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美國國家可再生(sheng)能源實驗(yan)室（NREL）研究員Kerry Rippy發表文章，題目是(shi)：These 3 energy storage technologies can help solve the challenge of moving to 100%renewable electricity（這三種(zhong)儲能技術突破(po)有(you)助于(yu)解決向100%可再生(sheng)電力轉變）。

近幾十年來，風能(neng)和太陽能(neng)發(fa)(fa)電(dian)(dian)的(de)成(cheng)本大(da)幅下降(jiang)，這(zhe)也是美國能(neng)源(yuan)部預測到2050年可(ke)(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)將成(cheng)為美國增長最(zui)快的(de)能(neng)源(yuan)來源(yuan)的(de)原(yuan)因(yin)之一。然(ran)而，儲(chu)存能(neng)量仍然(ran)相對昂貴。而且，由于可(ke)(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)發(fa)(fa)電(dian)(dian)并非(fei)總是可(ke)(ke)用，儲(chu)能(neng)是必不可(ke)(ke)少的(de)。

在美(mei)(mei)國(guo)國(guo)家可(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)實驗室（NREL）最近的一份報告中，研(yan)究人員估計，到(dao)2050年(nian)美(mei)(mei)國(guo)可(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)存(cun)儲容量將(jiang)有可(ke)能(neng)增(zeng)加3000%，未(wei)來(lai)需要儲能(neng)技(ji)術在三(san)方面突(tu)破來(lai)幫助實現這一目標。

更長的放電時間

從用于(yu)小型(xing)電(dian)(dian)(dian)子產品的(de)堿(jian)性(xing)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)到(dao)用于(yu)汽車(che)和筆記本(ben)電(dian)(dian)(dian)腦(nao)的(de)鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，大(da)多數人已經在(zai)日(ri)常(chang)生活(huo)的(de)許多方(fang)面使用電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，但電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)仍有很大(da)的(de)改善空間。例如，具有長放電(dian)(dian)(dian)時(shi)間（最多10小時(shi)）的(de)大(da)容(rong)量電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)在(zai)夜間儲存太陽能或增加電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車(che)的(de)續(xu)航里程方(fang)面很有價值，但目前很少有電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)達到(dao)這種(zhong)水平(ping)，根據最近的(de)預測，到(dao)2050年(nian)這種(zhong)性(xing)能的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)裝機容(rong)量可(ke)能超過100千(qian)兆(zhao)瓦，是胡佛大(da)壩發電(dian)(dian)(dian)能力的(de)50倍。

儲能電(dian)池(chi)最大的(de)障礙之一是鋰和(he)(he)鈷的(de)供應有限，而鋰和(he)(he)鈷目前是制造輕質、高功率電(dian)池(chi)的(de)關鍵。據估計，2050年世界上(shang)約10%的(de)鋰和(he)(he)幾(ji)乎所有的(de)鈷儲量將被耗(hao)盡。此外，世界上(shang)近70%的(de)鈷是在剛果開(kai)(kai)采的(de)，開(kai)(kai)采條件長期以來(lai)被證(zheng)明不(bu)盡人(ren)意。

科(ke)學家們(men)正致力于(yu)開發鋰和鈷電(dian)池的回收技(ji)術，并基于(yu)其(qi)他(ta)材料設計(ji)(ji)電(dian)池。特(te)斯拉(la)計(ji)(ji)劃在未來幾年內生(sheng)產無鈷電(dian)池。其(qi)他(ta)人的目標是用鈉代替(ti)鋰，鈉的性質與鋰非常相似，但(dan)地(di)球上蘊(yun)藏量要(yao)豐富得多。

更安全的電池

另一個優先事項是(shi)使電(dian)池更(geng)安(an)全。特別需要改進(jin)的領域是(shi)電(dian)解質，通常是(shi)液(ye)體(ti)，使得電(dian)荷從電(dian)池的陽極(ji)或負(fu)極(ji)端(duan)子(zi)流向陰極(ji)或正極(ji)端(duan)子(zi)。使用電(dian)池時(shi)，電(dian)解液(ye)中的帶電(dian)粒子(zi)四處移動，以平衡從電(dian)池中流出(chu)的電(dian)量。電(dian)解質通常含有易燃材料，如(ru)果泄漏(lou)可(ke)能過熱起火或熔(rong)化。

科學家們正在開發固(gu)體(ti)電(dian)解(jie)質，這(zhe)將使電(dian)池更加堅固(gu)。顆粒在固(gu)體(ti)中的(de)移動(dong)比在液(ye)體(ti)中的(de)移動(dong)困難(nan)得多，但令人(ren)鼓舞的(de)實(shi)驗(yan)室(shi)規模的(de)實(shi)驗(yan)結果表明，這(zhe)些電(dian)池在未(wei)來幾(ji)年內可以用于電(dian)動(dong)汽(qi)車，商業(ye)化的(de)目標日期最早(zao)為2026年。

雖(sui)然(ran)固態(tai)電(dian)(dian)池(chi)非(fei)常適合消費電(dian)(dian)子產品(pin)和電(dian)(dian)動(dong)汽車，但對于大(da)規模的能量儲存，科(ke)學家們正在研究液流電(dian)(dian)池(chi)，其電(dian)(dian)解液和電(dian)(dian)極都(dou)是液體。這(zhe)種技術允許超快速充電(dian)(dian)，容(rong)易(yi)作(zuo)出真正的大(da)電(dian)(dian)池(chi)。目前，這(zhe)些(xie)系統非(fei)常昂貴，科(ke)研的重點是降(jiang)低成本。

