摘要：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，被認(rèn)為是可再生能源和電力行業(yè)脫碳的核心，也是比爾-蓋茨投資的重中之重。報(bào)告顯示，到2040年，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能有可能在全球部署 1.5 至 2.5 TW)(太瓦)的裝機(jī)容量，是當(dāng)前部署的總儲(chǔ)能容量的8到15倍。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要1.5萬(wàn)億-3萬(wàn)億美元(約10萬(wàn)億-21萬(wàn)億人民幣)的累計(jì)投資。
微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的看好，可以用“癡心”來(lái)形容。
在《氣候經(jīng)濟(jì)與人類未來(lái)》一書中，比爾·蓋茨曾表示，“我從沒(méi)想到自己會(huì)在有關(guān)電池的知識(shí)方面投入那么多的學(xué)習(xí)時(shí)間，我也從沒(méi)想到自己會(huì)在電池類初創(chuàng)公司上面虧掉那么多的錢。”
比爾·蓋茨這里所說(shuō)的“電池”，主要指達(dá)到一定小時(shí)數(shù)的儲(chǔ)能電池或長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。他投資的很多初創(chuàng)儲(chǔ)能技術(shù)公司，主要通過(guò)他創(chuàng)立的突破能源投資基金(Breakthrough Energy Ventures，BEV)或他個(gè)人的資金進(jìn)行操作。
盡管投資的一些儲(chǔ)能公司失敗或破產(chǎn)了，但這并沒(méi)有改變他對(duì)儲(chǔ)能公司的興趣。
2013年4月，專門研制鈉電池的初創(chuàng)公司Aquion Energy獲得了比爾·蓋茨領(lǐng)投的D輪3500萬(wàn)美元融資。2014年1月，該公司宣布，蓋茨又領(lǐng)頭和部分股東將D輪融資金額上調(diào)至5500萬(wàn)美元。
但三年之后，2017年 3 月，由于市場(chǎng)沒(méi)有打開(kāi)，未能獲得進(jìn)一步的融資，Aquion 開(kāi)始裁員，工廠停產(chǎn)，并申請(qǐng)了破產(chǎn)保護(hù)。
類似Aquion Energy公司的破產(chǎn)，對(duì)比爾·蓋茨沒(méi)有任何影響，他對(duì)儲(chǔ)能創(chuàng)新技術(shù)的興趣依然那么濃厚。此后，他大手筆投資儲(chǔ)能公司的案例頻頻發(fā)生。
最近，蓋茨的突破能源基金又對(duì)一家液態(tài)錫儲(chǔ)能公司進(jìn)行了投資。這家名為Fourth Power的公司，使用巨大的、超便宜的、儲(chǔ)量豐富的石墨塊來(lái)儲(chǔ)存大量能量。該公司將它們加熱到高達(dá)2500°C的白熱。
然后能量通過(guò)液態(tài)錫金屬在Fourth Power的系統(tǒng)中移動(dòng)，這種金屬會(huì)在相對(duì)較低的232°C(450°F)下熔化。這些泵在石墨管道系統(tǒng)周圍移動(dòng)過(guò)熱的液態(tài)錫，將熱量從加熱元件傳遞到石墨塊，然后在需要將其送回電網(wǎng)時(shí)將其從石墨塊傳遞到能量回收系統(tǒng)。
圖說(shuō)：加熱元件為液態(tài)錫加載能量，并將能量?jī)?chǔ)存在白熱石墨塊中
來(lái)源：Fourth Power
Fourth Power自稱這種儲(chǔ)能是超高溫“盒子里的太陽(yáng)”儲(chǔ)能技術(shù)，比鋰離子電池便宜10倍以上，而且比任何其他熱電池都強(qiáng)大和高效得多。由于系統(tǒng)幾乎全部由超便宜的石墨和錫制成，鋰電池的安裝成本可能在每千瓦時(shí)330美元左右，但該設(shè)備可以以不到25美元的價(jià)格完成同樣的工作。
最近，F(xiàn)ourth Power宣布了1900萬(wàn)美元的A輪融資，這筆資金將用于波士頓附近一個(gè)1兆瓦時(shí)的原型設(shè)施，預(yù)計(jì)將于2026年完工。投資者 DCVC參與了領(lǐng)投，突破能源基金也參與支援。
蓋茨還投資了哪些儲(chǔ)能技術(shù)公司?長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能未來(lái)市場(chǎng)前景如何?有哪些技術(shù)或改變電力系統(tǒng)?
