在化石燃料價(jià)格波動(dòng)的壓力下,以及世界竭力擺脫污染性能源的當(dāng)務(wù)之急影響下,全球電網(wǎng)正在嘎吱作響搖搖欲墜。
一個(gè)解決方案可能近在眼前,這要?dú)w功于一種創(chuàng)新的電池,它是鋰離子技術(shù)的廉價(jià)替代品。
日本軟銀集團(tuán)旗下的美國(guó)可再生能源公司SB能源公司(SB Energy Corp.)正創(chuàng)紀(jì)錄地購(gòu)買ESS公司(ESS Inc.)生產(chǎn)的全鐵液流電池(all iron flew battery)。
這家位于美國(guó)俄勒岡州的公司表示,它擁有一項(xiàng)新技術(shù),可以將可再生能源儲(chǔ)存得更久,并有助于克服一些可靠性問(wèn)題,這些問(wèn)題曾導(dǎo)致加州停電和歐洲能源價(jià)格創(chuàng)歷史新高。
ESS電池▼
這種全鐵液流電池采用鐵鹽和水作為電解液,電池工作時(shí)正負(fù)極電解液由各自的送液泵強(qiáng)制通過(guò)各自反應(yīng)室循環(huán)流動(dòng),經(jīng)過(guò)電堆參與電化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放。
這種電池將用于公用事業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能項(xiàng)目,這些項(xiàng)目遍布美國(guó),使這些太陽(yáng)能發(fā)電廠在太陽(yáng)落山后仍能提供數(shù)小時(shí)的電力。
SB能源公司將在未來(lái)五年內(nèi)購(gòu)買足夠5萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭使用一天的電池。
電池專家、卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)械工程副教授文卡特·維斯瓦納坦(Venkat Viswanathan)說(shuō):“像這種全鐵液流電池這樣的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能,是向電網(wǎng)添加更多可再生能源的關(guān)鍵。”
克雷格·埃文斯▼
ESS于2011年由現(xiàn)任總裁克雷格·埃文斯(Craig Evans)和首席技術(shù)官朱莉婭·宋(Julia Song)創(chuàng)立。
他們認(rèn)識(shí)到,雖然鋰離子電池將在交通電氣化中發(fā)揮關(guān)鍵作用,但更持久的電網(wǎng)儲(chǔ)能需要不同的電池。
這是因?yàn)楸M管鋰離子電池的價(jià)格在過(guò)去10年下跌了90%,但它們的原料(有時(shí)包括鈷和鎳等昂貴金屬)限制了價(jià)格的下跌幅度。
據(jù)ESS稱,這項(xiàng)2GWh電池的交易至少價(jià)值3億美元。SB能源公司的首席執(zhí)行官瑞奇·霍斯費(fèi)爾德(Rich Hossfeld)表示,這些電池的天才之處在于其簡(jiǎn)單性。
茱莉婭·宋▼
“電池的電解液是由鐵鹽和水組成的。”霍斯費(fèi)爾德說(shuō)。“與鋰離子電池不同,全鐵液流電池的制造成本非常低。”
然而,液流電池看起來(lái)一點(diǎn)也不像智能手機(jī)或電動(dòng)汽車?yán)锏碾姵�。這是因?yàn)殡娊赓|(zhì)需要在電池充電或放電時(shí)使用泵來(lái)進(jìn)行物理移動(dòng)。這使得這些電池體積很大,ESS的主要產(chǎn)品是在集裝箱里銷售的。
它們所占的空間,可以用成本來(lái)彌補(bǔ)。用于電網(wǎng)存儲(chǔ)的鋰離子電池成本高達(dá)350美元/KWh。但ESS表示,到2025年,其電池的價(jià)格可能會(huì)低于200美元/KWh。
至關(guān)重要的是,增加太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電廠的存儲(chǔ)容量,以應(yīng)對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的中斷,可能不需要購(gòu)買一個(gè)全新的電池。液流電池只需要補(bǔ)充額外的電解質(zhì),在ESS的案例中,成本可低至20美元/KWh。
