机（CCGT）不同的是，锂离子电池储能系统不具备在一天内持续为负载供电的能力，其持续时间通常在4小时左右。

　　虽然PowerUp公司和Twaice公司等电池分析服务商正在试图解决这一问题，但电池组也容易因未能完成完整的放电和充电循环而受损。

　　此外，锂离子电池的使用寿命有限，在更换之前最多只能使用10年。所有这些因素都使得锂离子电池储能系统难以实现电网规模的应用。必须使用其他替代储能产品。

　　到2030年，全球预计将有超过1.4亿辆电动汽车的部分储能容量被车辆到电网(V2G)技术聚合起来，可以带来超过7TWh的基于锂离子的额外储能容量，但也面临与基于电网的锂离子电池储能系统类似的限制。

　　电池分析服务商TWAICE公司正在实验室测试电池性能

　　可行的电网规模储能替代方案

　　如今，并没有单一的储能技术或解决方案可以满足长时储能需求。长时储能技术的多样化是成功的关键，因此需要依赖于大规模采用多种电网规模的储能解决方案：

　　（1）压缩空气/气体储能

　　新的压缩空气和气体储能技术提供了一种将能量存储为压缩空气或气体的新方法。它们可以在更小的空间储存更多的能量，比电池等其他形式的储能系统储存能量的时间更长。

　　意大利初创厂商EnergyDome公司开发了一种储存可再生能源的方法。该公司开发的长时储能系统将二氧化碳气体压缩成液体，并将其存储在一个巨大的加压穹顶中。二氧化碳的密度比空气高，因此可以储存更多的能量，与低温下的液体空气相比，不需要采用成本高昂的绝缘材料。

　　以色列AugwindEnergy公司通过将压缩空气储存在由独特聚合物制成的大型地下储罐中，实现了大规模的储能。该公司开发的AirBattery储能解决方案只采用空气和水，可以在更高容量下长期安全且经济有效地储存能量。

　　该解决方案的水泵可以使用电网或是可再生能源的电力，AirBattery储能解决方案能够以最低成本连续运行几十年而不退化。

　　英国CheesecakeEnergy公司开发了一种利用热能和机械能的eTanker储能系统，该系统将电力存储为热量和压缩空气。通过电动机驱动压缩机，在高压下将空气和热量储存在储能单元中以储存能量。而在将能量转换成电力时，压缩机可以充当膨胀机，使发电机发电。

　　eTanker储能系统是由可回收原材料制成的持久(20年以上)环保储能解决方案。它可以部署在工业、农业、运输和可再生能源等各种应用场景中，可以取代对锂离子电池储能系统的需求。

　　英国HighviewPower公司开发了用于公用事业和配电网络的大规模储能系统。该公司开发的低成本液体-空气储能解决方案使用低温冷却过程来存储能量以备使用。

　　该储能系统存储来自风力发电和太阳能发电设施的电力，并在低温下以液态空气的形式储存在储罐中。液态空气在需要时被加热，使储存的能量以气体的形式释放出来。然后，这些气体用来驱动涡轮机发电。

　　HighviewPower公司计划筹集4亿英镑来建造世界上第一个商业规模的液态空气储能系统(LAES)，以促进英国的能源转型。在4亿英镑的投资中，该公司计划花费2.5亿英镑建造一个30MW的储能设施，可以存储300MWh的电力。剩下的1.5亿英镑将用于另外四个储能系统的工程建设。该公司已经在英国运行一个5MW的试点储能项目。

　　（2）创新的抽水蓄能发电设施

　　创新的抽水蓄能(PHES)利用可再生能源的电力将水从位置较低的下游水库泵送到较高的上游水库。在峰值电力需求期间，水从上游水库释放出来发电。这种类型的储能系统比传统的抽水蓄能发电设施更高效、更经济，并且占用的土地更少。

