8月 15 日,軟銀旗下規(guī)模達(dá)千億美元的“愿景基金”(Vision Fund)宣布,向新型儲能技術(shù)公司 Energy Vault 投資 1.1 億美元,標(biāo)志著這家公司獨(dú)一無二的新型儲能技術(shù)獲得了軟銀的認(rèn)可。
不同于任何一種傳統(tǒng)儲能技術(shù),這家瑞士/美國的創(chuàng)業(yè)公司,使用的是一種有點(diǎn)“瘋狂”的新概念——用混凝土塊來搭積木。在他們的設(shè)計(jì)中,共有6座塔式起重機(jī),也就是塔吊,把數(shù)千塊每個重達(dá) 35 噸的混凝土塊,上上下下地吊來吊去。電力多余時,他們會把混凝土塊吊到最高 120 米的高度,將電能轉(zhuǎn)化混凝土塊的重力勢能;而電力短缺的時候,再把混凝土塊從高處放到低處,通過發(fā)電機(jī)把下落時釋放的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能,從而實(shí)現(xiàn)像電池一樣的儲能功能,幫助不穩(wěn)定的太陽能光伏和風(fēng)電更好地并網(wǎng)。Energy Vault 宣稱,這項(xiàng)技術(shù)的輸出功率可以在 2.9 秒內(nèi)迅速從 0 增加到 100%,從而實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)需求的高速響應(yīng),而且循環(huán)效率可以高達(dá) 90%,是極具前景的儲能技術(shù)。
軟銀1.1億美元投資新型儲能公司黑科技 用混凝土塊搭積木來儲能
儲能的各種技術(shù)很多,使用鋰電池進(jìn)行儲能也相對比較成熟了,那么,孫正義的軟銀為什么要投資這么一個“低技術(shù)含量”的新技術(shù)呢?這次投資又有什么重要的意義?就讓我們從可再生能源的特點(diǎn)出發(fā),給您從頭說起。
迫在眉睫的儲能挑戰(zhàn)
全球氣候變暖引發(fā)的經(jīng)濟(jì)衰退和自然災(zāi)害,正在引起越來越多的人關(guān)注。今年夏天,難忍的熱浪席卷了北半球大部分地區(qū),而未來,強(qiáng)臺風(fēng)、山火等極端天候也將越來越頻繁。有人預(yù)測,到本世紀(jì)末,由于氣候變化而導(dǎo)致的世界經(jīng)濟(jì)衰退將超過 23%。研究顯示,如果維持現(xiàn)有的排放情況不變,到本世紀(jì)末,地球的溫度將升高到災(zāi)難性的 5℃?!栋屠鑵f(xié)定》要求,必須在本世紀(jì)將全球氣溫升高控制在 2℃ 以內(nèi)。
為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo),大幅提高可再生能源的發(fā)電比例是重中之重。美國加州宣布,要在 2045 年實(shí)現(xiàn)全部電力由清潔能源提供。而根據(jù)中國能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃,到 2020 年,我國非化石能源占能源消費(fèi)比例也要達(dá)到 15%。
然而,大幅提高的新能源發(fā)電比例,給電網(wǎng)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。與燃煤、燃?xì)?、核電、水電機(jī)組相比,太陽能、風(fēng)能等可再生能源的發(fā)電基本是“靠天吃飯”——有光、有風(fēng)才能發(fā)電。而電網(wǎng)最重要的事情,就是穩(wěn)定可控,什么時候要你發(fā)多少電,你就得發(fā)多少,多一點(diǎn)少一點(diǎn)都不行。
