储能赛道升温：多类新兴技术加速入场

要实现拜登政府提出的2035年电力行业脱碳目标，仅依赖锂离子电池远远不够，还需要一系列多元化的储能技术。当前，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升，系统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。

据伍德麦肯兹去年底报告，自2019年以来，全球长时储能项目已获得超过580亿美元的公共与私人投资，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该市场的商业化进程。

“当我们思考净零路径时，生态系统中需要多种不同技术才能真正抵达目标。”德勤美国可再生能源业务负责人Marlene Motyka表示。

这既包括锂离子电池，也包括她所称的“中期”时长储能，如铁空气电池或锌基电池。此外，系统还需要具备极长持续时间——甚至季节性——的储能方案，例如氢基储能，可连续支撑数月之久。

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兴趣。5月，加州公用事业委员会批准太平洋燃气与电力公司推进一个8.5兆瓦的微电网项目，该项目由Energy Vault开发，位于北加州一个易受野火停电影响的变电站，采用混合电池与氢燃料电池系统。据PG&E提交的文件，该系统预计可在48小时内产生高达293兆瓦时的电力。

Energy Vault还在开发重力储能方案，通过机械方式升降由土壤和废料制成的复合砌块来储存和释放能量。8月，该公司宣布已就该项技术与一家尚未披露的美国可再生能源开发商签署首份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（据称可提供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，具体因各州发电组合和负荷特性而异。但某些技术可能因不具备地理限制等优势而更为突出。

德勤咨询能源、资源与工业业务董事总经理Craig Rizzo指出，技术供应链的长期稳健性也是能否规模化的重要因素。其他考量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。

“要将其与当前电网中被替代资源的可靠性相比——例如天然气发电。它必须在需要时可靠运行。”Rizzo补充道。

Utility Dive对储能领域前沿的四类技术进行了梳理，并与部分商业化企业进行了交流，以更清晰地呈现新兴储能格局。每节末尾附有概览，介绍关键参与者、技术原理、当前及未来项目等细节，但并非对每项技术的全面审视。

锌基电池

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，Eos业务发展副总裁Andy Meserve表示。他补充说，该系统退化率极低，使用寿命可超过20年——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极宽——无需加热和空调，”Meserve补充道，这与锂离子电池不同。

Meserve指出，这类电池可满足电力市场的多种需求，尤其在能量转移或套利方面——即可再生能源充裕时储存、稍后调度，或在低电价时充电、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目前正专注于提升制造能力。今年早些时候，该公司获得美国能源部最高3.986亿美元的有条件贷款担保，用于扩建其锌储能系统生产工厂。

锌基储能确有其优势。德勤的Motyka表示，该技术在规模上灵活，且锌作为原材料储量丰富。但另一方面，其持续时间有限。锌基电池目前可提供最长12小时的时长，并可扩展至更长。

“你可以不断构建模块化部件并将其连接——但到一定程度，可能因体积问题而不再合理。”她说。

锌基电池概览

工作原理：该技术通过锌沉积储存能量。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，放电时释放。

关键企业：Eos Energy Storage

容量范围：不适用

时长范围：3-12小时，并可扩展至更长

美国已运营项目：无

全球开发中项目：截至11月7日，公司项目管道达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，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构成，电池单元包含铁和空气电极。该公司称，该技术的一大优势是采用安全、廉价且易获取的活性材料。

此外，其提供约100小时的多日时长，使其成为出色的电网可靠性资源，Form Energy首席执行官Mateo Jaramillo表示。虽然数小时级别的时长也很重要，但电网将需要“100小时级别”的储能来应对更长的天气事件。

尽管铁空气电池目前的主要用途是可靠性资源，但Form Energy的模型显示，该电池可全年使用。公用事业公司等也可利用其平衡周与周之间的能源供需。

Jaramillo表示，Form Energy目前规模化面临的关键挑战是建设制造能力——本质上要“成为一家制造企业”。

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

德勤的Motyka表示，该技术提供了很大灵活性，可调度以支持基荷发电的概念。

“他们宣称比锂离子更便宜，且持续时间更长，”Rizzo赞同道，“当然，纸面上听起来不错。关键在于实际运行验证。”

铁空气电池概览

工作原理：电池采用“可逆锈蚀”过程。放电时将铁转化为铁锈，充电时通过电流将铁锈还原为铁。

关键企业：Form Energy

容量范围：可从5-10兆瓦的示范项目扩展至数百兆瓦的大型项目

时长范围：最长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/500兆瓦时系统，预计2026年投运；与Xcel Energy合作在明尼苏达州贝克尔Sherburne County发电站和科罗拉多州普韦布洛Comanche发电站各部署10兆瓦/1000兆瓦时系统，均预计2025年投运；与Georgia Power（佐治亚州）合作15兆瓦/1500兆瓦时系统，预计2026年；在纽约州能源研究与发展局支持下部署10兆瓦/1000兆瓦时系统，预计2026年；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，太平洋燃气与电力公司向加州监管机构提交提案，计划在因野火风险而频繁停电的北加州小镇部署由Energy Vault开发的混合电池储能与氢燃料电池系统。该公用事业公司历来使用柴油发电机满足此需求，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。

氢基储能使电力行业能够利用可再生能源和电解槽系统生产绿氢，然后按需储存，直至通过燃料电池转换回电力。PG&E微电网时长为48小时，并可能扩展至96小时——但氢能可实现更长时间甚至季节性的储能。

PG&E系统采用Energy Vault的“H-Vault”平台，设计时长从24小时至季节性储能。系统可从1兆瓦起部署，并提供24、50、100小时的标准方案及任意定制规模。Energy Vault首席商务与产品官Marco Terruzzin表示，在《通胀削减法案》支持下，100小时时长的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，部分原因在于使用氢作为储能介质的资产所有者可获得投资税收抵免。

Motyka指出，氢能可储存数月并按需使用，这对未来政策制定者平衡电网可能非常重要。

同时，氢基储能在规模化部署时面临的一大挑战是基础设施的配套建设。

“整个氢生态系统的基础设施——生产、合适的储存地点、以及调用能力——仍需大量工作。”她说。

10月，美国能源部宣布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的积极一步。