Energy storage sector heats up: Advances in zinc-based, iron-air, hydrogen, and gravity energy storage technologies

储能领域持续升温：多类新技术加速落地

要实现拜登政府提出的2035年电力行业脱碳目标，仅靠锂离子电池远远不够，还需要一系列其他储能技术的协同支撑。目前，多家企业正将新技术方案推向市场，以填补这一缺口。

专家指出，锂离子电池可提供4至8小时的储能能力，但随着电网中可再生能源占比不断提高，系统将需要具备更长持续时间、不同特性的技术，以模拟“基荷”发电组合的功能。

据伍德麦肯兹去年底发布的报告，自2019年以来，全球长时储能项目已获得超过580亿美元的私人和公共投资承诺，对应约57吉瓦的长时储能装机。与此同时，美国能源部正着力支持这一市场的商业化进程。

“当我们思考通往净零排放的路径时，我们的生态系统中确实需要多种不同的技术，才能真正把我们带到需要去的地方。”德勤美国可再生能源业务负责人Marlene Motyka表示。

她认为，这既包括锂离子电池，也包括她所称的“中期”时长储能技术，如铁空气电池或锌基电池。此外，系统还需要一些超长时——甚至季节性——的储能手段，能够连续数月提供电力，例如氢基储能。

多家企业正将这些技术推向市场，公用事业监管机构也表现出浓厚兴趣。今年5月，加州公用事业委员会批准太平洋燃气电力公司推进一个8.5兆瓦的微电网项目，该项目由Energy Vault开发，采用混合电池和氢燃料电池系统，位于北加州一个易受野火停电影响的变电站。根据PG&E的申报文件，该系统预计可在48小时内产生高达293兆瓦时的电力。

Energy Vault还在开发一种重力储能解决方案，通过机械过程提升和降下由土壤和废料制成的复合块来储存和释放能量。今年8月，该公司宣布已与一家尚未披露名称的美国可再生能源开发商签署了该技术的首个许可和特许权使用费协议。

9月，Dominion Energy向弗吉尼亚州监管机构申请批准一个储能项目，将测试两项新技术——Form Energy开发的铁空气电池（该公司称可提供100小时电力储存）以及Eos Energy的锌混合电池（可储存3至12小时电力）。

展望未来十年，Motyka表示，电网将需要多种储能解决方案的组合，具体因各州的发电组合和负荷特性而异。但一些技术可能比其他技术更突出——例如，因为它们不受地理条件限制。

德勤咨询能源、资源与工业业务董事总经理Craig Rizzo表示，技术供应链的长期稳健性也将是能否规模化的重要因素。其他需要考虑的因素包括技术及其供应链的环境足迹，以及资产本身的可靠性。

“要将其与电网中现有替代方案（例如天然气发电）的可靠性进行比较。它必须在需要时可靠运行。”Rizzo补充道。

Utility Dive考察了储能领域快速发展的四类前沿技术，并与部分将相关技术推向市场的企业进行了交流，以更清晰地了解新兴储能格局。

每个技术部分的末尾附有快照，介绍一家关键企业、其储能技术的生产方式、当前及未来项目等细节。这些快照并非对每项技术的全面综述。

锌基电池

Eos业务发展副总裁Andy Meserve表示，锌基电池具有多项区别于锂离子电池的特性，包括更长的储能时长，以及水系系统不可燃的特点。他补充说，这类系统退化率极低，使用寿命可超过20年——这与许多可再生能源电站20至30年的生命周期相符。

“我们的另一个关键特点是工作温度范围非常宽——无需加热和空调系统。”Meserve补充道，这与锂离子电池不同。

据Meserve介绍，这类电池可满足电力市场的多种需求，尤其是在能量转移或套利方面——既可在可再生能源充裕时储存，随后调度释放，也可在低电价时充电、高电价时放电。此外，它们还可与可再生能源或其他资源耦合，在微电网中发挥作用。

与其他储能技术开发商一样，Eos目前正专注于扩大制造规模。今年早些时候，该公司从美国能源部获得了至多3.986亿美元的有条件贷款担保，用于扩建生产其锌基储能系统的制造工厂。

德勤的Motyka指出，锌基储能确实具有某些优势。该技术在尺寸上灵活，且锌作为原材料储量丰富。另一方面，其可实现的储能时长有限。目前锌基电池可提供至多12小时的储能，并可扩展至更长。

