正在改变世界的储能梦之队

Danny KennedyKitty BU

今年6月，Form Energy公司宣布将利用一座风力发电厂和长效电池的结合来替代美国中西部地区的一家1吉瓦装机的褐煤电厂，Form Energy将替代方案称之为“双向电厂”。制定这一计划的是一支梦之队：来自台湾的麻省理工学院教授蒋业明、蒋教授的一位美国白人商业伙伴及学生、一位来自加州的农民的儿子和一位意大利软件工程师，他们共同创建的Form Energy是一支多元文化的团队。

作为首个以“可再生能源加储能”方式替代运行中燃煤电厂的大型项目，如果能得到经济和技术的双重证明，那么全球各地的电厂在十年内就将面临该技术带来的激烈竞争。Form Energy的项目代表着一种正在美国兴起的趋势——新建可再生能源项目的经济指标不但优于新建燃煤电厂，也优于运行现有燃煤电厂。

明尼苏达州电力公司Great River Energy宣布，Form Energy的1兆瓦试点项目能够满负荷放电长达150小时。Great River公司在公告中透露，Form Energy的独特技术是一套“水系空气”电池系统。在美国、中国、澳大利亚和全球其他地方，锂离子电池组满负荷放电时长一般最多只能达到4小时。150小时完全是另一个量级。

这基本上可以使可再生能源成为“基础荷载”。

作为Great River公告中计划的一部分，该公司将在淘汰燃煤电厂的同时，建造一座1.1吉瓦装机的风力发电厂，并在风力资源不足时使用这种长效储能系统作为补充。整个项目将基本实现零碳电力供应，其成本远远低于当前的通过褐煤发电的运营方式。

Great River Energy是明尼苏达州第二大电力供应商。这里的人们需要忍受越来越长的夏季热浪和冬季寒潮，当地的供热和制冷负荷也因此激增。为了平缓风电的波动性，Great River主席兼首席执行官David Saggau认为，“长效储能将成为未来极端天气状况下维持电网可靠性的必要手段。”

在这种情况下，他们选择了与Form Energy合作。在达成合作前，考虑到当地天气条件和其他因素，双方花费数年完成了复杂的联合优化分析，研究如何替代南达科他州多年来运行状态欠佳的1.15吉瓦装机Coal Creek Station燃煤电厂。这些分析确保了在保证可靠性、低平准化能源成本和高投资回报的前提下使用波动性的风电替代煤电。

外界目前还不清楚Form Energy的储能系统究竟是用什么材料制成的。在与Great River合作的试点项目中，该系统将被安置在混凝土板围墙之后，其模块化的基础单位容量为1兆瓦。外界猜测其水系空气电池中使用了化学元素硫，因为那正是蒋业明教授创立的上一个初创企业的研究重点。

蒋教授是多家在储能领域备受关注的公司的幕后核心，例如24M和A123，蒋教授还创建了Baseload Renewables公司，并与美国能源部合作研究可实现比锂离子更长效的电网级储能技术。与此同时，Mateo Jaramillo离开了特斯拉开始独立研究长效储能领域的重大挑战，并且他考虑的是季节性规模的储能技术，而不仅仅是数天或数周的充放电。

原本二人有各自的融资渠道，但Jaramillo决定与蒋教授及Ted Wiley合作，后者是海水电池公司Aquion（该公司的大部分产品都部署于美国，但在2017年不幸破产）的联合创始人。这两个强大的团队决定联手合作，而不是相互竞争，以破解创建和销售电网储能解决方案在科学和商业方面的困难挑战。构成团队最后一块拼图的是意大利软件专家——持有两个博士头衔的Marco Ferraro，他能够在几乎所有电力市场上对波动性的可再生能源建模分析，从而以极低的单位兆瓦时成本提供稳定功率的电力供应。

其他的公司可能具備其中的一些能力，比如强大的分析建模能力或交易软件或他们特殊化学技术，但各种能力的结合才使Form Energy脱颖而出，具备强大竞争力。并且他们都是经验相对丰富的企业家，尤其是Jaramillo曾组建了特斯拉的储能业务部门，该部门改变了储能行业的格局。如今，这些开路先锋们正联手解决可再生能源应用领域的下一个重大问题：管理风电光电的波动性，以经济可行的方式发挥它们的作用。

