重力、壓力……這些基礎(chǔ)卻強(qiáng)大的力量能否使我們免于成為以電池為動(dòng)力的文明？
德語單詞Dunkelflaute的意思是 "黑暗的低氣壓"。這個(gè)單詞讓可再生能源工程師們感到難過，因?yàn)樗脕碇复柲茈姲搴惋L(fēng)機(jī)在無光、無風(fēng)時(shí)的平靜。明亮無云的日子里，太陽能電站可以產(chǎn)生大量的電力；強(qiáng)風(fēng)吹拂時(shí)，風(fēng)力渦輪機(jī)會(huì)讓小區(qū)嗖嗖地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。但在晚上，太陽能電池的作用很小，而無風(fēng)的時(shí)候，渦輪機(jī)也毫無作用?？稍偕茉吹母?，僅限于有利的天氣或地球繼續(xù)轉(zhuǎn)。
“黑暗期”使電網(wǎng)很難完全依賴可再生能源。電力公司不僅需要為個(gè)別風(fēng)暴或無風(fēng)的夜晚做計(jì)劃，還需要考慮持續(xù)數(shù)天或更長(zhǎng)時(shí)間的“黑暗期”。去年，歐洲經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的“風(fēng)荒”，2006年，夏威夷經(jīng)歷了連續(xù)六周的雨天。小范圍來說，工廠、數(shù)據(jù)中心和偏遠(yuǎn)社區(qū)想要實(shí)現(xiàn)完全由可再生能源供電，還有空白需要填補(bǔ)。德國正在逐步取消核電站，并努力擁抱可再生能源，但是，由于其可再生能源供應(yīng)的“間歇性”問題，德國仍然依賴化石燃料，包括進(jìn)口俄羅斯天然氣。
明顯的解決方案是電池，其中使用最廣泛的是鋰離子電池，以發(fā)揮作用的化學(xué)過程命名。從移動(dòng)電話到電動(dòng)汽車，都有這種電池的身影；它們的制造成本相對(duì)較低，而且越來越便宜。但是，一般鋰電池以最大輸出功率運(yùn)行三到四個(gè)小時(shí)后就會(huì)耗盡電量，而且，正如每個(gè)iPhone用戶都知道的，手機(jī)每充電一次，電池的容量就減少一點(diǎn)。想要裝備足夠多的電池以滿足更長(zhǎng)時(shí)間的放電是很昂貴的。而且，電池可能會(huì)起火，過去幾年里，韓國已經(jīng)曝出幾十起電池起火事件。
Venkat Srinivasan是美國伊利諾伊州阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）阿貢儲(chǔ)能科學(xué)合作中心（Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science）的科學(xué)家和負(fù)責(zé)人，他告訴我，鋰離子電池的最大問題之一是供應(yīng)鏈。這種電池依賴于鋰和鈷。2020年，世界上約有70%的鈷來自剛果民主共和國。Srinivasan說：“除非供應(yīng)鏈能夠多樣化，否則就會(huì)有麻煩。”供應(yīng)鏈的一點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)都會(huì)強(qiáng)烈影響價(jià)格和供應(yīng)。此外，開采這些金屬需要大量的水資源和能源，會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，而且一些鈷礦開采涉及雇傭童工的問題。專家們懷疑，如果沒有重大技術(shù)進(jìn)步，鋰電池的價(jià)格是否能在目前基礎(chǔ)上下降30%或更多，而且能源部認(rèn)為即使是30%，降幅仍然太小。我們需要擴(kuò)大儲(chǔ)能規(guī)模；根據(jù)一項(xiàng)估計(jì)，如果我們想大幅轉(zhuǎn)向可再生能源并避免氣候?yàn)?zāi)難，到2040年我們需要至少100倍現(xiàn)在儲(chǔ)能的規(guī)模。也許我們能夠找到環(huán)保又可靠的方法來開采、銷售和回收鋰電池的組分，但這似乎不太可能。雖然我們通常以來源去思考可再生能源，如風(fēng)機(jī)和太陽能板，但這僅僅是故事的一半。理想情況下，我們會(huì)將可再生能源與可再生的存儲(chǔ)方式結(jié)合起來。