“這是一件非常非常大的事情。”突破性能源風(fēng)險(xiǎn)投資公司(Breakthrough Energy Ventures)的科學(xué)負(fù)責(zé)人埃里克·圖恩(Eric Toone)表示。該公司已投資ESS。“我們一直在討論液流電池,現(xiàn)在它真的實(shí)現(xiàn)了。”
俄勒岡州威爾遜維爾ESS工廠的一名工人▼
美國(guó)國(guó)家航空航天局早在1980年就制造了液流電池。由于這些電池使用的是水,它們?yōu)樘諔?yīng)用提供了一個(gè)比當(dāng)時(shí)開發(fā)的鋰離子電池更安全的選擇,后者因容易起火而臭名昭著。
霍斯費(fèi)爾德說(shuō),ESS電池已經(jīng)獲得了許可,即使是在山火頻發(fā)的加州,而在這里鋰離子電池是得不到許可的。
盡管如此,全鐵液流電池還是存在一個(gè)問(wèn)題。
在充電過(guò)程中,電池會(huì)產(chǎn)生少量的氫,這是一種化學(xué)反應(yīng),如果不加以控制,會(huì)縮短電池的壽命。宋說(shuō),ESS的主要?jiǎng)?chuàng)新是將產(chǎn)生的氫氣保存在系統(tǒng)內(nèi),從而極大地延長(zhǎng)其壽命。
維斯瓦納坦說(shuō):“一旦你關(guān)閉了氫的循環(huán)回路,你就可以把實(shí)驗(yàn)室原型電池變成了可以商業(yè)化的電池。”ESS公司的全鐵液流電池可以在不降低性能的情況下持續(xù)使用20年以上。
在俄勒岡州威爾遜維爾的ESS制造工廠,塑料片用等離子體處理▼
在波特蘭附近的這家公司的工廠里,黃色的機(jī)器人在塑料片上涂抹化學(xué)物質(zhì),然后把它們粘在一起,形成電芯。
在集裝箱內(nèi),裝滿電解液的大桶通過(guò)泵被輸送到每個(gè)電極,這樣電池就可以在陽(yáng)光照射時(shí)吸收可再生能源,在天黑時(shí)釋放出來(lái)。
這是有希望的第一步。ESS的電池是一種廉價(jià)的解決方案,目前儲(chǔ)存的電能大約可以使用12小時(shí),但隨著電網(wǎng)中加入更多的可再生能源,公用事業(yè)公司最終將需要能夠持續(xù)更長(zhǎng)的電池。
例如,9月早些時(shí)候,英國(guó)各地的風(fēng)速連續(xù)數(shù)周保持在低位時(shí),由于儲(chǔ)能不足,電價(jià)出現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的飆升。Form Energy Inc.等初創(chuàng)企業(yè)也在使用儲(chǔ)量豐富且價(jià)格低廉的鐵來(lái)制造新型電池,其價(jià)格可能會(huì)比ESS還便宜。
到目前為止,ESS已經(jīng)商用部署了8 GWh的全鐵液流電池。9月23日,經(jīng)過(guò)6個(gè)月的評(píng)估后,西班牙電力公司Enel Green Power SpA與ESS簽署了一份同等規(guī)模的協(xié)議。
SB能源公司的霍斯費(fèi)爾德同時(shí)也是ESS董事會(huì)成員,他表示,公司可能會(huì)在未來(lái)五年內(nèi)從ESS購(gòu)買更多的電池容量。
盡管訂單已滿,ESS仍面臨著挑戰(zhàn)。將新電池推向市場(chǎng)是出了名的困難,而這個(gè)行業(yè)中失敗的初創(chuàng)公司比比皆是。
至關(guān)重要的是,鋰離子技術(shù)處于領(lǐng)先地位,客戶對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)更加熟悉。ESS必須證明其電池能夠滿足電廠運(yùn)營(yíng)商的嚴(yán)格要求。
新訂單將幫助ESS在幾周內(nèi)通過(guò)SPAC(Special Purpose Acquisition Company,即特殊目的收購(gòu)公司)上市,估值為10.7億美元。此次上市將為該公司帶來(lái)4.65億美元的凈收入,該公司計(jì)劃利用這筆收入擴(kuò)大業(yè)務(wù)規(guī)模。
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