01--蓋茨熱衷哪些儲(chǔ)能技術(shù)?
蓋茨的突破能源基金一直致力于清潔能源和脫碳技術(shù)的投資，在100多家投資對(duì)象中，除了可再生能源技術(shù)外，核能、氫能、微型電網(wǎng)、儲(chǔ)能都是重點(diǎn)投資對(duì)象。特別是儲(chǔ)能技術(shù)，被認(rèn)為是可再生能源和電力行業(yè)脫碳的核心，所以也成為蓋茨投資的重中之重。
比較有名的有以下幾家：
1)Antora Energy公司：通過(guò)加熱的碳?jí)K來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱。2022年，Antora獲得蓋茨Breakthrough Energy Ventures與風(fēng)險(xiǎn)投資人ChrisSacca的Lowercarbon Capital共同領(lǐng)投的5000萬(wàn)美元融資，殼牌的創(chuàng)投部門也參與了這項(xiàng)投資。
2)Ambri公司：這是一家位于美國(guó)的馬薩諸塞州的液態(tài)金屬電池制造商，通過(guò)設(shè)計(jì)一種由銻、鎂和鹽電解質(zhì)組成的新型液態(tài)金屬電池，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能電池。2012年5月，Ambri的B輪融資獲得了蓋茨等投資者的1500萬(wàn)美元資金。2014年4月，Ambri的C輪融資又獲得了蓋茨等投資者的3500萬(wàn)美元資金。在2021年8月的新一輪融資中，共獲得1.44億美元的融資，蓋茨也參與其中。
3)Form Energy公司：這是一種鐵空氣電池系統(tǒng)，活性成分是鐵、水和空氣。操作的基本原理是可逆生銹。放電時(shí)，電池從空氣中吸入氧氣，并將鐵金屬轉(zhuǎn)化為鐵銹。充電時(shí)，電流的應(yīng)用將鐵銹轉(zhuǎn)化為鐵，電池呼出氧氣。Form Energy曾表示，其電池系統(tǒng)每千瓦時(shí)的儲(chǔ)能成本將低于6美元，可提供幾個(gè)星期，甚至幾個(gè)月的儲(chǔ)能解決方案。該公司從 BEV 那里獲得了 900 萬(wàn) 美元的投資。
4)Malta公司：這家公司以前是谷歌旗下的儲(chǔ)能項(xiàng)目，后來(lái)剝離出來(lái)單獨(dú)成立公司，這家公司主打的是以熔融鹽為介質(zhì)的儲(chǔ)熱技術(shù)，目前在全世界范圍內(nèi)是第二大儲(chǔ)能技術(shù)。2018年12月，這家公司獲得2600萬(wàn)美金的A輪投資，其中蓋茨的BEV參與投資。
5)ESS公司：ESS公司采取的解決方案是采用鐵、無(wú)機(jī)鹽和水作為電解質(zhì)的長(zhǎng)時(shí)液流電池技術(shù)，這些都是價(jià)格便宜且儲(chǔ)量豐富的材料，而不像鋰電池采用的鋰和鈷元素都是儲(chǔ)量有限的材料。公司至今為止已獲得累計(jì)5700萬(wàn)美元的融資，投資者包括了比爾蓋茨，軟銀等著名機(jī)構(gòu)。這周一，ESS公司將有另一個(gè)飛躍——在紐交所借殼上市，交易代碼為GWH。通過(guò)上市，公司將獲得3.08億美元的資金。
02--長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)
目前的儲(chǔ)能市場(chǎng)，80%以上都屬于鋰電池儲(chǔ)能，但鋰電池存在局限性且改進(jìn)空間非常小，而且鋰儲(chǔ)量有限，受供應(yīng)鏈影響比較大。如果要配套電網(wǎng)級(jí)的儲(chǔ)能，鋰電池的缺陷就更大了，存在諸多安全隱患。
如果要大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電、光伏等可再生能源，就不僅要協(xié)調(diào)白天和黑夜的間歇性問(wèn)題，還要考慮冬季和夏季的間歇性。夏季風(fēng)電光伏產(chǎn)能過(guò)剩，冬季產(chǎn)能不足，夏冬之間的季節(jié)變化是發(fā)展可再生能源更嚴(yán)重的障礙。通過(guò)核電，以及帶碳捕獲技術(shù)的煤電，可以解決一部分問(wèn)題，但尋找多元化的儲(chǔ)能方式，發(fā)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(Long-duration energy storage ，LDES )，才是為電網(wǎng)或新型能源系統(tǒng)提供系統(tǒng)靈活性的主流方向。