我們已經(jīng)有一種可再生的儲(chǔ)能方式：水庫承載了世界上超過90%的能量?jī)?chǔ)存，這種出色但默默無聞的技術(shù)叫做抽水蓄能。抽水蓄能可以為電力供應(yīng)削峰填谷。電機(jī)將水從河流或水庫抽到更高的水庫；當(dāng)水被釋放到低處，帶動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)再次產(chǎn)生電力。抽水蓄能裝置就像一個(gè)巨大的永久性電池，當(dāng)水被抽到高處時(shí)充電，當(dāng)水流到低處時(shí)放電。這些設(shè)施往往是十分宏大的：弗吉尼亞州的巴斯縣抽水蓄能站由兩個(gè)廣闊的湖泊組成，建在植被富郁的山坡上，海拔相距約四分之一英里（約合400米）；在電力需求高峰，每分鐘有1300萬加侖（約合5萬立方米）的水流經(jīng)該系統(tǒng)，為數(shù)十萬家庭提供電力。一些國家正在擴(kuò)大抽水蓄能的使用，但在美國，抽水蓄能設(shè)施的建設(shè)在幾十年前就達(dá)到了頂峰。這種儲(chǔ)能方式所需的地理?xiàng)l件很難找到，許可證也很難獲得，而且建設(shè)速度很慢，成本很高。人們正在尋找新的儲(chǔ)能方法。
Quidnet是一家位于休斯敦的初創(chuàng)公司，是眾多探索更多儲(chǔ)能可能性的公司之一。上個(gè)月，我坐在一輛福特F-150 King Ranch皮卡上，與該公司的運(yùn)營副總裁Scott Wright和首席運(yùn)營官Jason Craig一起驅(qū)車前往他們位于圣安東尼奧西部農(nóng)場(chǎng)的一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)。廣袤的田野和廣告牌從車窗掠過，Craig在后座上說，Quidnet已經(jīng)獲得了一種新型抽水蓄能的專利。該公司的系統(tǒng)不是把水抽上山，而是將水通過管道送到至少一千英尺（約300米）深的地下。之后，水會(huì)在地球的壓力下被擠壓回地面，以此驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。Wright和Craig是石油和天然氣行業(yè)的資深人士，Quidnet的技術(shù)就像是綠色版本的壓裂技術(shù)。油氣開采壓裂技術(shù)是指，液體被注入地下，在那里形成壓力，使巖石斷裂，釋放出天然氣。Quidnet使用一些相同的設(shè)備和技術(shù)，但目標(biāo)不同：這里的水是為了去到巖層之間，形成地下水庫，并按需釋放。
開車的時(shí)候，我問起2021年2月德克薩斯州停電的事，當(dāng)時(shí)一場(chǎng)冬季風(fēng)暴使天然氣工廠關(guān)閉了幾天，導(dǎo)致數(shù)百萬人無電可用，還有兩百多人因此喪生。那次危機(jī)的起因眾多，其中就包括德州是唯一一個(gè)沒有與其他州電網(wǎng)相連的州。“我們從鄰居家的游泳池里盛出一桶桶水來沖廁所，”Wright說。“我們確實(shí)需要更好的方法來儲(chǔ)存電力，這種時(shí)候就可以減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。”
工程師們把Quidnet這樣的公司開發(fā)的人工地下水庫稱為“鏡片”，主要是因?yàn)樗鼈兊男螤?。（Craig說他叫它 “放屁坐墊” ，但是大家不喜歡這個(gè)叫法。）最初，外界質(zhì)疑Quidnet的地下水庫能否形成合適的大小和形狀。但這次我去拜訪時(shí)，它已經(jīng)成功地在德克薩斯州、俄亥俄州和加拿大亞伯達(dá)省完成了多個(gè)抽水周期。該公司已經(jīng)獲得了3800萬美元的私人和政府資金，包括Bill Gates創(chuàng)立的突破能源風(fēng)險(xiǎn)投資基金（Breakthrough Energy Ventures）。
