他山之石:美国如何构建电池储能系统和下一代储能技术?

导读:日前极客网分享了美国对于下一代储能技术的设想(美能源部国家实验室负责人:美国需要绕过锂电开发下一代储能技术),今天我们继续来了解他们将如何做。

极客网·新能源9月24日 美国能源部下属的三个主要国家实验室的部门主管日前接受行业媒体的采访,对美国如何构建电池储能系统的价值链以及开发下一代储能技术进行了分析和探讨。 

劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)和SLAC国家加速器实验室的三名主管指出,美国在全球范围内面临激烈的竞争,而在锂离子电池的原材料到成品的各方面都严重依赖进口,但美国有能力超越当前的锂离子电池技术,开发更新的创新电化学技术以及下一代储能技术。

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美国能源部三个主要国家实验室致力为电池创新者和制造商提供专业知识和技术的支持,为电池价值链中的厂商和用户提供专业知识、资源和技术方面的援助。同时这些实验室还研究用于电动汽车等行业应用的电池。此次受访者分别是SLAC国家加速器实验室应用能源部门总监Steve Eglash,伯克利实验室储能中心执行董事Noel Bakhtian,以及劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)科技副主任Tony Van Buuren。

问:电池材料分析机构Benchmark Mineral Intelligence公司指出,电池需求增长与供应之间严重脱节,尤其是在原材料供应方面。请问你对当今用于电池储能系统的锂离子电池供应链有何看法? 

Steve Eglash:电池制造业的蓬勃发展和电池需求的急剧增长并不是由储能行业驱动的,而是由电动汽车行业驱动的。但在不久的将来,将会受到储能行业的驱动。 

毫无疑问,如今的电池供需失衡。为什么汽车制造商在很多情况下都无法获得他们想要的电池数量?我认为制造能力比原材料更重要。而对于储能系统来说,我认为主要问题是价格和性能。 

总的来说,为电动汽车制造的锂离子电池在能量密度、价格以及提供更多能量等方面并不理想。虽然当前的电池性能对于电动汽车来说绰绰有余,但它们仍然不是适用于电池储能系统的产品。 

限制储能部署快速增长的不是供应链,而是没有更合适的电池产品。我认为这种情况在未来几年内仍会存在。有些电池可以最大限度地提高功率密度,从而减轻重量适配电动汽车轻量化需求,但对于固定储能应用来说并不重要。 

与电动汽车所需续航时间的较短的电池相比,电池储能系统的电池持续放电时间将超过12小时或24小时,甚至96小时。因此,电池供应链的问题对于储能行业和交通运输应用的影响不同。 

NoelBakhtian:我们看到电池在运营和供应方面面临困难,而且速度正在放缓。我认为这是制造业的问题,因为美国生产的电池很少,而全球的电池主要来自欧洲和中国。 

令人兴奋的是,全球用户对电池的需求飙升,而电池储能行业显然是其中的一个重要部分。根据预测,到2030年电池行业需要投资2600亿美元。 

伯克利实验室目前具有研究氢气储能的团队,也有研究液流电池的团队,并研究热储能、压缩空气储能等其他类型储能技术。 

伯克利实验室的储能中心如今正在研究两个主题,其中一个是电池供应链。我们正在与美国能源部和供应链领域的其他实验室密切合作。 

问:储能技术上需要采用适合的电池,是不是已经有这样的产品,但没有实现商业化生产,或者没有大规模建造? 

Noel Bakhtian:如果说的是持续放电时间两到四个小时的电池储能系统,锂离子电池当然是理想的选择。但是,在过去几年美国能源部和行业厂商大力推动长时储能的情况下,其他一些储能技术在降低成本方面更具意义。 

Steve Eglash:我们专注于电化学储能的研究,或者研究类似电池的技术(例如液流电池和燃料电池),我们的研究将在多个方面同时进行。 

伯克利实验室和SLAC国家加速器实验室有大量研究人员在开发和研究新的化学物质,而关键矿物和材料是研究的重要组成部分。 

电池需要采用地球上丰富的材料,并且能够以环保方式获得,可以在美国本土或友好国家获得,最终不会过度依赖进口电池产品或原材料。此外,对电池还需要完整的生命周期的分析,其中包括具体的能源回收和再利用,以及水资源的利用。 

问:作为美国能源部下属的国家实验室,你们的研究工作将与美国政府的目标和美国能源部的优先事项保持一致。《降低通胀法案》最近获得通过,这将激励美国国内制造业,而在此之前不久也通过了《两党基础设施法》。这可能会产生什么样的影响? 