圖說(shuō)：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能在整個(gè)能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。
來(lái)源：麥肯錫報(bào)告
2021年，全球知名咨詢公司麥肯錫和長(zhǎng)期儲(chǔ)能協(xié)會(huì)(LDES)發(fā)布的一份報(bào)告表示，到2040年，LDES 有可能在全球部署 1.5 至 2.5 TW)(太瓦)的裝機(jī)容量，是當(dāng)前部署的總儲(chǔ)能容量的8到15倍。對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能容量是 85-140TWh)(太瓦時(shí) )。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要1.5萬(wàn)億-3萬(wàn)億美元(約10萬(wàn)億-21萬(wàn)億人民幣)的累計(jì)投資。
報(bào)告估計(jì)，到2040年，LDES的部署可每年避免1.5億至 2.3 億噸CO2當(dāng)量的排放，即當(dāng)今電力部門排放量的10%至15%。
圖說(shuō)：未來(lái)20年，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的裝機(jī)功率、電量和投資情況。
來(lái)源：麥肯錫報(bào)告
中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)也有望迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局2021年7月發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，到2025年，中國(guó)新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模要達(dá)到30GW以上。截至2021年底，中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模僅為5.76GW。
這意味著4年間有5倍以上的成長(zhǎng)空間，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為51%。
03--哪些儲(chǔ)能技術(shù)可能改變世界?
新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)仍處于萌芽階段，未來(lái)幾年將加速發(fā)展，但部署已經(jīng)開(kāi)始了，技術(shù)流派也白芳爭(zhēng)艷。哪些技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用呢?新能源媒體Recharge News對(duì)除了鋰電、綠氫和抽水蓄能之外的、最近最受關(guān)注的十大創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了盤點(diǎn)：
1)重力儲(chǔ)能
該領(lǐng)域涌現(xiàn)出的最具創(chuàng)意的想法之一或許是利用重力將定制的磚塊用起重機(jī)拖上高空，然后再釋放下來(lái)，從而儲(chǔ)存多余的綠色能源。
這種儲(chǔ)存動(dòng)能的方法與水力發(fā)電類似，但并不局限于需要在山區(qū)才能實(shí)現(xiàn)。
瑞士公司 Energy Vault 是這一領(lǐng)域的佼佼者，該公司最近憑借其定制設(shè)施在中國(guó)贏得了高達(dá) 10 億美元的訂單。與此同時(shí)，蘇格蘭新創(chuàng)公司 Gravitricity 也將美國(guó)的礦井作為自己類似概念的應(yīng)用場(chǎng)景。
圖說(shuō)：Energy Vault 最近在中國(guó)啟用了重力儲(chǔ)能設(shè)施
來(lái)源：Energy Vault
2)“無(wú)水”水力發(fā)電
英國(guó)一家公司率先提出，將水電的巨大潛力從其地理鏈條中解放出來(lái)，該公司稱其技術(shù)甚至可以將起伏不大的山丘變成綠色電池。
RheEnergise 公司稱，該公司通過(guò)開(kāi)發(fā)一種系統(tǒng)，在能源廉價(jià)時(shí)將獲得專利的液體泵上山，從而實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。由于這種液體的密度是水的 2.5 倍，該系統(tǒng)工作所需的坡度據(jù)稱要比抽水蓄能低2.5 倍。這樣做的好處是，該系統(tǒng)可以在更多的地方使用。