去年,麻省理工學(xué)院教授 Donald Sadowa y在出席由 Deeptech 主辦的“全球新興科技峰會”時,曾向現(xiàn)場的幾千名觀眾介紹道,電網(wǎng)是全世界最大的物流系統(tǒng),而且這個系統(tǒng)沒有倉庫。任何一個時刻,只要發(fā)貨(發(fā)電)量和收貨(用電)量有一點(diǎn)不匹配,就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)至少局部出現(xiàn)崩潰(停電)。因此,能把能源儲存起來的技術(shù),也就是儲能技術(shù),就像物流系統(tǒng)中的倉庫一樣至關(guān)重要。在發(fā)電量多的時候儲電,發(fā)電量少的時候放電。用儲能作為發(fā)電和用電之間的緩沖,才能從根本上提高可再生能源的發(fā)電比例。
儲能對于電網(wǎng)來說有多重要?我們舉一個剛剛發(fā)生的例子。
這些年,通過不斷的努力,英國終于在兩個月前實(shí)現(xiàn)了清潔能源發(fā)電比例超過化石能源,這可是工業(yè)革命以來的頭一遭,是個了不起的成績。然而,過了沒多久,就在8月9日,英格蘭和威爾士突然爆發(fā)了一起罕見的大停電事故,共有100萬人受到了影響。而事故的原因,有分析認(rèn)為與該地區(qū)的電網(wǎng)里風(fēng)電的比例太高有關(guān)。當(dāng)日下午,某燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障之后,本該“挺身而出”的海上風(fēng)電非但沒有增加發(fā)電量,反而大幅降低了自己的發(fā)電量,導(dǎo)致了大規(guī)模停電事故的發(fā)生。
圖 | BBC 報(bào)道的停電中的英國,大家只能摸黑前進(jìn)
最后,一類叫做“抽水蓄能”的電站緊急提高發(fā)電量,才迅速彌補(bǔ)了燃?xì)怆娬竞惋L(fēng)電場發(fā)電量的不足,避免停電進(jìn)一步擴(kuò)大,并讓電網(wǎng)在 1.5 小時后恢復(fù)了正常。
而這個“抽水蓄能”電站,就是目前應(yīng)用規(guī)模最廣、技術(shù)最成熟的能源儲存系統(tǒng)。沒錯,應(yīng)用規(guī)模最大的儲能技術(shù),并不是馬斯克等一眾科技明星推廣的“高科技”的鋰電池,而是這種相對來說更“低科技”的概念。
所謂的抽水蓄能,簡而言之是這么一個過程:
一個抽水蓄能電站由兩個在海拔高度上有差異的水池、水庫、湖泊組成。它們之間有水道和水輪/發(fā)電機(jī)械連接。電力負(fù)荷低谷時,下面水庫的水會被抽到上面水庫里去,而用電高峰時,再把上面的水放到下面,利用水的重力勢能發(fā)電。
圖 | “江南天池”——浙江天荒坪抽水蓄能電站。用電高峰時,“天池“里的水就會被放到山下的水庫里去,推動渦輪機(jī)組發(fā)電
這種電站涉及到的所有技術(shù)、設(shè)備都非常成熟,而水又是純天然的免費(fèi)的“儲能介質(zhì)”,發(fā)電的動力更是不要錢的地球引力,因而儲能的成本很低。相比于每度電 20 ~ 30 美分左右的鋰電池,抽水蓄能的成本只有十幾美分。目前,為了提高太陽能、風(fēng)能等發(fā)電比例,不少地方都興建起了大量的抽水蓄能電站。
然而,抽水蓄能電站的部署嚴(yán)重依賴于特殊的地理?xiàng)l件,想要在全世界都建設(shè)抽水蓄能電站是不現(xiàn)實(shí)的。例如,由于身處阿爾卑斯山區(qū),中歐小國瑞士興建了大量的抽水蓄能電站,因此被稱為是“歐洲的蓄電池”。然而,整個瑞士的水力發(fā)電量,如果放到中國來,則只能占到全國用電需求的 1% 左右。而在中國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的平原地區(qū),根本沒有幾座山可以在山上、山下都興建水庫。
至于現(xiàn)有的鋰電池技術(shù),其成本已經(jīng)下降到了接近原材料價格的地步,卻依然不夠低。目前,鋰電池儲能系統(tǒng)主要是在為電力系統(tǒng)提供包括調(diào)頻、備用、無功補(bǔ)償和黑啟動等在內(nèi)的輔助服務(wù)。除非出現(xiàn)技術(shù)上的革命性突破,否則鋰電池就將無法用于對電網(wǎng)級別規(guī)模的能源提供長時間儲能服務(wù)。
