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    他山之石:美國如何構建電池儲能系統和下一代儲能技術?

    導讀:日前極客網分享了美國對于下一代儲能技術的設想(美能源部國家實驗室負責人:美國需要繞過鋰電開發下一代儲能技術),今天我們繼續來了解他們將如何做。

    極客網·新能源9月24日 美國能源部下屬的三個主要國家實驗室的部門主管日前接受行業媒體的采訪,對美國如何構建電池儲能系統的價值鏈以及開發下一代儲能技術進行了分析和探討。 

    勞倫斯伯克利國家實驗室(Berkeley Lab)、勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)和SLAC國家加速器實驗室的三名主管指出,美國在全球范圍內面臨激烈的競爭,而在鋰離子電池的原材料到成品的各方面都嚴重依賴進口,但美國有能力超越當前的鋰離子電池技術,開發更新的創新電化學技術以及下一代儲能技術。

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    美國能源部三個主要國家實驗室致力為電池創新者和制造商提供專業知識和技術的支持,為電池價值鏈中的廠商和用戶提供專業知識、資源和技術方面的援助。同時這些實驗室還研究用于電動汽車等行業應用的電池。此次受訪者分別是SLAC國家加速器實驗室應用能源部門總監Steve Eglash,伯克利實驗室儲能中心執行董事Noel Bakhtian,以及勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)科技副主任Tony Van Buuren。

    問:電池材料分析機構Benchmark Mineral Intelligence公司指出,電池需求增長與供應之間嚴重脫節,尤其是在原材料供應方面。請問你對當今用于電池儲能系統的鋰離子電池供應鏈有何看法? 

    Steve Eglash:電池制造業的蓬勃發展和電池需求的急劇增長并不是由儲能行業驅動的,而是由電動汽車行業驅動的。但在不久的將來,將會受到儲能行業的驅動。 

    毫無疑問,如今的電池供需失衡。為什么汽車制造商在很多情況下都無法獲得他們想要的電池數量?我認為制造能力比原材料更重要。而對于儲能系統來說,我認為主要問題是價格和性能。 

    總的來說,為電動汽車制造的鋰離子電池在能量密度、價格以及提供更多能量等方面并不理想。雖然當前的電池性能對于電動汽車來說綽綽有余,但它們仍然不是適用于電池儲能系統的產品。 

    限制儲能部署快速增長的不是供應鏈,而是沒有更合適的電池產品。我認為這種情況在未來幾年內仍會存在。有些電池可以最大限度地提高功率密度,從而減輕重量適配電動汽車輕量化需求,但對于固定儲能應用來說并不重要。 

    與電動汽車所需續航時間的較短的電池相比,電池儲能系統的電池持續放電時間將超過12小時或24小時,甚至96小時。因此,電池供應鏈的問題對于儲能行業和交通運輸應用的影響不同。 

    NoelBakhtian:我們看到電池在運營和供應方面面臨困難,而且速度正在放緩。我認為這是制造業的問題,因為美國生產的電池很少,而全球的電池主要來自歐洲和中國。 

    令人興奮的是,全球用戶對電池的需求飆升,而電池儲能行業顯然是其中的一個重要部分。根據預測,到2030年電池行業需要投資2600億美元。 

    伯克利實驗室目前具有研究氫氣儲能的團隊,也有研究液流電池的團隊,并研究熱儲能、壓縮空氣儲能等其他類型儲能技術。 

    伯克利實驗室的儲能中心如今正在研究兩個主題,其中一個是電池供應鏈。我們正在與美國能源部和供應鏈領域的其他實驗室密切合作。 

    問:儲能技術上需要采用適合的電池,是不是已經有這樣的產品,但沒有實現商業化生產,或者沒有大規模建造? 

