Danny KennedyKitty BU

今年6月，F(xiàn)orm Energy公司宣布將利用一座風(fēng)力發(fā)電廠和長效電池的結(jié)合來替代美國中西部地區(qū)的一家1吉瓦裝機(jī)的褐煤電廠，F(xiàn)orm Energy將替代方案稱之為“雙向電廠”。制定這一計(jì)劃的是一支夢之隊(duì)：來自臺灣的麻省理工學(xué)院教授蔣業(yè)明、蔣教授的一位美國白人商業(yè)伙伴及學(xué)生、一位來自加州的農(nóng)民的兒子和一位意大利軟件工程師，他們共同創(chuàng)建的Form Energy是一支多元文化的團(tuán)隊(duì)。

作為首個以“可再生能源加儲能”方式替代運(yùn)行中燃煤電廠的大型項(xiàng)目，如果能得到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的雙重證明，那么全球各地的電廠在十年內(nèi)就將面臨該技術(shù)帶來的激烈競爭。Form Energy的項(xiàng)目代表著一種正在美國興起的趨勢——新建可再生能源項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不但優(yōu)于新建燃煤電廠，也優(yōu)于運(yùn)行現(xiàn)有燃煤電廠。

明尼蘇達(dá)州電力公司Great River Energy宣布，F(xiàn)orm Energy的1兆瓦試點(diǎn)項(xiàng)目能夠滿負(fù)荷放電長達(dá)150小時(shí)。Great River公司在公告中透露，F(xiàn)orm Energy的獨(dú)特技術(shù)是一套“水系空氣”電池系統(tǒng)。在美國、中國、澳大利亞和全球其他地方，鋰離子電池組滿負(fù)荷放電時(shí)長一般最多只能達(dá)到4小時(shí)。150小時(shí)完全是另一個量級。

這基本上可以使可再生能源成為“基礎(chǔ)荷載”。

作為Great River公告中計(jì)劃的一部分，該公司將在淘汰燃煤電廠的同時(shí)，建造一座1.1吉瓦裝機(jī)的風(fēng)力發(fā)電廠，并在風(fēng)力資源不足時(shí)使用這種長效儲能系統(tǒng)作為補(bǔ)充。整個項(xiàng)目將基本實(shí)現(xiàn)零碳電力供應(yīng)，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)前的通過褐煤發(fā)電的運(yùn)營方式。

Great River Energy是明尼蘇達(dá)州第二大電力供應(yīng)商。這里的人們需要忍受越來越長的夏季熱浪和冬季寒潮，當(dāng)?shù)氐墓岷椭评湄?fù)荷也因此激增。為了平緩風(fēng)電的波動性，Great River主席兼首席執(zhí)行官David Saggau認(rèn)為，“長效儲能將成為未來極端天氣狀況下維持電網(wǎng)可靠性的必要手段?！?/p>

在這種情況下，他們選擇了與Form Energy合作。在達(dá)成合作前，考慮到當(dāng)?shù)靥鞖鈼l件和其他因素，雙方花費(fèi)數(shù)年完成了復(fù)雜的聯(lián)合優(yōu)化分析，研究如何替代南達(dá)科他州多年來運(yùn)行狀態(tài)欠佳的1.15吉瓦裝機(jī)Coal Creek Station燃煤電廠。這些分析確保了在保證可靠性、低平準(zhǔn)化能源成本和高投資回報(bào)的前提下使用波動性的風(fēng)電替代煤電。

外界目前還不清楚Form Energy的儲能系統(tǒng)究竟是用什么材料制成的。在與Great River合作的試點(diǎn)項(xiàng)目中，該系統(tǒng)將被安置在混凝土板圍墻之后，其模塊化的基礎(chǔ)單位容量為1兆瓦。外界猜測其水系空氣電池中使用了化學(xué)元素硫，因?yàn)槟钦鞘Y業(yè)明教授創(chuàng)立的上一個初創(chuàng)企業(yè)的研究重點(diǎn)。

蔣教授是多家在儲能領(lǐng)域備受關(guān)注的公司的幕后核心，例如24M和A123，蔣教授還創(chuàng)建了Baseload Renewables公司，并與美國能源部合作研究可實(shí)現(xiàn)比鋰離子更長效的電網(wǎng)級儲能技術(shù)。與此同時(shí)，Mateo Jaramillo離開了特斯拉開始獨(dú)立研究長效儲能領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)，并且他考慮的是季節(jié)性規(guī)模的儲能技術(shù)，而不僅僅是數(shù)天或數(shù)周的充放電。

原本二人有各自的融資渠道，但Jaramillo決定與蔣教授及Ted Wiley合作，后者是海水電池公司Aquion（該公司的大部分產(chǎn)品都部署于美國，但在2017年不幸破產(chǎn)）的聯(lián)合創(chuàng)始人。這兩個強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)決定聯(lián)手合作，而不是相互競爭，以破解創(chuàng)建和銷售電網(wǎng)儲能解決方案在科學(xué)和商業(yè)方面的困難挑戰(zhàn)。構(gòu)成團(tuán)隊(duì)最后一塊拼圖的是意大利軟件專家——持有兩個博士頭銜的Marco Ferraro，他能夠在幾乎所有電力市場上對波動性的可再生能源建模分析，從而以極低的單位兆瓦時(shí)成本提供穩(wěn)定功率的電力供應(yīng)。