在風(fēng)電技術(shù)和光伏技術(shù)都已經(jīng)很成熟的今天,利用可再生能源解決全球氣候變暖最大的攔路虎之一,就是大規(guī)模、廉價的高效儲能技術(shù)。這就是為什么,使用了和抽水蓄能概念類似、卻擺脫了抽水蓄能地理?xiàng)l件限制的 Energy Vault,獲得了如此多的關(guān)注。
初中物理就能理解的“低技術(shù)”創(chuàng)新
圖| 概念圖:Energy Vault用于平衡可再生能源發(fā)電
Energy Vault 成立于 2017 年,公司注冊地址就位于滿是抽水蓄能電站的瑞士。他們曾在 9 個月內(nèi),用不到 200 萬美元,建成了第一個主要利用混凝土塊來儲存能源的原型機(jī)。
與抽水蓄能類似,Energy Vault 利用的也是重力勢能和電能之間相互轉(zhuǎn)化這個只需初中物理常識就能理解的概念。他們計(jì)劃,使用大型的塔吊,把重達(dá) 35 噸的混凝土塊,在塔吊周圍搬來搬去,最高可以堆砌到 33 層、120 米。使用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制,他們希望可以在有風(fēng)天都實(shí)現(xiàn)精確的混凝土塊吊裝。
圖 | Energy Vault的概念
而用做重物的混凝土材料,則是由建筑垃圾、煤灰、泥土等制成的。這些原材料有的是免費(fèi)的,有的甚至是建筑工地倒貼錢也希望有人能幫忙處理掉的。通過創(chuàng)新開發(fā),Energy Vault 宣稱,這些二手材料制成的新型混凝土又廉價、又輕量,壽命還很長(大于 30 年)。
因此,在最理想的情況下,除了可以通過提供儲能服務(wù)來向電網(wǎng)要錢,Energy Vault 還能通過收取垃圾處理費(fèi)獲得額外利潤。再加上高達(dá) 80% - 90% 的儲能效率,Energy Vault 宣稱,他們技術(shù)的成本,連抽水蓄能的 1/3 都不到(每度電只有5美分),還能擺脫抽水蓄能的地域限制。此外,他們還可以根據(jù)客戶的需求,訂制規(guī)模正好滿足要求的儲能設(shè)施。
這次獲得大筆資金的支持,標(biāo)志著曾投資過 WeWork、今日頭條、滴滴、Uber、Grab 的軟銀愿景基金,認(rèn)為 Energy Vault 的技術(shù)已經(jīng)基本成熟。1.1 億美元將助力他們進(jìn)一步將該技術(shù)投入正式商用。
軟銀認(rèn)為,這么好的技術(shù),只有一次投資的機(jī)會。一旦技術(shù)投入商用,大規(guī)模的訂單就將如雪片般從世界各地飛來,到時候,Energy Vault 就再也不會需要什么投資了。
但是,真的是低科技嗎?
然而,Energy Vault 這個概念,從誕生之初就飽受爭議。業(yè)界普遍認(rèn)為,這個技術(shù),一點(diǎn)都沒有看上去那么“低科技”。許多科學(xué)家、工程師都提出了自己的質(zhì)疑,指出了這項(xiàng)技術(shù)真正應(yīng)用時,所可能面臨的各種艱巨的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括但不限于:
占地面積大,能量密度低。120 米高、5000 多塊 35 噸重的混凝土磚,輸出的功率卻和一座同等高度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在同一個級別。換句話說,如果想擺脫鋰電池只能提供輔助服務(wù)的“尷尬”境遇,他們似乎需要給每一臺風(fēng)機(jī)都配備一座高塔。
壽命能不能達(dá)到 30 年?就算他們的新型混凝土塊材料可以受得了風(fēng)吹雨淋和日日摔打,但是起重機(jī)行嗎?每天不停地搬運(yùn)35噸重的重物上下幾十米,不會報(bào)廢嗎?