Quidnet已經(jīng)從儲(chǔ)能的淘金熱中受益。2018年，能源部設(shè)立了一個(gè)名為 “長(zhǎng)期電力儲(chǔ)存” （Duration Addition to electricitY Storage，簡(jiǎn)稱DAYS）的項(xiàng)目，向包括Quidnet在內(nèi)的十個(gè)團(tuán)體提供了三千萬美元的資金。在離任前，特朗普總統(tǒng)簽署了《2020年能源法》，其中包括兩黨共同支持的《更好的能源儲(chǔ)存技術(shù)法案》，授權(quán)在五年內(nèi)花費(fèi)10億美元用于新能源儲(chǔ)存技術(shù)的 “研究、開發(fā)和示范” 。許多州現(xiàn)在正在制定儲(chǔ)能目標(biāo)，2018年，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)發(fā)布了第841號(hào)法令，將儲(chǔ)能納入電力批發(fā)市場(chǎng)。“人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，儲(chǔ)能的時(shí)代已經(jīng)到來，”美國清潔能源協(xié)會(huì)的Jason Burwen告訴我。但是，工程師的白板與現(xiàn)實(shí)之間存在著巨大差距。許多獲得資助的可再生儲(chǔ)能技術(shù)可能最終是很難實(shí)現(xiàn)的、昂貴的、或低效的，無法被廣泛采用。
當(dāng)我們離目的地越來越近時(shí)，Craig對(duì)許多公司的儲(chǔ)能方法的原始物理性進(jìn)行了思考，基本上就是你在高中學(xué)習(xí)的那些物理學(xué)原理。如果你花力氣舉起一個(gè)物體，它就會(huì)儲(chǔ)存勢(shì)能；如果你讓這個(gè)物體落下，它的勢(shì)能就會(huì)變成動(dòng)能，而動(dòng)能能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)提供動(dòng)力并產(chǎn)生電力。許多物理行為也是如此。除此之外，還有壓縮空氣儲(chǔ)能和壓縮水儲(chǔ)能，或讓物體旋轉(zhuǎn)，或加熱物體等儲(chǔ)能方式。如果你一開始就使用清潔能源，并找到一種綠色的方式來存儲(chǔ)和釋放它，你就創(chuàng)造了一個(gè)對(duì)生態(tài)環(huán)境負(fù)責(zé)的電池替代品。
Craig說：“我有點(diǎn)驚訝，但也備受鼓舞，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能問題的解決方案可能就是如此的原始。” 電池依賴于“相當(dāng)復(fù)雜的電化學(xué)原理，這很快就超出了我的理解范圍。然而，真正的解決方案可能就是用起重機(jī)吊起重物，用千斤頂抬起泥土。我知道在內(nèi)華達(dá)州有人把石頭放在火車上運(yùn)上山，然后在需要的時(shí)候石頭又落下來。就連《摩登原始人》里的動(dòng)畫人物也能理解。”
我們把車停在農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)的車道上。一群禿鷲在頭頂盤旋。
“你知道這意味著什么嘛？”Craig 問我。
“上一個(gè)來這里的記者？”我說。
他們笑了。“你說對(duì)了。問了很多不妙的問題。”
我當(dāng)時(shí)已經(jīng)想好了一個(gè)問題。我將要看到的是綠色能源的未來，還是一個(gè)在德州鄉(xiāng)村進(jìn)行的稀奇而短命的試驗(yàn)？
直到最近，我們才開始思考儲(chǔ)存能源的新方法。化石燃料是一個(gè)史前的能源庫，我們可以通過燃燒它們和驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來釋放其能量。我們總能找到更多的燃料。“世界上幾乎所有的電力都是邊生產(chǎn)邊使用，”Bill Gross告訴我，他是太陽能發(fā)電領(lǐng)域的長(zhǎng)期投資者，也是Energy Vault（資本化程度最高的儲(chǔ)能公司之一）的聯(lián)合創(chuàng)始人。大多數(shù)沒有被立即消耗的電力都會(huì)流失。問題是，對(duì)于許多技術(shù)來說，“儲(chǔ)存電力的成本實(shí)際上比制造電力的成本更高，”他說。在許多情況下，太陽能和風(fēng)能已經(jīng)變得比煤炭和天然氣便宜。但如果加上儲(chǔ)存的成本，可再生能源就輸給了化石燃料。
能量以各種方式儲(chǔ)存在我們周圍。往小了說，你冰箱里的一瓶汽水就儲(chǔ)存著能量；一摞書也蘊(yùn)含著能量，當(dāng)它倒下時(shí)就會(huì)釋放出來。往大了說，火山爆發(fā)和雪崩就是釋放儲(chǔ)存的能量。但是，只有當(dāng)能量?jī)?chǔ)存是可預(yù)測(cè)的、便捷的、密集的、且所占空間很小時(shí)，它才是最有用的。拋開氣候變化不談，化石燃料滿足所有這些要求：汽油的運(yùn)輸很便捷，燃燒一加侖汽油就能釋放足以將上千加侖的水抽到高處的能量。