“你可以不断建造这些模块化部件并将它们连接在一起——但在某个节点，由于体积问题，这或许不再有意义。”她说。

锌基电池快照

工作原理：该技术利用锌沉积储存能量。锌基电池内部包含石墨毡和导电塑料，锌在充电时附着于石墨和导电塑料上，放电时则释放。

关键企业：Eos Energy Storage

容量范围：不适用

时长范围：3-12小时，并有可能更长

美国已运营项目：无

全球开发中项目：截至11月7日，公司项目管道规模为116亿美元，超过43吉瓦时，其中100亿美元为活跃提案，15亿美元为已签署意向书。截至9月30日，其积压订单为5.39亿美元，对应超过2吉瓦时。

铁空气电池

Form Energy的铁空气电池系统由约洗衣机烘干机组合大小的模块组成，电池单元包含铁电极和空气电极。该公司表示，该技术的优势之一是其活性组件安全、廉价且易于获取。

Form Energy首席执行官Mateo Jaramillo表示，该技术还提供多日储能时长——约100小时，这意味着它可以成为出色的电网可靠性资源。他说，虽然数小时的储能也很重要，但电网将需要“100小时级别”的储能来应对更长期的天气事件。

尽管铁空气电池目前的主要应用场景是作为可靠性资源，但Form Energy的模型显示，该电池可全年使用。公用事业公司和其他用户也可利用该电池在周与周之间平衡能源供需。

Jaramillo表示，Form Energy目前在扩大技术规模方面面临的关键挑战是建设制造能力——本质上要“成为一家制造公司”。

“我们正在非常快速且积极地建设这一职能，但它是全新的，任何新事物都伴随风险。”Jaramillo说。

德勤的Motyka表示，该技术提供了很大的灵活性，其调度方式可支持基荷发电的概念。

“他们宣传的是比锂离子电池便宜得多，而且持续时间也更长。”Rizzo赞同道，“当然，这一切在纸面上听起来不错。我认为关键在于实际运行验证。”

铁空气电池快照

工作原理：该电池利用“可逆锈蚀”过程。放电时，铁金属转化为铁锈；充电时，利用电流将铁锈还原为铁。

关键企业：Form Energy

容量范围：可从5兆瓦至10兆瓦的示范项目扩展到数百兆瓦的大型项目

时长范围：至多100小时

美国已运营项目：无

美国开发中项目：与Dominion Energy（弗吉尼亚州）合作——5兆瓦/500兆瓦时铁空气电池系统，预计2026年投运；与Xcel Energy合作——明尼苏达州贝克尔Sherburne County发电站10兆瓦/1000兆瓦时系统，以及科罗拉多州普韦布洛Comanche发电站10兆瓦/1000兆瓦时系统，均预计2025年投运；与Georgia Power合作——15兆瓦/1500兆瓦时系统，预计2026年投运；在纽约州能源研究与发展局支持下——10兆瓦/1000兆瓦时系统，预计2026年投运；与Great River Energy（明尼苏达州）合作——1.5兆瓦/150兆瓦时试点项目，预计2024年底投运。

氢储能

2022年底，太平洋燃气电力公司向加州监管机构提交了一项混合电池储能和氢燃料电池系统的提案，该系统由Energy Vault开发，位于北加州一个因野火风险而频繁停电的城镇。该公用事业公司历来使用柴油发电机满足这一需求，但改用绿氢和电池可在停电期间提供更清洁的备用电源。该微电网预计于2024年投运。

氢基储能允许电力行业利用可再生能源和电解槽系统生产绿氢，然后可按需长期储存，直至通过燃料电池转化回电力。PG&E微电网的时长为48小时，并有可能扩展至96小时——但氢能允许更长时间的储能，甚至季节性储存。

PG&E系统采用Energy Vault的“H-Vault”平台，设计用于从24小时到季节性储能的时长。该系统可从1兆瓦起部署，并提供24、50、100小时的标准方案以及任意定制尺寸。Energy Vault首席商务与产品官Marco Terruzzin表示，在《通胀削减法案》支持下，按100小时时长计算，该系统成本与柴油发电机组相当。Energy Vault还有其他氢储能项目在管道中，但尚未公开披露。

Terruzzin表示，《通胀削减法案》的通过推动了该技术在美国的发展，部分原因是它允许使用氢作为储能介质的资产所有者利用投资税收抵免。

Motyka表示，氢能可储存数月并按需使用的潜力，在未来政策制定者考虑电网平衡时可能非常重要。与此同时，氢基储能在规模化部署时面临的一大挑战是发展配套基础设施。

“整个氢生态系统背后的基础设施——生产、储存、调用——仍有很多工作要做。”她说。

今年10月，美国能源部宣布在全国选定七个区域氢能中心，总计70亿美元资金，预计每年联合生产300万公吨氢。Motyka表示，这一宣布是朝着正确方向迈出的积极一步。