科技创新世界潮|简单直接技术，解决储能难题
科技日报记者 张佳欣
在芬兰赫尔辛基以北约450公里处，有一座废弃的矿井。尽管这里位置偏远，但正受到人们的密切关注。因为它有望在能源领域发挥革命性作用，不过原因可能和人们想的不太一样。
这座矿井名为皮哈砂麦，曾出产丰富的锌和铜，但如今它将利用重力来创造新的价值。作为欧洲最深的金属矿，它是建造重力储能仓的理想地点。一家名为Gravitricity的英国公司就计划将其改造成一种超大号的重力电池：将重物悬挂在矿井深处，并将该装置与发电机相连。通过提升重物将电能存储为势能，然后让重物下落再次产生电能。
英国《新科学家》网站近日刊文表示，这个方法听起来虽然很简单，但这正是它的精妙之处。各国政府都在努力解决间歇性可再生能源的一个大问题：如何在没有风或阳光的时候保持电力供应。到目前为止，他们主要关注氢能、核能和锂离子电池等昂贵的技术。如果能以更基本的方法解决间歇性问题，同时减少电费和排放，岂非更好？
重力储能仓或许只是一个开始。许多公司正在探索利用盐、沙子、水甚至热砖等看似普通的材料来开发新的储能方法。这些看似简单直接的技术，可能正是解决我们这个时代最紧迫挑战的方案之一。
有高度差就能发电
任何一种有质量的物体下落时，重力所带来的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用这样的原理。这需要两个位于不同高度的湖泊，在电力供应过剩或价格低廉时，用这些电力将水从低处抽到高处；待需要电力时，再让水从高处流下，驱动涡轮机发电。这种方式既高效又相对便宜，但缺点是并非所有地方都有适合抽水蓄能的湖泊。
Gravitricity公司使用的方法也是重力储能技术。该公司不使用湖泊和水，而是计划利用像皮哈砂麦那样的矿井。这样的矿井遍布世界各地。例如，该公司还计划在德国和捷克共和国的工厂推进其技术。2022年，他们在英国爱丁堡建造了一个地面演示装置，可以将两个重达25吨的配重块用钢缆悬挂在空中，展示了重力储能技术的实际应用效果。
当然，即使没有矿井，重力储能技术依然可行。2020年，奥地利国际应用系统分析研究所提出了一种类似缆车的重力储能系统，通过将沙子或砾石运送到山坡上，然后在需要电力时将它们迅速滑下以产生能量。
目前来说，还很难断定这些基于重力的想法是否真能成功。但在即将出现的“极简”储能方案中，重力储能绝非唯一。
铁生锈也能用于储能
Gravitricity公司在爱丁堡的演示装置可举起两个25吨重的物体。
图片来源：《新科学家》网站
另一个思路是，保留电池的基本概念，但去除其中的复杂和不稳定因素。这一理念下有多种思路，其中之一便是用相对廉价的钠来替代昂贵的锂。位于美国马萨诸塞州的Form能源公司便研发出了一种铁空气电池，其关键元素竟是再普通不过的铁锈。这款电池的工作原理相当直观：充电时，电流通过电化学作用将氧化铁（铁锈）转化为铁，释放氧气；放电时，电池则从空气中吸收氧气，使铁重新变回铁锈，从而产生电流。
Form能源公司的每块电池大小与洗衣机相当，因此并不适合用于电动汽车。但对于电网级别的储能系统来说，这样的尺寸却恰到好处。Form能源公司表示，他们的铁空气电池经过特别设计，能以低于传统电池的成本储存100小时的电力。在超过3.6亿美元的资金支持下，该公司已开始在西弗吉尼亚州建设其首家电池工厂。
当然，在探讨如何简化储能技术时，人们不应忽视热能这一重要领域。
用砖块和熔盐储热
Rondo能源公司制成热电池的砖块在生产设施内整齐排列。
图片来源：《新科学家》网站
热能储存（TES）虽然不常见，但已有众多企业看到了其巨大潜力。如总部位于美国加利福尼亚的Rondo能源公司正在开发一种产品，可利用巨大的黏土砖作为热能储存介质。将砖块夹在两个加热元件之间，就像烤面包机中的吐司一样，能够储存能量数天之久。
如果用可再生能源将黏土砖加热至1500℃，这些热能就可以直接用于工业生产，或者用于产生蒸汽，驱动涡轮机再次发电。
这些巨大的“砖头烤炉”需要建在它们所服务的工厂附近，热能通过绝缘管道输送。这种系统简单易行，因此成本低廉。Rondo能源公司估计，采用这种方式储存电力，成本大约是绿色氢气的一半。
欧洲也在积极拥抱热能储存技术。总部位于挪威的Kyoto公司从摩洛哥瓦尔扎扎特-努尔太阳能发电站获得灵感。在那里，一排排巨大的镜子将阳光反射到塔顶，将熔盐加热至约1000℃。储存的热能可为当地供电，即使在太阳落山后也能持续供电。Kyoto公司计划将这种技术引入欧洲。
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