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为什么电能存储至关重要?

让电能储存发挥越来越重要的作用是电力生产系统转型的关键之一,但为什么呢?

提高电能储存的效率和成本可能意味着我们日常生活中能源生产和消费方式的一场革命,但为什么呢?如果您正在阅读这些文字,可能是因为您偶然发现了某条新闻,宣布某个国家或公司增强了其电能储存能力。电能储存是近年来能源领域的一大趋势,其背后有着令人信服的理由。想象一下,一个系统可以将所有“过剩”的能源储存起来,并在需要时提供给市场;这在其他类型的市场中非常常见,但由于技术和成本原因,在这个领域却很少见。

或许我们应该首先定义什么是电能储存以及它是如何工作的。从本质上讲,能量是一种不断运动的动能;这意味着,自人类诞生以来,通过不同的方法实现能量的储存一直是一场持续不断的斗争。从利用水坝水流驱动机器碾碎谷物的水磨坊,到如今驱动涡轮发电的先进水坝,人类一直试图利用能量的释放来实现我们的生产目的。随着19世纪电能的发现和开发,这种渴望演变成一种持续至今的痴迷。

虽然最初我们了解到燃烧某些物质(例如木材、煤炭或石油)可以释放能量并将其转化为电能,从而方便我们根据特定需求进行消费,并实现其“物理储存”,但电能本身的复杂性告诉我们,这种方法只不过是一种简单的解决方案。与第一次工业革命中使用的这种能源不同,电流通过一个专为其用途而设计的闭合电路流动:即其消耗。如果我们思考一下从发电到送达千家万户的整个过程,就会发现,电力运行的“道路”技术极其先进,能够运输和分配电力,却无法储存。

这意味着,有时由于发电能力不足,电力需求高峰无法得到满足。在其他情况下,由于当时需求不足,发电量过剩的情况也很常见。因此,随着社会的发展和电力消费的不断增长,我们逐渐意识到,电能储存对于实现能源效率、应对气候变化以及大力发展可再生能源等诸多目标至关重要。

储存电能:可持续发展的“电池”

让我们想象一下,一座山上布满了满负荷运转的风力涡轮机,或者一片数公顷的田地里安装了光伏板。在我们的集体想象中,这或许代表着我们持续开采和燃烧化石燃料发电所造成的污染问题的最终解决方案。虽然这或许是真的,但并非绝对正确。而且,正如我们之前所解释的,电能本身无法被“驯化”。可再生能源依赖于气候条件来产生供我们消费的能源(风能、太阳辐射等),而这些条件可能并不总是与最终消费者的需求相吻合,从而造成发电量或需求的低谷。

另一方面,有些发电技术,例如核能,其生产并非依赖性,而是绝对连续的,因为出于技术和经济原因,核电站无法根据我们的需求开启或关闭,而是需要以恒定且可控的方式释放能量。这意味着核电站已成为我们周围某些电力系统的“电池”,例如法国的情况。然而,除了这些可能存在的道德问题之外,它们还暴露了我们之前讨论过的潜在问题:有时,很大一部分发电量未被利用,因为市场并不需要。

所有这些情况促使我们的社会思考一个巨大的挑战,而这个挑战反过来又蕴藏着巨大的希望:电能储存。这一解决方案可以大大减少电能利用不足对气候造成的影响,为最终用户提供更高效、更灵活的电网。

电力储存系统的实施最终将使我们能够扩大可再生能源的使用,使我们能够储存剩余电力,以便在天气条件不允许稳定发电的日子使用。此外,这将消除化石燃料在高峰需求时段作为“能源储备”的作用,届时火力发电厂将充当我们电力系统的“电池”;这与社会全面追求可持续发展和绿色能源的目标相去甚远。另一方面,值得强调的是,这将为电动汽车的普及化带来巨大的推动力,而电能存储将成为其正常运行所需的稳定能源供应的关键盟友。

但是,是什么阻碍了电能存储的扩张呢?

如果说在我们的社会中有一个词不断被重复,那就是“市场”。事实上,无论现在还是过去,创新技术如果缺乏竞争力,就无法成为真正的变革载体;电能存储也不例外。这是由于这场技术革命的主要材料——锂——的高昂材料和生产成本造成的。这种材料的特性使其成为能源领域的焦点,但价格也非常昂贵,这阻碍了它迄今为止的全面发展。

但这种情况不会永远持续下去。彭博新能源财经 (BNEF) 等机构发布的一项研究估计,到 2030 年,电池成本将降低高达一半,这将直接影响电力存储和电动汽车的兴起。因此,随着竞争力的增强和成本的降低,这项技术的普及带来了真正的希望。现在,这场革命将走多远还有待观察。时间将证明它是否成功。