文| 国际能源网
近期，一个词汇收到很大关注：长时储能（long-duration energy storage) 。对于多长算长时，国际上并没有明确定义。美国能源部是将其定义为额定功率下连续放电大于等于10小时。但也有机构给出的定义是：可实现跨天、跨月，乃至跨季节充放电循环的储能系统。
长时储能的概念虽然近期才出现，但人类长时储能的实践却是有超长历史了。其中最为人所知的就是抽水蓄能，目前它仍旧在世界范围内储能占比最大。
基于重力的抽水蓄能是一种古老而成熟的储能技术。虽然建造成本和周期稍长，但设施一旦建成，其储能成本就会非常低，且可以存储大量的能源。难关主要表现在选址，必须选定合适的地址，且不能破坏生态环境。
除了抽水蓄能这一方式，人类已经开发和正在开发多种长时储能技术。
核电池：微型化和民用化正在推进中
人类探测器飞得最远的是什么？无疑是“旅行者一号（Voyager 1）”。这颗从1977年发射出去的探测器，直到今天仍然飞行于星际空间，已离太阳超211亿公里的距离，虽然它返回地球的数据和信号已经越来越弱，但是人们还是知道它还在。有没有想过它为什么会有这么强劲的动力，能支持它跑那么远？
除了飞行过程中获得引力弹弓所赋予的速度（没错，就是《流量地球》中所使用的那种方式，在接近某行星时利用其引力获得加速度）之外，是人类为旅行者一号安装的两枚核电池帮助它脱离地球引力、变轨、调整飞行姿态、传送照片和数据等等。
“旅行者1号”上的电池是两枚钚电池，当时设计的能量是能够保证它继续飞行至2025年。核电池放电原理是，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用就能够产生电流。通常不稳定(即具有放射性)的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的。军事和航空航天领域用核电池比较多，旅行者一号即是。这类核电池体积往往很大。削减体积是核电池面临的重大难关之一。但是这一方向一致吸引着科技家，因为当体积缩小到可以民用时，它为产品所提供的动能甚至可能比产品本身寿命都要长。核电池微型化、安全化，吸引着科学家持续不断地进行研究。现在已经略有小成，由美国密苏里大学计算机工程系研究组研发出的“核电池”体积小电力强。大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，但电力是普通化学电池的100万倍。微型核电池其优点首先就是电量充足而且稳定，缺点就是具有放射性污染。如何保证其安全性，也是人类的重大任务。任何一种有质量的物体下落时，重力所带来的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用这种原理。现在有一家公司在用混凝土砌块来实现这一储能方式。他们的方案是，通过起重机将成千上万个特制的混凝土块堆放成塔台，然后在需要释放能量时再把它们放下，从而存储多余的能量。这是初创厂商EnergyVault公司提出的一个挑战性概念，他们认为抽水蓄能太挑地儿了，用混凝土砌块的话就能避免地理条件的限制。于是公司采用混凝土和起重机等其他行业成熟的技术开发推出了这种储能技术。这一技术充满了争议性，很多人认为，在处处都讲究高科技的当今，这样的方案也太低科技了。但是无论如何，这种方式确实能产生能量和储能能量。富有的争议性也为公司带来了该公司有史以来最大的一笔投资：去年夏天从日本软银集团获得了1.1亿美元投资。而印度塔塔电力公司与EnergyVault公司签署了一个35MWh小型项目的合同，这表明了有些客户对这种储能技术产生了兴趣。