RheEnergise 聲稱已經(jīng)在全球找到了近 100 萬(wàn)個(gè)合適的地點(diǎn)。目前，該公司已經(jīng)簽訂了一項(xiàng)協(xié)議，將在英國(guó)鄉(xiāng)村推廣其技術(shù)。
3)壓縮空氣儲(chǔ)能
壓縮空氣是一種歷史悠久的儲(chǔ)能技術(shù)，但歷來(lái)受到地理?xiàng)l件的限制——通常依賴于大型鹽洞和枯竭的石油或天然氣儲(chǔ)層。
加拿大開(kāi)發(fā)商 Hydrostor 稱，它通過(guò)開(kāi)發(fā)可在任何地方建造的定制巖洞解決了這一問(wèn)題。該公司利用過(guò)剩或非峰值能源生產(chǎn)加熱壓縮空氣。然后，通過(guò)提取熱量，將空氣泵入裝滿水的巖洞，再將水推到地表。
當(dāng)需要能源時(shí)，水會(huì)從豎井涌回，迫使空氣上升，與儲(chǔ)存的熱量重新結(jié)合，為渦輪機(jī)提供動(dòng)力。
Hydrostor 公司的概念得到了高盛等公司的支持，目前正在美國(guó)、英國(guó)、加拿大以及最近的澳大利亞開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。
Hydrostor展示了其壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的工作原理。
來(lái)源：Hydrostor
4)混凝土電池
美國(guó)麻省理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在這方面最近取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展，稱可以建造出從地基供電的房屋，以及在電動(dòng)汽車飛馳時(shí)為其充電的道路。
研究小組發(fā)現(xiàn)，利用水泥和炭黑(一種看起來(lái)像非常細(xì)的木炭的高導(dǎo)電性材料)，可以制造出一種超級(jí)電容器來(lái)儲(chǔ)存電能。這些材料的豐富性意味著超級(jí)電容器可以在地球上的任何地方輕松制造。
研究人員說(shuō)，由于這種材料非常堅(jiān)固，可以用作建筑物的混凝土地基或道路的一部分，將它們變成電池，為從水壺到汽車的所有物品供電。
5)過(guò)熱磚儲(chǔ)能
微軟和石油巨頭沙特阿美石油公司為加利福尼亞州的一家初創(chuàng)公司提供了支持，該公司希望通過(guò)將多余的可再生能源儲(chǔ)存在過(guò)熱磚中，幫助工業(yè)減少排放。
Rondo Energy 公司正在開(kāi)發(fā)一種系統(tǒng)，利用電加熱元件(如烤面包機(jī)或烤箱中的電加熱元件)對(duì)數(shù)千噸磚塊進(jìn)行加熱。當(dāng)需要電力時(shí)，空氣就會(huì)從磚堆中流出，然后以過(guò)熱空氣或蒸汽的形式輸送到終端。
Rondo 公司已經(jīng)與泰國(guó)的一家企業(yè)集團(tuán)合作，擴(kuò)大其系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，并稱其工廠將 "比目前世界上任何一家電池生產(chǎn)廠都要大"。
6)金屬合金儲(chǔ)能
石油巨頭殼牌公司(Shell)正在支持另一種熱能存儲(chǔ)技術(shù)，這種技術(shù)可以將電力裝入鞋盒大小的金屬合金顆粒塊中。
富余的能量被用來(lái)加熱合金顆粒，直到它們?nèi)刍?，而基質(zhì)材料則保持固態(tài)，將熔化的顆粒固定在原位。當(dāng)金屬塊冷卻后，它們散發(fā)出的熱量可用于為下游渦輪機(jī)提供動(dòng)力。
澳大利亞的 MGA Thermal 公司是這項(xiàng)技術(shù)的引導(dǎo)者，盡管在該國(guó)的一個(gè)示范裝置出現(xiàn)過(guò)熱危險(xiǎn)，引發(fā)了周圍地區(qū)因擔(dān)心發(fā)生爆炸而進(jìn)行疏散之后，這項(xiàng)技術(shù)的起步并不順利。
7)木質(zhì)素電池
瑞典的 Northvolt 公司是能源存儲(chǔ)領(lǐng)域最大的公司之一，該公司正在開(kāi)發(fā)可持續(xù)電池，使用從北歐森林的木材中提取的木質(zhì)素硬碳來(lái)制造電池。