相比之下，鋰電池的能量密度低，而可再生能源儲(chǔ)存系統(tǒng)也在努力實(shí)現(xiàn)密度、便捷性和規(guī)模的優(yōu)化。壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)原理可以追溯到幾十年前，當(dāng)時(shí)人們將空氣抽入天然或人工地下洞穴，然后再放出。第一個(gè)地下壓縮空氣設(shè)施于1978年在德國建成；這種系統(tǒng)可以儲(chǔ)存和釋放大量的能量。但是，和抽水蓄能一樣，壓縮空氣設(shè)施需要合適的地理環(huán)境，而且建造成本很高。它們的效率也不高，一般情況下只有投入氣體加壓的一半能量可以被回收。
工程師們正在努力提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量密度和效率。一家來自多倫多的名為Hydrostor的公司已經(jīng)獲得了超過三億美元的投資，正在加利福尼亞、澳大利亞和其他地方開發(fā)項(xiàng)目，并將在未來五年內(nèi)上線。這種系統(tǒng)將壓縮空氣儲(chǔ)存在罐子里，并保留空氣壓縮過程中釋放的熱量，然后在膨脹過程中重新釋放到空氣中，以此驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。一家英國公司Highview Power正在采取更極端的做法，將空氣冷卻到零下300多度，使之變成液體。液體空氣密度大，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行加熱時(shí)，它迅速氣化，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)。Highview公司的執(zhí)行主席Colin Roy告訴我，打開氣罐的時(shí)候，空氣會(huì) “以猛烈的力量噴射出來” 。該公司已經(jīng)建立了一個(gè)液體空氣系統(tǒng)的原型，并正在英格蘭和西班牙開發(fā)可商用的工廠。
Quidnet公司也在改進(jìn)基于壓力的儲(chǔ)能技術(shù)。在該公司的試驗(yàn)場(chǎng)，我們見到了農(nóng)場(chǎng)主Jacob和Sadie Schweers。大約一年前，Quidnet在他們的農(nóng)場(chǎng)安置了一臺(tái)鉆機(jī)，其桅桿足足有約21米高?，F(xiàn)在能看到一個(gè)藍(lán)色的井口，大約3米高，附近有一個(gè)集裝箱大小的泵房，幾個(gè)黃色的水箱，以及一堆軟管。水從水箱里泵到井里，在壓力下儲(chǔ)存起來，在需要的時(shí)候回到水箱。上個(gè)月，Quidnet宣布了一項(xiàng)試點(diǎn)計(jì)劃，向圣安東尼奧的一家公用事業(yè)公司提供他們的儲(chǔ)能技術(shù)。
我們走進(jìn)泵房，欣賞運(yùn)行良好的活塞、飛輪和一種叫做脈沖阻尼器的東西。一臺(tái)黃色的500馬柴油發(fā)動(dòng)機(jī)靜靜地坐在后面，隨時(shí)準(zhǔn)備給泵提供動(dòng)力。Weight說：“我喜歡大型機(jī)器、轟隆隆的聲響，還有機(jī)油的味道。” 在該系統(tǒng)的商業(yè)版本中，一個(gè)理想情況下由清潔能源驅(qū)動(dòng)的電機(jī)負(fù)責(zé)將水泵入地下，并在水返回時(shí)發(fā)電。
我們走回外面，陽光很耀眼，Wright示意我們看向十根單獨(dú)伸出地面的PVC管。這說明地下有傾斜儀，可以通過跟蹤巖石的位移來評(píng)估地下水庫的大小和特性；它們甚至可以感應(yīng)到月亮潮汐作用的牽引力。我們站著聊天，Craig說，他們以后會(huì)把這些水箱換成漂亮的池塘。Sadie Schweers告訴我們，她希望她的農(nóng)場(chǎng)以后可以靠太陽能和Quidnet的水井運(yùn)行。
