科技創(chuàng)新世界潮|簡單直接技術，解決儲能難題

在芬蘭赫爾辛基以北約450公里處，有一座廢棄的礦井。盡管這里位置偏遠，但正受到人們的密切關注。因為它有望在能源領域發(fā)揮革命性作用，不過原因可能和人們想的不太一樣。

這座礦井名為皮哈砂麥，曾出產豐富的鋅和銅，但如今它將利用重力來創(chuàng)造新的價值。作為歐洲最深的金屬礦，它是建造重力儲能倉的理想地點。一家名為Gravitricity的英國公司就計劃將其改造成一種超大號的重力電池：將重物懸掛在礦井深處，并將該裝置與發(fā)電機相連。通過提升重物將電能存儲為勢能，然后讓重物下落再次產生電能。

英國《新科學家》網站近日刊文表示，這個方法聽起來雖然很簡單，但這正是它的精妙之處。各國政府都在努力解決間歇性可再生能源的一個大問題：如何在沒有風或陽光的時候保持電力供應。到目前為止，他們主要關注氫能、核能和鋰離子電池等昂貴的技術。如果能以更基本的方法解決間歇性問題，同時減少電費和排放，豈非更好？

重力儲能倉或許只是一個開始。許多公司正在探索利用鹽、沙子、水甚至熱磚等看似普通的材料來開發(fā)新的儲能方法。這些看似簡單直接的技術，可能正是解決我們這個時代最緊迫挑戰(zhàn)的方案之一。

有高度差就能發(fā)電

任何一種有質量的物體下落時，重力所帶來的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用這樣的原理。這需要兩個位于不同高度的湖泊，在電力供應過?；騼r格低廉時，用這些電力將水從低處抽到高處；待需要電力時，再讓水從高處流下，驅動渦輪機發(fā)電。這種方式既高效又相對便宜，但缺點是并非所有地方都有適合抽水蓄能的湖泊。

Gravitricity公司使用的方法也是重力儲能技術。該公司不使用湖泊和水，而是計劃利用像皮哈砂麥那樣的礦井。這樣的礦井遍布世界各地。例如，該公司還計劃在德國和捷克共和國的工廠推進其技術。2022年，他們在英國愛丁堡建造了一個地面演示裝置，可以將兩個重達25噸的配重塊用鋼纜懸掛在空中，展示了重力儲能技術的實際應用效果。

當然，即使沒有礦井，重力儲能技術依然可行。2020年，奧地利國際應用系統分析研究所提出了一種類似纜車的重力儲能系統，通過將沙子或礫石運送到山坡上，然后在需要電力時將它們迅速滑下以產生能量。

目前來說，還很難斷定這些基于重力的想法是否真能成功。但在即將出現的“極簡”儲能方案中，重力儲能絕非唯一。

鐵生銹也能用于儲能

Gravitricity公司在愛丁堡的演示裝置可舉起兩個25噸重的物體。
圖片來源：《新科學家》網站

另一個思路是，保留電池的基本概念，但去除其中的復雜和不穩(wěn)定因素。這一理念下有多種思路，其中之一便是用相對廉價的鈉來替代昂貴的鋰。位于美國馬薩諸塞州的Form能源公司便研發(fā)出了一種鐵空氣電池，其關鍵元素竟是再普通不過的鐵銹。這款電池的工作原理相當直觀：充電時，電流通過電化學作用將氧化鐵（鐵銹）轉化為鐵，釋放氧氣；放電時，電池則從空氣中吸收氧氣，使鐵重新變回鐵銹，從而產生電流。

Form能源公司的每塊電池大小與洗衣機相當，因此并不適合用于電動汽車。但對于電網級別的儲能系統來說，這樣的尺寸卻恰到好處。Form能源公司表示，他們的鐵空氣電池經過特別設計，能以低于傳統電池的成本儲存100小時的電力。在超過3.6億美元的資金支持下，該公司已開始在西弗吉尼亞州建設其首家電池工廠。

當然，在探討如何簡化儲能技術時，人們不應忽視熱能這一重要領域。

用磚塊和熔鹽儲熱

Rondo能源公司制成熱電池的磚塊在生產設施內整齊排列。
圖片來源：《新科學家》網站

熱能儲存（TES）雖然不常見，但已有眾多企業(yè)看到了其巨大潛力。如總部位于美國加利福尼亞的Rondo能源公司正在開發(fā)一種產品，可利用巨大的黏土磚作為熱能儲存介質。將磚塊夾在兩個加熱元件之間，就像烤面包機中的吐司一樣，能夠儲存能量數天之久。

如果用可再生能源將黏土磚加熱至1500℃，這些熱能就可以直接用于工業(yè)生產，或者用于產生蒸汽，驅動渦輪機再次發(fā)電。

這些巨大的“磚頭烤爐”需要建在它們所服務的工廠附近，熱能通過絕緣管道輸送。這種系統簡單易行，因此成本低廉。Rondo能源公司估計，采用這種方式儲存電力，成本大約是綠色氫氣的一半。

歐洲也在積極擁抱熱能儲存技術?？偛课挥谂餐腒yoto公司從摩洛哥瓦爾扎扎特-努爾太陽能發(fā)電站獲得靈感。在那里，一排排巨大的鏡子將陽光反射到塔頂，將熔鹽加熱至約1000℃。儲存的熱能可為當地供電，即使在太陽落山后也能持續(xù)供電。Kyoto公司計劃將這種技術引入歐洲。