將太陽能儲存為熱量

在某些情(qing)況(kuang)下，其(qi)他(ta)可再生(sheng)能(neng)源(yuan)存(cun)儲(chu)(chu)解決(jue)方案的(de)成本(ben)低于(yu)電(dian)(dian)池。例如，太(tai)陽能(neng)光熱(re)發電(dian)(dian)廠使(shi)用(yong)(yong)鏡(jing)子(zi)來(lai)(lai)聚焦太(tai)陽光，從(cong)而加熱(re)數百(bai)或(huo)數千噸(dun)鹽(yan)直(zhi)到(dao)其(qi)融(rong)化(hua)。然后，這些熔鹽(yan)被用(yong)(yong)來(lai)(lai)驅動發電(dian)(dian)機，就(jiu)像煤或(huo)核能(neng)被用(yong)(yong)來(lai)(lai)加熱(re)蒸汽(qi)和驅動傳統電(dian)(dian)廠中的(de)發電(dian)(dian)機一樣(yang)。這些儲(chu)(chu)熱(re)材料(liao)也(ye)可以(yi)在陰天，甚至在晚(wan)上儲(chu)(chu)存(cun)起來(lai)(lai)發電(dian)(dian)，可以(yi)實(shi)現24小時發電(dian)(dian)。這種方案也(ye)可以(yi)適用(yong)(yong)于(yu)非太(tai)陽能(neng)發電(dian)(dian)技術。例如，風力發電(dian)(dian)產生(sheng)的(de)電(dian)(dian)可以(yi)用(yong)(yong)來(lai)(lai)加熱(re)鹽(yan)，以(yi)便在不刮(gua)風的(de)時候使(shi)用(yong)(yong)。

光(guang)熱太(tai)陽能聚焦(jiao)發(fa)電仍然相對昂貴，為(wei)了與(yu)其(qi)他形(xing)式(shi)的(de)(de)(de)能源生產和儲存(cun)競(jing)爭，光(guang)熱發(fa)電需要提(ti)高效(xiao)率。實(shi)現這一(yi)(yi)(yi)目標(biao)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)種方(fang)法(fa)是(shi)(shi)提(ti)高鹽(yan)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)熱溫(wen)度(du)，從而實(shi)現更(geng)(geng)高效(xiao)的(de)(de)(de)電力生產。不幸的(de)(de)(de)是(shi)(shi)，目前使用的(de)(de)(de)鹽(yan)在高溫(wen)下不穩定。研究人員正(zheng)在努力開發(fa)新的(de)(de)(de)鹽(yan)或其(qi)他材料，可(ke)以承受高達705攝(she)氏度(du)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)。如何達到更(geng)(geng)高溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個主(zhu)要想(xiang)法(fa)是(shi)(shi)加(jia)(jia)熱沙(sha)子(zi)而不是(shi)(shi)鹽(yan)，因為(wei)沙(sha)子(zi)可(ke)以承受更(geng)(geng)高的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)。美國(guo)能源部最近根據這一(yi)(yi)(yi)概(gai)念，為(wei)一(yi)(yi)(yi)個示(shi)范(fan)性光(guang)熱太(tai)陽能發(fa)電廠提(ti)供資金。

先進可再生燃料

電池可(ke)用(yong)于(yu)短期儲(chu)能，而(er)光熱太陽能發電廠有助于(yu)穩定電網。然(ran)而(er)，公(gong)(gong)用(yong)事業也需要無限期地(di)儲(chu)存(cun)大量(liang)能源，這是氫和氨等(deng)可(ke)再生燃料的(de)作用(yong)。當風力渦輪機(ji)和太陽能電池板的(de)發電量(liang)超過公(gong)(gong)用(yong)事業公(gong)(gong)司客戶的(de)需求時，公(gong)(gong)用(yong)事業公(gong)(gong)司將通過剩余(yu)電力生產(chan)這些燃料來儲(chu)存(cun)能量(liang)。

氫(qing)和(he)氨每磅比電(dian)池含有更多(duo)的(de)能(neng)量，可用于運輸重型貨物和(he)運行重型設備，以(yi)及用于火箭(jian)燃料。目前這些(xie)燃料大多(duo)是(shi)由天然氣或其他(ta)不可再生(sheng)的(de)化石燃料通過極其低效的(de)反(fan)應(ying)制(zhi)成的(de)。但到今天為止，世界上大多(duo)數氫(qing)氣是(shi)由天然氣制(zhi)成的(de)。

科學家(jia)們正在(zai)尋找利用可再生電(dian)力生產氫(qing)氣和其他燃料(liao)的方法，例如可以通過電(dian)分(fen)解水分(fen)子來制(zhi)造氫(qing)燃料(liao)。這里(li)關鍵的挑戰(zhan)是(shi)(shi)優(you)化流程，使其高效、經濟。如果成功，氫(qing)能潛在(zai)的回報是(shi)(shi)巨(ju)大的：取之不(bu)盡、用之不(bu)竭(jie)、完(wan)全可再生的能源。