生產(chǎn)普通的水泥會產(chǎn)生大量的二氧化碳,用二手原材料能避免嗎?會不會排放的二氧化碳比提高新能源發(fā)電比例省下來的還多?
這項(xiàng)技術(shù)對塔吊的精度要求非常高。幾十米長、迎風(fēng)飄擺的纜繩,需要做到讓 5000 塊磚,每一塊的位置誤差都小于幾毫米。否則,百米高塔就真的會像小孩子搭的積木一樣,說塌就塌。在知名媒體 Quartz 發(fā)布的一段 Energy Vault 原型機(jī)的視頻中,鋼纜的抖動幅度明顯很大,遠(yuǎn)不止幾毫米。而且,只有 20 米高的塔,為了提高穩(wěn)定性,Energy Vault 把塔的主體用一道道鋼箍緊緊綁牢??赡芩麄冏约阂矒?dān)心,如果上面的沒放穩(wěn),下面的就會塌。
圖 | Quartz 發(fā)布的視頻,可以看到,為了提高塔的穩(wěn)定,Energy Vault 采用了一些在實(shí)際中絕對不能用的辦法。
此外,如果遇到強(qiáng)風(fēng)呢?塔會不會塌?地震呢?30年的時間里,塔基會不會發(fā)生沉降、歪斜?混凝土塊起高塔的技術(shù),容錯率是很低的,任何一次錯誤,都會讓整個項(xiàng)目瞬間坍塌為一座復(fù)原難度極高的垃圾山。
因此,對于軟銀來說,投資 Energy Vault 也是一場豪賭。成功了,回報(bào)率不可想象;失敗了,1.1 億美元也就打水漂了。不過,大多數(shù)對 Energy Vault 提出質(zhì)疑的人,都非常期待 Energy Vault 能把上面這些工程挑戰(zhàn)一個接一個地全部解決掉,把真正的完整規(guī)模的項(xiàng)目建造出來。Energy Vault 目前正在意大利北部興建他們的第一座全規(guī)模儲能電站,預(yù)計(jì)今年年底完工。
也許用不了多久,圍繞他們的所有謎團(tuán),就都會逐一揭開。不過,這件事情的標(biāo)志性意義,絕不僅僅只在于有了一種新技術(shù)而已。隨著一筆“巨款”投向一種新的非電池儲能技術(shù),軟銀向整個投資界宣告,這個領(lǐng)域值得更多的、更大筆的投資。
有比爾·蓋茨領(lǐng)銜的“突破能源基金會”珠玉在前,投資界、金融界在這兩年明顯增加了對創(chuàng)新能源技術(shù)的關(guān)注。比如,相比于利用重力勢能儲能的Energy Vault,脫胎于 Google X 實(shí)驗(yàn)室的 Malta 項(xiàng)目成名更久。他們依賴熱力學(xué)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的儲能,早就是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
圖 | Malta 項(xiàng)目把電能轉(zhuǎn)化為冷和熱儲存起來,再利用渦輪機(jī)構(gòu)釋放出來,是谷歌孕育出的明星能源項(xiàng)目。
更多、更先進(jìn)的新概念、新技術(shù),則在全世界各地的創(chuàng)業(yè)公司、高校和研究機(jī)構(gòu)里不斷孕育成長著。從企業(yè)界、科研機(jī)構(gòu),到金融界和能源市場,大家都對新型的儲能技術(shù)翹首以待。
原標(biāo)題:軟銀1.1億美元投資新型儲能公司黑科技 用混凝土塊搭積木來儲能