    Noel Bakhtian:如果說的是持續放電時間兩到四個小時的電池儲能系統,鋰離子電池當然是理想的選擇。但是,在過去幾年美國能源部和行業廠商大力推動長時儲能的情況下,其他一些儲能技術在降低成本方面更具意義。 

    Steve Eglash:我們專注于電化學儲能的研究,或者研究類似電池的技術(例如液流電池和燃料電池),我們的研究將在多個方面同時進行。 

    伯克利實驗室和SLAC國家加速器實驗室有大量研究人員在開發和研究新的化學物質,而關鍵礦物和材料是研究的重要組成部分。 

    電池需要采用地球上豐富的材料,并且能夠以環保方式獲得,可以在美國本土或友好國家獲得,最終不會過度依賴進口電池產品或原材料。此外,對電池還需要完整的生命周期的分析,其中包括具體的能源回收和再利用,以及水資源的利用。 

    問:作為美國能源部下屬的國家實驗室,你們的研究工作將與美國政府的目標和美國能源部的優先事項保持一致?!督档屯浄ò浮纷罱@得通過,這將激勵美國國內制造業,而在此之前不久也通過了《兩黨基礎設施法》。這可能會產生什么樣的影響? 

    Steve Eglash:《兩黨基礎設施法》正在為美國建設基礎設施提供大量資金,我們作為美國能源部的技術機構獲得了一些研發資金。 

    在大多數情況下,《兩黨基礎設施法》提供的數十億美元將提供給參與部署和擴大規模的能源開發商、公用事業公司和其他組織。而國家實驗室可以發揮重要的貢獻和作用,這些資金可以幫助構建真正可擴展的解決方案。 

    Noel Bakhtian:用于電池的研究的資金將有70億美元,例如伯克利實驗室已經獲得了30億美元。

    問:歐盟投入大量資金構建電池價值鏈,歐洲電池聯盟是實現這一目標的主要工具。這有什么借鑒之處嗎? 

    Noel Bakhtian:歐盟實際上投入了更多的資金,遠遠超過美國投入的70億美元,而且他們已經為此努力了多年。我們實際上是在努力追趕,并從中吸取經驗和教訓。 

    歐盟委員會副主席馬羅斯·塞夫科維奇最近與華盛頓特區的官員會面,他們就開展合作達成了協議。我們在伯克利實驗室與歐洲電池聯盟高層進行了交流,并與加州能源委員會就如何更好地合作開展了一次圓桌會議。 

    而令人感興趣的是,我們在一開始就關注到了電動汽車行業對電池的需求。其部分原因是,隨著電動汽車越來越受歡迎,世界各國正在禁止或限制燃油汽車的銷售和生產。

    在儲能技術的研究方面,伯克利實驗室在電網建模和分析方面擁有很強的能力,我們必須弄清楚真正的需求是什么。雖然在儲能材料和技術方面進行創新,但電網技術也需要創新,并且需要了解正確的組合將是什么。 

    問:國家實驗室可以為儲能技術做出什么貢獻? 

    Steve Eglash:儲能技術是我們三個實驗室的一個主要研究領域,也是美國能源部的優先事項。 

    毫無疑問,更多地部署和使用儲能系統可以使用電網運營更可靠、更有彈性,能夠更好地整合越來越多的可再生能源,而這些可再生能源的發電通常是不可調度的。 

    儲能系統不僅支持更多的可再生能源,也將支持能源轉型。毫無疑問,未來需要部署更多的電網規模儲能系統。 

    我們的一個研究小組最近研究了如何更好應用儲能系統,即需要部署多少儲能系統才能在電網上實現一定水平的可靠性和彈性。他們得出的結論是,目前還沒有理想的模型來解決這個問題。 

    對于電網實現更高可靠性和彈性,需要采用多少儲能系統,其估計值范圍很大,例如可能需要目前的10倍或更多,因此仍然有很多問題需要解決。

    問:在未來幾年,是否有一些研究試圖解決電網需要部署多少儲能系統這一問題? 

    NoelBakhtian:我們將會看到更多的研究,但也要考慮一些問題是:需要了解部署什么樣的儲能系統?不僅知道需要部署多少儲能系統,還要知道部署什么樣的儲能系統?持續時間多長?具有什么樣的特性? 

    Tony VanBuuren:你所說的電網采用儲能系統涉及到國家安全。因此,北美電網可靠性模型NARM是實驗室研究的一部分。 

    這個模型中需要解決很多問題。例如,如果發生了中斷事件,電網有多可靠?需要是什么樣的儲能系統?應對氣候事件的能力如何?需要在哪里部署儲能系統?如何開始融入氣候適應能力? 

    而儲能系統可以將這一切聯系在一起。例如國家安全、氣候適應力、儲存能源等;并且正在整合新技術,無論是熱能還是氫能;而且還跨越各種領域。這些就是我們致力研究儲能系統的原因。

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