從事能源工作的人經(jīng)常談到電網(wǎng)，好像它有自己的需求和習(xí)慣。電池初創(chuàng)企業(yè)Form Energy的負(fù)責(zé)人Mateo Jaramillo告訴我：“電網(wǎng)需要多樣化的資產(chǎn)。” 該公司生產(chǎn)一種“鐵-空氣電池”，這種技術(shù)利用金屬生銹和解銹的循環(huán)來儲(chǔ)存能量，是鋰電池的若干理論替代品之一。未來的清潔電網(wǎng)有許多技術(shù)發(fā)展的空間，但同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。“大家都在與抽水蓄能和鋰電池競(jìng)爭(zhēng)，”能源部DAYS項(xiàng)目的主管Scott Litzelman告訴我。“鋰電池所占的份額是壓倒性的，因?yàn)樗墓?yīng)鏈和制造基地已經(jīng)非常龐大且成熟。” 在談到非電池儲(chǔ)能初創(chuàng)企業(yè)時(shí)，他說：“有些新生技術(shù)，如果它們能達(dá)到一定的規(guī)模，就會(huì)更具競(jìng)爭(zhēng)力。這就是全行業(yè)的挑戰(zhàn)。大家都在努力證明，首先，自己的技術(shù)有可行性，也有成本潛力，然后走出實(shí)驗(yàn)室，真槍實(shí)彈地證明自己。”
芝加哥大學(xué)材料科學(xué)家、工程師Shirley Meng告訴我，世界需要“一整套存儲(chǔ)方法”。但不是所有的方法都能找到合適的市場(chǎng)，她說，“我認(rèn)為我們的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)槲覀兿胍亟ㄕ麄€(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)。”斯坦福大學(xué)的清潔能源研究員Nathan Ratledge告訴我，在電網(wǎng)仍在建設(shè)的地方，儲(chǔ)能可以發(fā)揮特別重要的作用。很多發(fā)展中國家或許有機(jī)會(huì)完全跳過化石燃料，直接轉(zhuǎn)向可再生能源，因?yàn)榭稍偕茉锤阋?、污染更少。但是，一個(gè)擁有更大比例風(fēng)能和太陽能的電網(wǎng)需要更多的存儲(chǔ)能力來克服間歇性的問題。可再生能源儲(chǔ)存是 “南北分歧的三贏”，Ratledge說。“它讓人們快速地進(jìn)入21世紀(jì)，而不需要處理我們?cè)谄呤?、八十和九十年代制造的垃圾?rdquo;
我們開著Wright的車往回走，我想如果Quidnet的技術(shù)取得進(jìn)展，未來會(huì)是什么樣子。今天的抽水蓄能電站在地球表面形成了風(fēng)景如畫的湖泊，但類似Quidnet公司的技術(shù)將在地下創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)受壓水庫。根據(jù)該公司的設(shè)想，以后大地上每隔800米就有一個(gè)井口，每6公里就有一個(gè)池塘。風(fēng)力渦輪機(jī)拔地而起，地球本身將變成巨大的電池。
Energy Vault聯(lián)合創(chuàng)始人Bill Gross在結(jié)束西海岸科技公司的工作后開始研究?jī)?chǔ)能問題，在此期間他創(chuàng)辦了一系列成功的網(wǎng)絡(luò)公司和太陽能公司。他想知道他是否可以根據(jù)抽水蓄能的原理建造一個(gè)系統(tǒng)，但用固體而不是液體。與其把水抽到山上，再把它釋放到山下，是否能利用清潔能源把重物層層堆疊起來，然后用滑輪把它們放下來從而發(fā)電？他告訴我：“我想做一種虛擬的山。”
Gross和土木工程師Andrea Pedretti開始研究各種方案。Gross說他們想“便宜地建造高度” 。鋼材很貴，混凝土也是如此，而且生產(chǎn)混凝土?xí)欧盘肌Ｋ麄冮_始與一家名為Cemex的公司合作，使用 “超塑化劑” ，一種能夠?qū)⒛嗤凉潭ㄔ谝黄鸬木酆衔铮ǔＳ糜谠诘褪杖雵倚藿ǖ缆?。將超塑化劑與當(dāng)?shù)氐哪嗤痢⑺鸵稽c(diǎn)水泥混合，就可以在現(xiàn)場(chǎng)制作廉價(jià)的磚塊。Gross說：“這樣，我們就可以用泥土堆一座山，而且可以每天現(xiàn)造現(xiàn)拆。” 想在規(guī)模上與抽水蓄能匹敵是需要一些雄心的，但即使是中等規(guī)模的“山”，也許就足夠儲(chǔ)存在附近太陽能電場(chǎng)或核電站發(fā)出的電力，以及給數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器提供動(dòng)力。Gross和Pedretti于2017年成立了Energy Vault公司，首席執(zhí)行官為Robert Piconi。該公司也在洛杉磯和瑞士設(shè)有辦事處。