Northvolt 公司與芬蘭造紙和紙漿巨頭斯道拉恩索公司合作，旨在制造出世界上第一塊完全采用歐洲原材料制造陽(yáng)極的工業(yè)電池，從而降低碳足跡和成本。
木質(zhì)素是一種源自植物的聚合物，約占樹(shù)木的 20-30%。斯道拉恩索公司將提供來(lái)自可持續(xù)管理森林的木質(zhì)素，而 Northvolt 公司則計(jì)劃推動(dòng)電池設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)和技術(shù)放大。
8)鐵流電池
鐵流電池是正在開(kāi)發(fā)的下一代電池技術(shù)之一，它通過(guò)一種稱為氧化還原反應(yīng)的過(guò)程，使液態(tài)電解質(zhì)循環(huán)以實(shí)現(xiàn)電子的充放電。與傳統(tǒng)電池不同的是，負(fù)極和正極可以使用相同的電解質(zhì)。
這種電池的主要制造商之一——美國(guó) ESS Tech 公司表示，這種電池可以避免交叉污染和降解，這意味著其電池的預(yù)期壽命可達(dá) 25 年。而傳統(tǒng)電池的使用壽命通常只有 10 年。
ESS公司得到了蓋茨的突破能源基金等機(jī)構(gòu)的支持。
9)鐵-空氣儲(chǔ)能
Form Energy 首創(chuàng)的鐵-空氣電池也使用鐵，也得到了蓋茨基金的支持，但是工作原理截然不同。這是一種“可逆生銹”的工作原理。
充電時(shí)，電流會(huì)將鐵銹轉(zhuǎn)化為鐵，由鐵和空氣電極組成的電池會(huì)呼出氧氣。放電時(shí)，電池吸入空氣中的氧氣，將鐵重新轉(zhuǎn)化為鐵銹。
Form Energy 公司聲稱，其電池可儲(chǔ)存 100 小時(shí)的電力，系統(tǒng)成本可與傳統(tǒng)發(fā)電廠媲美。該公司的電池最近被批準(zhǔn)在美國(guó)最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠之一進(jìn)行示范。
10)鎳鋅電池
這項(xiàng)突破性技術(shù)是一種新型電極，該技術(shù)的商業(yè)化公司 Enzinc 聲稱，這種電極可以投放到生產(chǎn)可靠但低功率鉛酸電池的工廠中，將其轉(zhuǎn)化為能量密度更高的鎳鋅電池生產(chǎn)線。
鎳鋅電池是由美國(guó)著名發(fā)明家愛(ài)迪生開(kāi)發(fā)的，但由于只能維持幾十次循環(huán)，因此一直沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。Enzinc公司聲稱，新型電極解決了這一問(wèn)題，使電池的功率與鋰電池相當(dāng)，而安全性與鉛電池相當(dāng)。
-------
參考資料：
[1]環(huán)球零碳：比爾.蓋茨看好的長(zhǎng)期儲(chǔ)能，將迎來(lái)10萬(wàn)億規(guī)模的爆發(fā)機(jī)會(huì)
[2]財(cái)聯(lián)社：電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能技術(shù)大突破!新設(shè)備性能媲美鋰電 成本還便宜10倍以上
[3]科創(chuàng)日?qǐng)?bào)：蓋茨投資美國(guó)儲(chǔ)能公司Ambri 新型技術(shù)比鋰電池續(xù)航更久更便宜
[4]中和儲(chǔ)能：比爾蓋茨領(lǐng)投長(zhǎng)時(shí)熱儲(chǔ)能初創(chuàng)公司5000萬(wàn)美元 長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)百花齊放
[5]https://www.rechargenews.com/energy-transition/ten-energy-storage-technologies-that-want-to-change-the-world/2-1-1556351
[6]https://newatlas.com/energy/fourth-power-liquid-tin-battery/
[7]https://energydome.com/energy-dome-announces-funding-commitments-from-breakthrough-energy-catalyst-and-the-european-investment-bank-to-support-construction-of-its-first-standard-commercial-scale-co2-battery/
評(píng)論