巨型儲能電池正在改變美國的用電方式，加州領(lǐng)跑！

紐約時(shí)報發(fā)表文章，題目是：Giant Batteries Are Transforming the Way the U.S. Uses Electricity(巨型儲能電池正在改變美國的用電方式)。

加利福尼亞州從太陽(yáng)能獲取的電力比美國其他任何州都多。但有一個(gè)時(shí)間差問(wèn)題：太陽(yáng)能在白天充足，但在晚上消失了，就像人們下班回家一樣，而此時(shí)電力需求激增。為了填補這一缺口，電力公司通常會(huì )燃燒更多的化石燃料，如天然氣。

現在這種情況正在改變。

自2020年以來(lái)，加利福尼亞州安裝的巨型電池數量超過(guò)了除中國以外的世界任何地方。它們可以在白天吸收多余的太陽(yáng)能，并在天黑時(shí)儲存起來(lái)使用。這些電池在加州的電網(wǎng)中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，在晚上部分取代了化石燃料。例如，在4月30日晚上7點(diǎn)到10點(diǎn)之間，電池提供了加州五分之一以上的電力，并在幾分鐘內輸出了7046兆瓦的電力，相當于七個(gè)大型核反應堆的產(chǎn)能。

在全國范圍內，電力公司越來(lái)越多地使用集裝箱大小的巨型電池來(lái)解決可再生能源的最大弱點(diǎn)：風(fēng)能和太陽(yáng)能的間歇性。研究公司BloombergNEF的美國電力分析主管Helen Kou表示：“加州正在發(fā)生的事情讓我們得以一窺未來(lái)其他電網(wǎng)可能發(fā)生的事情。電池正迅速從這些利基應用轉向將大量可再生能源轉移到需求高峰期。”

在過(guò)去的三年里，美國全國電網(wǎng)的電池存儲容量增長(cháng)了十倍，達到16000兆瓦。今年，這一數字預計將再次翻一番，其中得克薩斯州、加利福尼亞州和亞利桑那州的增幅最大。大多數電網(wǎng)電池使用鋰離子技術(shù)，類(lèi)似于智能手機或電動(dòng)汽車(chē)中的電池。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)在過(guò)去十年中的擴張，電池成本下降了80%，使其在大規模儲能方面具有競爭力。聯(lián)邦補貼也刺激了儲能裝機的增長(cháng)。隨著(zhù)電池裝機的激增，電力公司正在以智能的方式管理電池，應對太陽(yáng)能和風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的大幅波動(dòng)，減少輸電線(xiàn)路的擁堵，防止在夏季的熱浪中停電。

加利福尼亞州制定了應對氣候變化的宏偉目標，政策制定者希望到2045年，電網(wǎng)電池能夠幫助該州實(shí)現100%的電力來(lái)自無(wú)碳能源。盡管該州仍然嚴重依賴(lài)天然氣，但儲能電池已經(jīng)開(kāi)始蠶食化石燃料市場(chǎng)。監管機構計劃到2035年將電池容量提高近三倍。“儲能的未來(lái)是光明的，”世界最大的電力公司之一AES公司的首席執行官Andrés Gluski說(shuō)。“如果想讓更多的可再生能源進(jìn)入電網(wǎng)，就需要更多的電池。否則是行不通的。”

加利福尼亞州現在有1萬(wàn)兆瓦的電池容量，足以為1000萬(wàn)戶(hù)家庭供電幾個(gè)小時(shí)。負責監管加州電網(wǎng)的加州獨立系統運營(yíng)商的電網(wǎng)運營(yíng)執行總監John Phipps表示，這些電池能夠非常有效地管理太陽(yáng)能發(fā)電量下降、客戶(hù)需求增加的晚間斜坡電池還可以幫助加州電網(wǎng)應對熱浪和野火帶來(lái)的威脅。

在得克薩斯州，電池仍主要用于提供輔助服務(wù)，以穩定電網(wǎng)免受意外干擾。得克薩斯州比加利福尼亞州更依賴(lài)風(fēng)能，風(fēng)能的波動(dòng)模式不太可預測。但得克薩斯州在太陽(yáng)能方面正在迅速趕上加利福尼亞州，電池越來(lái)越有助于應對晚高峰。4月28日太陽(yáng)落山之際，風(fēng)力發(fā)電量出乎意料地低，許多煤炭和天然氣廠(chǎng)都處于離線(xiàn)維修狀態(tài)。此時(shí)電池容量出力激增，一度供應了德克薩斯州4%的電力，足以為100萬(wàn)戶(hù)家庭供電。去年夏天，電池通過(guò)在創(chuàng )紀錄的高溫下提供額外的電力，幫助得克薩斯避免了夜間停電。