Energy Vault的初代系統(tǒng)EV1是一個(gè)類似變形金剛的、搭載6條機(jī)械臂的塔式起重機(jī)。起重機(jī)可以在自己的四周像壘墻一樣堆積木，然后再把積木拆開。網(wǎng)上有些人覺得這種系統(tǒng)不實(shí)用，并以此大做文章。（YouTube上一個(gè)名為 “Energy Vault是一個(gè)愚蠢的想法，這就是原因” 的視頻，點(diǎn)擊量達(dá)200萬次）。但無論如何，該公司開發(fā)了一種全新的封閉式系統(tǒng)——EVx。在效果圖中，它像一個(gè)40層樓高的、四四方方的自動(dòng)化倉庫。電梯將使用清潔能源提升重達(dá)30噸的磚塊，并將它們放在小車上，再由小車把磚塊運(yùn)送到建筑的中部。當(dāng)需要能源時(shí)，這些磚塊將被移送到電梯，電梯帶著磚塊下降，就可以為發(fā)電機(jī)供電，產(chǎn)生新的電力。Energy Vault稱，該系統(tǒng)有很高的往返效率，可以將大部分消耗的電力再生。但即使如此，EVx還是需要移動(dòng)數(shù)以千計(jì)的磚塊來儲(chǔ)存和釋放能量。通常，能源使用是一個(gè)抽象概念，而Energy Vault的方法則以鮮明的物理方法揭示了它。
EVx的首個(gè)示范項(xiàng)目正在瑞士的一個(gè)田園山谷里開發(fā)。三月，Piconi找到了我。于是我們穿上馬甲、戴上安全帽和護(hù)目鏡后，在制磚機(jī)前停下了。這是一個(gè)藍(lán)色的大鐵盒，它用七千噸的力量壓縮磚塊的原料，然后把它們翻個(gè)個(gè)，每15分鐘就能做一個(gè)新的。“這在沃爾瑪是買不到的，”Piconi說。
在那附近，我們看到了兩輛小車，負(fù)責(zé)運(yùn)送磚塊往返于EVx的電梯。我把手放在一個(gè)硬塑料輪子上。Piconi說，公司仍在對(duì)小車的材料進(jìn)行試驗(yàn)，“很多東西涉及材料學(xué)”。我們前往控制室，那是一輛裝有電腦的拖車，Energy Vault的工程副總監(jiān)Frank Tybor和他的澳大利亞牧羊犬Sydney坐在那里。此前，Tybor曾是SpaceX公司發(fā)射和著陸平臺(tái)的首席工程師。（Tybor說，Sydney “去過很多火箭控制室，如果你從十倒數(shù)到零而什么都沒發(fā)生，她就會(huì)不開心” ）。他告訴我，Energy Vault與SpaceX類似，因?yàn)?“它看起來很大、很工業(yè)，但秘訣在于如何讓它穩(wěn)健而可靠地工作。” 在一個(gè)大屏幕上，我們看到一個(gè)汽車大小的磚塊在小車上來回移動(dòng)，傳感器則同步收集磨損的數(shù)據(jù)。
來到外面，我和Piconi去找我們之前在屏幕上看到的小車。我們路過各種不同材料的巨型磚塊，就像在金字塔的施工現(xiàn)場(chǎng)視察一樣，然后我們見到了小車控制測(cè)試工程師Vahe Gabuchian。他在加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)過斷裂力學(xué)，負(fù)責(zé)研究在行駛數(shù)千英里和經(jīng)歷各種振動(dòng)之后小車是否有部件會(huì)開裂。在附近，一個(gè)由工字鋼制成的四層結(jié)構(gòu)以微縮視角為我們展示了EVx系統(tǒng)最終可能的模樣。如果系統(tǒng)成功運(yùn)行，它將會(huì)是一個(gè)移動(dòng)的拼圖。相應(yīng)的軟件則需要協(xié)調(diào)電梯和小車的運(yùn)動(dòng)，以便在磚塊加速、減速和升降時(shí)保持系統(tǒng)電力的平衡。
Energy Vault的首席機(jī)械工程師Al Sokhanvari走了過來。他在NASA和國防高級(jí)研究計(jì)劃局有30年的航空航天項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，還參與了拉斯維加斯百樂宮噴泉的建造。（ “但你必須承認(rèn)這是最酷的，” Piconi說。）從某種意義上說，EVx建筑就像噴泉，只不過流動(dòng)的是磚塊而不是水。當(dāng)它儲(chǔ)存大量的電力時(shí)，建筑是頭重腳輕的，因?yàn)榇u塊都在上層；當(dāng)需要放電時(shí)，磚塊就流向建筑的底部。Sokhanvari說：“所以，你要使它成為一個(gè)真正能夠呼吸的、流動(dòng)的東西。” 這樣的建筑仿佛“一個(gè)活物”。