美国在储能的尝试上并不是一帆风顺的。虽然特斯拉在内华达州建造了超级工厂，但是特斯拉并不代表美国的电池生产制造产业的实力。实际上，美国的先进电池制造或生产能力十分有限。锂产量很低，原材料精炼能力也很有限，所以其电动汽车和电网储能严重依赖于亚洲厂家生产的锂电池。随着这两类终端应用在美国的强势增长（甚至在新冠时期也是这样），这里的初创企业们迎来了新机遇。

加州对“二手电池”的强烈兴趣就是其中一个很好的例子。与中国类似，加州有时也不得不大幅减少数日甚至数周的风电与光伏发电，但他们并不想浪费掉这些过剩产能。使用全新的锂离子电池来存储这些电力目前仍是昂贵的，但用从电动汽车中取出的二手锂离子电池来储能仍然具备相当的经济可行性，一些技术类型的企业正在专注将其变成现实。

Rejoule是一家加州大学戴维斯分校的衍生企业，Jae Wan Park教授在这里研究电动汽车特性已有十年。该公司能够在电动汽车使用寿命终结之后将其电池取出（剩余容量通常是额定容量的80%）并重新组装。重新装配的电池可被二次应用于电网储能领域。该公司的关键技术是能够快速测试每块电池（仅需1分钟，通常这种测试需要1天的时间），替换掉已失效的电池，从而快速地重新组装完整的电池组。

电动汽车电池循环经济路径

资料来源：Recell;Argonne National Laboratory

该公司正在解决的另一个问题是安全性和使用他人的二手电池带来的感知风险。为此，Rejoule正在打造一套起火探测和灭火系统，在不损坏任何电子元件的前提下避免二次利用电池时温度过高问题。这种检测即时故障并将电池冷却的能力将有助于打消用户和投资者的疑问，使他们更容易接受二手电池。

另一个加州大学的相关衍生企业名为Smartville，它来自于加州大学圣地亚哥分校的能源研究中心。该公司关注的问题是，得到许多不同种类的电动汽车电池以及它们各自的不同电池单元，并将其重新应用于电网储能领域。他们在研究如果将不同型号、不同类型车辆中的不同电池捆绑在一起并接入电网进行储能会发生什么。他们已经设计出了功率转换器和一个状态调整过程来测试这些电池组并使其适用于电网部署。因为测试过程需要数周或数月的时间，他们利用测试中的充电和放电循环向电网出售服务，从而在产品出售前增加自身收入。

在二次利用二手电动汽车锂离子电池潜力方面，Rejoule也许算是知名度最高的企业。该公司利用他们的全寿命周期思维和从一开始就着手设计二次利用的方式，可能会带来整个电池制造行業的革命。他们的电池测试和管理软件可被安装于电动汽车中刚开始使用的全新电池组，并持续性记录电池的实时健康状态。这意味着在汽车电池的质保期末不再需要进行额外测试协议，就可快速完成电池从一次利用到二次利用的转变。锂离子电池再利用的速度和最小阻力很可能将成为它们在应用中是否会优于全新材料电池的决定性因素。Rejoule将是其中的关键。

这三家公司都收到了来自加利福尼亚州能源委员会的数百万美元补助。而美国联邦政府通过国家可再生能源实验室也同样热衷于这一课题，以减少出行和电网应用对新锂离子电池持续供应的依赖。

由于锂是一种可重复利用的材料，而不是像化石燃料一样不可重复利用的资源，一个国家应该尽可能地增加它的利用次数。如果美国本土锂资源和其他电池材料得到显著发展，美国就能降低对进口的依赖程度。

锂离子并不是美国在储能领域关注的唯一课题。储能初创企业们也正在研究利用其他化学手段解决主要由风电和光伏发电提供电力的电网的可靠性问题，它们有可能改变美国甚是全世界的可再生能源市场，这也再次证明了多元化企业对美国的巨大价值。

（Danny Kennedy为New Energy Nexus CEO，Kitty BU为欧洲气候基金会新能源顾问;编辑：马克）