　　荷兰初创厂商OceanGrazer公司推出了一种可以部署在海底的海上储能系统。这是一种抽水蓄能系统，通过将海水泵入柔性气囊中，在不同的压力下储存海上风力发电场的电力。当需要供电时，海水可以从这种气囊流出，驱动多个水轮机发电。

　　与现有的大型锂离子电池系统相比，这种创新的抽水蓄能(PHES)设施的建造成本要低得多。此外其工作寿命要长得多，与锂离子电池储能系统的5000～10000次充电相比，它可以持续充电100万次。

　　RheEnergise公司开发了一种“高密度水力发电”储能系统，该储能系统使用无毒的高密度流体，其密度是水的2.5倍，可以利用山坡发电，不需要像传统水力发电设施那样建造大坝。当存储能量时，该储能系统会采用多余的电力用水泵将流体输送到山上的储罐中，在需要供电时，流体将通过涡轮机释放回山下的储罐中发电。与其他抽水蓄能发电设施相比，减少了对环境的影响，降低了成本。

　　这种储能系统可以使英国利用山坡储存能量的潜力，显著地扩大了储能范围和储能容量。该公司预计到2024年将有第一个商业储能系统投入运营。

　　（3）热储能

　　热储能的工作原理通常是将热能储存在水、岩石或土壤等材料中。热量以各种方式储存，包括使用相变材料，在特定温度下吸收和释放热量，储存的热量可以发电。热储能系统可以存储来自太阳能和风力发电设施的多余能量，并在电力需求峰值期间放电，

　　Lumenion公司开发的热储能示范项目

　　Lumenion公司开发的TESCORE解决方案是一种高温的热储能系统，可以将风力发电和太阳能发电设施的电力存储为热能，并且在能量转换时几乎没有损耗。

　　日本东芝、Marubeni和ChubuElectricPower公司在日本环境部的支持下合作开发了一种基于岩石的热储能系统，该储能系统比锂离子电池储能系统和氢气电池更环保、更高效。

　　该热储能系统的储能容量为100kWh，可以使用碎石、砖块、熔盐、混凝土等作为储热材料，据称该热储能系统可以在700°C以上的温度下使用小型储热罐储存热量。

　　在未来的几年里，这几家公司的目标是建造一个500kWh的热储能系统，并启动基于岩石蓄热技术的商业项目。

　　（4）重力储能

　　重力储能是一种利用重力来存储和释放势能的储能形式。它的工作原理是采用电力提高重物存储能量，重物通常由混凝土、砖块或岩石制成，然后在需要电力时降低或放下重物来发电。

　　总部位于瑞士的EnergyVault公司是重力储能领域的市场领导者。该公司这一技术的灵感来自抽水蓄能发电设施。

　　EnergyVault公司是的解决方案采用了专有的机械过程和能源管理系统来存储和调度电力。该解决方案利用可再生能源多余的电力将30吨重的重物提升到更高的高度，并将潜在的能量储存在重物中。该储能系统通过在重力作用下控制重物的下降将能量释放到电网进行发电。

　　能源管理系统可以管理储能系统充放电，同时考虑各种因素，其中包括能源供应和需求波动、天气因素和其他变量。

　　储能是能源转型的一个基本推动因素

　　扩大储能系统的部署规模是当前最紧迫的问题之一，它将决定能源转型是否成功。但考虑到锂离子电池有限的寿命和电网的脱碳，需要明智地投资于正确的储能技术，以获得最大的回报(就储能容量和资本回报而言)。

　　根据美国国家可再生能源实验室(NREL)发布的数据，6小时锂离子电池储能系统目前的资本成本为2000美元/kW，到2030年所需的700GW的电储能系统相当于未来10年约1.5万亿美元的市场规模，每年增加价值将近2000亿美元。

　　根据Pitchbook公司发布的数据，2022年，全球对具有发展前景的储能公司的投资目前仅为90亿美元。随着投资者越来越了解储能市场的关键性质，提供的投资需要呈指数级增长。在能源转型中，储能市场为全球投资者提供了更多的“蓝海”机会。

　　编译：Harris