開發(fā)儲(chǔ)能是有風(fēng)險(xiǎn)的。與Quidnet不同，Energy Vault是上市公司，市值超過10億美元，但其未來是不確定的。該技術(shù)仍處于早期階段，很難說市場(chǎng)對(duì)公司的青睞有多少是來自營銷，多少是來自工程的可行性。還沒有人建造過像EVx這樣的設(shè)施，而且系統(tǒng)里的移動(dòng)部件可能會(huì)比預(yù)期的更容易損壞。電網(wǎng)接入總監(jiān)Venkat Srinivasan指出，鋰離子電池很便攜，關(guān)鍵是可靠。“如果你和電網(wǎng)相連，可靠性就是最最重要的，對(duì)吧？”他說。公用事業(yè)部門希望合作的產(chǎn)品和公司至少有十年的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為可靠性的支撐。投資者正在向新能源公司投入大量資金，但“其中一些項(xiàng)目不會(huì)像我們想象的那樣順利，”他說。“這有多種原因，可能是技術(shù)，也可能是執(zhí)行。”
鋰電池，盡管有缺陷，但數(shù)量是已知的。Energy Vault正在開發(fā)的方法則不然。盡管如此，該公司并不是唯一在研究重力儲(chǔ)能的公司。來自蘇格蘭的Gravitricity公司最近完成了一個(gè)示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目將一個(gè)50噸重的塊狀物吊上塔樓，一次吊兩層；它現(xiàn)在計(jì)劃在廢棄的礦井中上下移動(dòng)一個(gè)千噸級(jí)的塊狀物。另外兩家公司，加利福尼亞州的Gravity Power和漢堡的Gravity Storage GmbH，他們將一個(gè)巨大的重物放置在豎井底部，然后在井底灌水來抬起重物。為了提取能量，他們讓重物把水?dāng)D壓到管道中，并流經(jīng)渦輪機(jī)發(fā)電。位于蒙特利爾的RheEnergise公司提出了另一種抽水蓄能技術(shù)，他們發(fā)明了一種名為R-19的流體，其密度是水的2.5倍；其系統(tǒng)在一個(gè)斜面頂部和底部的水箱之間移動(dòng)這種流體。這項(xiàng)工作仍處于眾籌階段。
正如你可以通過在空中舉起一個(gè)塊狀物來儲(chǔ)存勢(shì)能一樣，你也可以通過加熱物體來儲(chǔ)存熱能。許多公司正在研究將熱量?jī)?chǔ)存在熔鹽、火山巖和其他材料中?；诳稍偕瘜W(xué)過程的巨型電池也是可行的。液流電池中，儲(chǔ)罐可以用來輸送電解質(zhì)，而電解質(zhì)可以儲(chǔ)存電荷。還有儲(chǔ)氫，水中的氫氣被電解分離，儲(chǔ)存在地下或儲(chǔ)罐中，成為氫氣、液氫或氨的一部分。當(dāng)它在燃料電池中與氧氣重新結(jié)合時(shí)，可以再次變成水并釋放出電力。
Srinivasan告訴我，他經(jīng)?？吹揭恍┬碌姆桨?，覺得， “嘿，這可能是個(gè)不錯(cuò)的想法。” 能源部的Litzelman說，目前大家的想法非常多，這恰恰說明“還沒有人找到那個(gè)完美的組合——低成本、大規(guī)模、高性能。”最后很可能變成，各種技術(shù)百花齊放，但是每種技術(shù)解決的都是不同的問題。有些技術(shù)可以改善Dunkelflaute的情況，有些技術(shù)幫助電網(wǎng)避免擁堵，或儲(chǔ)存能源以便買賣。還有一些技術(shù)為“電力質(zhì)量”保駕護(hù)航，使每秒的電力波動(dòng)變得更加平滑，其中一個(gè)已經(jīng)在使用的技術(shù)就是飛輪：比較先進(jìn)的版本是，重達(dá)一噸或更重的金屬塊通過磁鐵在真空中懸浮，電機(jī)將它們每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)萬次，然后發(fā)電機(jī)給它們降速，以回收能量。（一位工程師告訴我，“電網(wǎng)就喜歡這些旋轉(zhuǎn)的金屬”。）