EnergyVault公司表示，如果该系统已启动并正在运行，则可以建立许多信任关系。建立适用于商业实践的功能对于该储能技术至关重要。但也有人质疑，首先建造基础设施的成本高昂，其次为了增加能量密度，必须使用大重量的铁块，这增加了线缆的成本和要求，定期维护和更换是必须的，不然那么重的东西砸到地上，大概率是要引起地震的。空气压缩储能技术分为地下压缩空气储能技术和液态空气储能技术。地下空气压缩是将地下空间作为巨型储存罐，使用多余的电能将压缩空气泵入地下空间，在需要时释放压缩空气可使发电设施重新发电。近期有两家盐穴空气压缩工程进行并网发电阶段。9月30日，江苏金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目并网试验成功，作为世界首个非补燃压缩空气储能电站并网试验成功，标志着我国新型储能技术的研发和应用取得重大进展。10月8日，山东肥城盐穴先进压缩空气储能调峰电站一期10兆瓦(MW)示范电站顺利通过验收，并正式并网发电。这标志着国际首个盐穴先进压缩空气储能电站已进入正式商业运行状态。另外在贵州毕节、河北张家口也都有大规模空气压缩储能项目面世。
但是，这种储能技术通常受到地理环境的限制，也有很多公司在探索突破地域限制的地下空气压缩方案，加拿大储能开发商Hydrostor公司采用了不同的方法：将压缩空气泵入现有的洞穴中(例如废弃的矿井)，并用水保持恒定压力，其目标是使压缩空气储能技术摆脱受到地质条件的限制，同时采用其他成熟行业的设备而将技术风险降至最低。液态空气储能方面，将空气压缩并将其存储在加压的储罐中，其空气压缩设备和发电机来自成熟行业已建立的供应链。这种创新的储能技术可用于电网规模储能系统。英国储能开发商HighviewPower公司经过15年的开发和改进，致力于将其开发的液态空气储能试点项目转变为大型商业储能设施。液流电池一直被认为是具有前途的长时储能技术，同时有好几个液流方案在电化学储能赛道上和锂电池并驾齐驱。Zinc8, Primus, Invinity 等欧美电池创业公司主攻的是锌液流电池。日本的钒电池生产是以住友电工为代表。液流电池厂商ESS公司、Avalon公司、英国液流电池厂商RedT公司也都以钒电池研究为主要方向。近期进入商业化的长时储能技术还冒出了铁空气电池，它剑走偏锋，而且目前属于技术保密阶段，所以其神秘性也吸引了很多关注。铁空气电池是长时储能明星公司Form Energy发布的，该公司一直对其技术保密，直到该公司宣布已完成2亿美元的D轮融资才对外公布其采用的电池技术是什么。铁-空气化学电池的基本原理基于铁的可逆氧化（生锈）。当铁-空气化学电放电时，空气中的氧气会使铁生锈。然后当它被充电时，铁锈通过电流的应用被转化回铁。这个过程排放的唯一物质是氧气。该公司声称，采用这种电池的储能系统持续放电时间长达100个小时，其成本与现有化石燃料发电厂相当，并且可能比锂离子电池储能系统低10倍以上。其目标是在靠近部署所在地的地方生产铁-空气化学电池，并使用在当地采购的铁矿石。公司称，即使在极端天气导致电网中断多日的情况下。铁空气电池具有极低的成本、安全性、耐用性和全球可扩展性，是平衡可再生能源发电多日变化的最佳解决方案。Form Energy公司第一个项目将于2023年在明尼苏达州投入运行。除了以上新方案，斯坦福大学崔毅教授也在2020年成立了EnergyVenue，主打航天领域应用广泛的金属氢电池，计划与香港中华煤气公司开展试验项目。此外，还有热储能（例如熔盐储能)，化学储能（氢、氨）等技术也逐渐进入人们的视野。
长时储能技术多数方案仍处于百家争鸣的中早期研发示范阶段，孰胜孰劣尚未揭晓。但为了存储更充足更长久的能源，人类一直在努力。“十四五”初年，在“双碳目标”背景下，为助力能源转型，促进企业创新、产业变革与社会可持续发展，国际能源网凭借16年蓄积之力，继续构筑产业重磅年度盛会。
“2021第六届中国光伏产业论坛”将于2021年11月15-16日在北京举办。论坛以“能源转型 光伏先行”为主题，将深入解读新时代能源高质量发展形势与政策，探讨新型电力系统下光储充一体化的发展机遇，宣扬业内新技术、新产品与创新理念，探索光伏产业发展新目标，并对光伏产业各先进企业进行表彰，凝心聚力为实现碳达峰、碳中和献计献策！