Steve Eglash:《两党基础设施法》正在为美国建设基础设施提供大量资金,我们作为美国能源部的技术机构获得了一些研发资金。 

在大多数情况下,《两党基础设施法》提供的数十亿美元将提供给参与部署和扩大规模的能源开发商、公用事业公司和其他组织。而国家实验室可以发挥重要的贡献和作用,这些资金可以帮助构建真正可扩展的解决方案。 

Noel Bakhtian:用于电池的研究的资金将有70亿美元,例如伯克利实验室已经获得了30亿美元。

问:欧盟投入大量资金构建电池价值链,欧洲电池联盟是实现这一目标的主要工具。这有什么借鉴之处吗? 

Noel Bakhtian:欧盟实际上投入了更多的资金,远远超过美国投入的70亿美元,而且他们已经为此努力了多年。我们实际上是在努力追赶,并从中吸取经验和教训。 

欧盟委员会副主席马罗斯·塞夫科维奇最近与华盛顿特区的官员会面,他们就开展合作达成了协议。我们在伯克利实验室与欧洲电池联盟高层进行了交流,并与加州能源委员会就如何更好地合作开展了一次圆桌会议。 

而令人感兴趣的是,我们在一开始就关注到了电动汽车行业对电池的需求。其部分原因是,随着电动汽车越来越受欢迎,世界各国正在禁止或限制燃油汽车的销售和生产。

在储能技术的研究方面,伯克利实验室在电网建模和分析方面拥有很强的能力,我们必须弄清楚真正的需求是什么。虽然在储能材料和技术方面进行创新,但电网技术也需要创新,并且需要了解正确的组合将是什么。 

问:国家实验室可以为储能技术做出什么贡献? 

Steve Eglash:储能技术是我们三个实验室的一个主要研究领域,也是美国能源部的优先事项。 

毫无疑问,更多地部署和使用储能系统可以使用电网运营更可靠、更有弹性,能够更好地整合越来越多的可再生能源,而这些可再生能源的发电通常是不可调度的。 

储能系统不仅支持更多的可再生能源,也将支持能源转型。毫无疑问,未来需要部署更多的电网规模储能系统。 

我们的一个研究小组最近研究了如何更好应用储能系统,即需要部署多少储能系统才能在电网上实现一定水平的可靠性和弹性。他们得出的结论是,目前还没有理想的模型来解决这个问题。 

对于电网实现更高可靠性和弹性,需要采用多少储能系统,其估计值范围很大,例如可能需要目前的10倍或更多,因此仍然有很多问题需要解决。

问:在未来几年,是否有一些研究试图解决电网需要部署多少储能系统这一问题? 

NoelBakhtian:我们将会看到更多的研究,但也要考虑一些问题是:需要了解部署什么样的储能系统?不仅知道需要部署多少储能系统,还要知道部署什么样的储能系统?持续时间多长?具有什么样的特性? 

Tony VanBuuren:你所说的电网采用储能系统涉及到国家安全。因此,北美电网可靠性模型NARM是实验室研究的一部分。 

这个模型中需要解决很多问题。例如,如果发生了中断事件,电网有多可靠?需要是什么样的储能系统?应对气候事件的能力如何?需要在哪里部署储能系统?如何开始融入气候适应能力? 

而储能系统可以将这一切联系在一起。例如国家安全、气候适应力、储存能源等;并且正在整合新技术,无论是热能还是氢能;而且还跨越各种领域。这些就是我们致力研究储能系统的原因。

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