其他的公司可能具備其中的一些能力，比如強(qiáng)大的分析建模能力或交易軟件或他們特殊化學(xué)技術(shù)，但各種能力的結(jié)合才使Form Energy脫穎而出，具備強(qiáng)大競爭力。并且他們都是經(jīng)驗(yàn)相對豐富的企業(yè)家，尤其是Jaramillo曾組建了特斯拉的儲能業(yè)務(wù)部門，該部門改變了儲能行業(yè)的格局。如今，這些開路先鋒們正聯(lián)手解決可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域的下一個重大問題：管理風(fēng)電光電的波動性，以經(jīng)濟(jì)可行的方式發(fā)揮它們的作用。

美國在儲能的嘗試上并不是一帆風(fēng)順的。雖然特斯拉在內(nèi)華達(dá)州建造了超級工廠，但是特斯拉并不代表美國的電池生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)的實(shí)力。實(shí)際上，美國的先進(jìn)電池制造或生產(chǎn)能力十分有限。鋰產(chǎn)量很低，原材料精煉能力也很有限，所以其電動汽車和電網(wǎng)儲能嚴(yán)重依賴于亞洲廠家生產(chǎn)的鋰電池。隨著這兩類終端應(yīng)用在美國的強(qiáng)勢增長（甚至在新冠時(shí)期也是這樣），這里的初創(chuàng)企業(yè)們迎來了新機(jī)遇。

加州對“二手電池”的強(qiáng)烈興趣就是其中一個很好的例子。與中國類似，加州有時(shí)也不得不大幅減少數(shù)日甚至數(shù)周的風(fēng)電與光伏發(fā)電，但他們并不想浪費(fèi)掉這些過剩產(chǎn)能。使用全新的鋰離子電池來存儲這些電力目前仍是昂貴的，但用從電動汽車中取出的二手鋰離子電池來儲能仍然具備相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)可行性，一些技術(shù)類型的企業(yè)正在專注將其變成現(xiàn)實(shí)。

Rejoule是一家加州大學(xué)戴維斯分校的衍生企業(yè)，Jae Wan Park教授在這里研究電動汽車特性已有十年。該公司能夠在電動汽車使用壽命終結(jié)之后將其電池取出（剩余容量通常是額定容量的80%）并重新組裝。重新裝配的電池可被二次應(yīng)用于電網(wǎng)儲能領(lǐng)域。該公司的關(guān)鍵技術(shù)是能夠快速測試每塊電池（僅需1分鐘，通常這種測試需要1天的時(shí)間），替換掉已失效的電池，從而快速地重新組裝完整的電池組。

電動汽車電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)路徑

資料來源：Recell;Argonne National Laboratory

該公司正在解決的另一個問題是安全性和使用他人的二手電池帶來的感知風(fēng)險(xiǎn)。為此，Rejoule正在打造一套起火探測和滅火系統(tǒng)，在不損壞任何電子元件的前提下避免二次利用電池時(shí)溫度過高問題。這種檢測即時(shí)故障并將電池冷卻的能力將有助于打消用戶和投資者的疑問，使他們更容易接受二手電池。

另一個加州大學(xué)的相關(guān)衍生企業(yè)名為Smartville，它來自于加州大學(xué)圣地亞哥分校的能源研究中心。該公司關(guān)注的問題是，得到許多不同種類的電動汽車電池以及它們各自的不同電池單元，并將其重新應(yīng)用于電網(wǎng)儲能領(lǐng)域。他們在研究如果將不同型號、不同類型車輛中的不同電池捆綁在一起并接入電網(wǎng)進(jìn)行儲能會發(fā)生什么。他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了功率轉(zhuǎn)換器和一個狀態(tài)調(diào)整過程來測試這些電池組并使其適用于電網(wǎng)部署。因?yàn)闇y試過程需要數(shù)周或數(shù)月的時(shí)間，他們利用測試中的充電和放電循環(huán)向電網(wǎng)出售服務(wù)，從而在產(chǎn)品出售前增加自身收入。

在二次利用二手電動汽車鋰離子電池潛力方面，Rejoule也許算是知名度最高的企業(yè)。該公司利用他們的全壽命周期思維和從一開始就著手設(shè)計(jì)二次利用的方式，可能會帶來整個電池制造行業(yè)的革命。他們的電池測試和管理軟件可被安裝于電動汽車中剛開始使用的全新電池組，并持續(xù)性記錄電池的實(shí)時(shí)健康狀態(tài)。這意味著在汽車電池的質(zhì)保期末不再需要進(jìn)行額外測試協(xié)議，就可快速完成電池從一次利用到二次利用的轉(zhuǎn)變。鋰離子電池再利用的速度和最小阻力很可能將成為它們在應(yīng)用中是否會優(yōu)于全新材料電池的決定性因素。Rejoule將是其中的關(guān)鍵。

這三家公司都收到了來自加利福尼亞州能源委員會的數(shù)百萬美元補(bǔ)助。而美國聯(lián)邦政府通過國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室也同樣熱衷于這一課題，以減少出行和電網(wǎng)應(yīng)用對新鋰離子電池持續(xù)供應(yīng)的依賴。

由于鋰是一種可重復(fù)利用的材料，而不是像化石燃料一樣不可重復(fù)利用的資源，一個國家應(yīng)該盡可能地增加它的利用次數(shù)。如果美國本土鋰資源和其他電池材料得到顯著發(fā)展，美國就能降低對進(jìn)口的依賴程度。

鋰離子并不是美國在儲能領(lǐng)域關(guān)注的唯一課題。儲能初創(chuàng)企業(yè)們也正在研究利用其他化學(xué)手段解決主要由風(fēng)電和光伏發(fā)電提供電力的電網(wǎng)的可靠性問題，它們有可能改變美國甚是全世界的可再生能源市場，這也再次證明了多元化企業(yè)對美國的巨大價(jià)值。

（Danny Kennedy為New Energy Nexus CEO，Kitty BU為歐洲氣候基金會新能源顧問;編輯：馬克）