Litzelman認(rèn)為，儲(chǔ)能系統(tǒng)最終會(huì)降低去碳化的總成本，但他承認(rèn)，推廣會(huì)是一個(gè)問題。他的一位同事經(jīng)常說，電網(wǎng)不是客戶。真正的客戶是獨(dú)立的電力生產(chǎn)商、公用事業(yè)企業(yè)、以及工廠和數(shù)據(jù)中心。問題是要弄清楚誰為什么買單，與電網(wǎng)的融合程度也很重要。鐵-空氣電池公司Form Energy的Jaramillo說：“你不能簡(jiǎn)單地只看兩張明細(xì)表，然后說，這個(gè)往返效率更高，這個(gè)好。” 他的公司使用計(jì)算機(jī)模型，并納入天氣和市場(chǎng)的數(shù)據(jù)，為其技術(shù)尋找合適的方向。Jaramillo恰好有神學(xué)碩士學(xué)位，他說這門學(xué)科在理解儲(chǔ)能系統(tǒng)方面十分有用。他說：“所有儲(chǔ)能系統(tǒng)都要取舍，這與人類沒有什么不同。我遠(yuǎn)非完美。我的婚姻非常幸福，因?yàn)槲业钠拮釉敢獍菸业娜秉c(diǎn)。”合適才是最重要的。
儲(chǔ)能可以加強(qiáng)整個(gè)電網(wǎng)的韌性，這是它得到廣泛政治支持的部分原因。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的政治學(xué)家Leah Stokes告訴我，儲(chǔ)能技術(shù) “在燃料來源方面是中性的” 。它們 “可以儲(chǔ)存任何種類的電力，環(huán)保的或不環(huán)保的” 。如果儲(chǔ)能開始明確地支持可再生能源，進(jìn)而威脅到化石燃料的地位，那么它可能會(huì)成為一個(gè)黨派問題。“氣候和能源政策政治化的根源，是向共和黨提供巨額資金的化石燃料公司，”Stokes說。“這不是意識(shí)形態(tài)的不同，利益才是根源。”目前，儲(chǔ)能政策處在Stokes所說的“制定的迷霧”中，技術(shù)是如此之新，以至于我們還不能確定其最大受益者是誰。不可避免的是，會(huì)有輸家，但即使作為一個(gè)社會(huì)和星球，我們?nèi)耘f獲得了優(yōu)勢(shì)。
電網(wǎng)作為一個(gè)整體可能永遠(yuǎn)不會(huì)是完美的。我們可能永遠(yuǎn)無法擺脫有不良附屬品的技術(shù)，在電力高峰需求時(shí)，我們可能還是需要依賴由鋰電池和天然氣 “調(diào)峰”廠支持的化石燃料和核電廠。但另一種未來同樣是有可能的，一些技術(shù)成功了，可再生能源和其儲(chǔ)存將世界重塑。在這樣一個(gè)世界里，風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能發(fā)電站遍布田野和海岸線，地?zé)岚l(fā)電廠則從地下汲取能量，氫氣和壓縮空氣在山洞和儲(chǔ)罐中來回流動(dòng)。在工業(yè)區(qū)，能源倉庫隨著重力的呼吸而顫動(dòng)；在鄉(xiāng)村，水被引導(dǎo)到地下，再重新循環(huán)到地面。當(dāng)太陽升起，風(fēng)開始吹拂，電網(wǎng)將大口吸氣，電力得到保存。在“平靜”期，電網(wǎng)就呼出電力，驅(qū)動(dòng)工廠、家庭、辦公室和各種設(shè)施。我們不再需要史前礦物這些沒有生命的燃料，而是在一個(gè)有呼吸的系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)地創(chuàng)造和儲(chǔ)存能源。
從瑞士回來后，我出門散步，溫和的陽光下微風(fēng)拂過我的面頰。20年前的人們很難想象，原來陽光和風(fēng)可以提供足夠的能源來滿足我們的需求。但是慢慢地，我們的觀念發(fā)生了轉(zhuǎn)變，開始接納可再生能源。我們對(duì)可再生能源儲(chǔ)存的態(tài)度也會(huì)有類似的轉(zhuǎn)變過程。抬起頭，我看到了懸掛在天空中的云朵，即將下雨；它們也曾經(jīng)是勢(shì)能的載體。在我的腳下，我想象著地面在城市的重壓下微微下沉，蓄勢(shì)回彈。大自然可以幫我們產(chǎn)生動(dòng)力，也許它也能幫我們留住它。
原標(biāo)題：可再生能源革命需要可再生的儲(chǔ)能
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