這兩個(gè)州以不同的方式建立了電池組。在加利福尼亞州，監管規定是一個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)力：2019年官員們擔心太多老舊的天然氣廠(chǎng)正在關(guān)閉，有停電的風(fēng)險，命令公用事業(yè)公司迅速安裝數千兆瓦的儲能裝置。在得克薩斯州，市場(chǎng)力量占主導地位。該州解除管制的電力系統允許價(jià)格大幅波動(dòng)，在嚴重短缺期間，價(jià)格高達每兆瓦時(shí)5000美元。這使得電池開(kāi)發(fā)商利用峰值取得豐厚利潤。

美國其他州也緊隨其后。在亞利桑那州和佐治亞州，公用事業(yè)公司計劃安裝數千兆瓦的電池容量，以幫助管理數據中心和工廠(chǎng)不斷增長(cháng)的需求。然而，該行業(yè)發(fā)展仍面臨障礙。鋰離子電池是易燃的，雖然運營(yíng)商已經(jīng)采取措施降低火災風(fēng)險，但一些社區反對在他們的后院部署儲能設施。大多數電池產(chǎn)品仍然來(lái)自中國，這使得它們很容易受到貿易爭端的影響。在得克薩斯州，一項用于補貼天然氣廠(chǎng)的州基金可能會(huì )削弱電池熱潮。在其他州，復雜的法規有時(shí)會(huì )阻止公用事業(yè)公司增加儲能。

電網(wǎng)電池能幫助應對氣候變化嗎?

專(zhuān)家表示，電網(wǎng)側的電池是減少全球變暖排放的有用工具，盡管它們在成本、技術(shù)和使用方式方面仍需要進(jìn)一步提高。根據一項分析，在得克薩斯州，如今許多電池實(shí)際上正在增加二氧化碳排放。這是因為運營(yíng)商專(zhuān)注于最大限度地提高收入。相比之下，在加利福尼亞州，電池正在減少化石燃料的排放。該州4月份的天然氣使用量降至7年來(lái)的最低水平。

然而，加利福尼亞州仍有大約40%的電力來(lái)自天然氣，目前的電池技術(shù)可能很難取代所有這些天然氣裝機。BloombergNEF的一項分析發(fā)現，太陽(yáng)能和電池是小型天然氣峰值發(fā)電廠(chǎng)的一種具有成本效益的替代品，這些發(fā)電廠(chǎng)只有在需求激增時(shí)才會(huì )啟動(dòng)。但電池的成本仍然太高，無(wú)法取代許多日夜連續提供穩定電力的大型燃氣發(fā)電廠(chǎng)。

如今的鋰離子電池通常只提供兩到四個(gè)小時(shí)的電量，然后才需要充電。國家可再生能源實(shí)驗室的儲能專(zhuān)家說(shuō)，如果成本持續下降，電池公司可能可以將其延長(cháng)到八到十個(gè)小時(shí)(增加更多電池組)，但超出這一范圍可能不經(jīng)濟。這意味著(zhù)可能需要更多的長(cháng)時(shí)存儲技術(shù)。如果加州想在很大程度上依賴(lài)可再生能源，它將不得不應對一周的無(wú)風(fēng)少陽(yáng)期。另一個(gè)挑戰是：夏季可用的太陽(yáng)能比冬季多得多，而且現在沒(méi)有電池可以?xún)Υ鏀翟碌碾娏?lái)應對這些季節性差異。

一些公司正在探索解決方案。在薩克拉門(mén)托，一家名為ESS的初創(chuàng )公司正在制造液流電池，該電池將能量?jì)Υ嬖谝后w電解質(zhì)中，可使用12小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間。另一家初創(chuàng )公司Form Energy正在建造一個(gè)100小時(shí)的鐵空氣電池。這些技術(shù)與核能、先進(jìn)地熱甚至使用綠色氫氣儲存電力等替代品競爭。加州監管機構表示，到本世紀中葉，可能需要五倍的存儲容量，但尚不清楚哪些技術(shù)將占主導地位。