科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣
在芬蘭赫爾辛基以北約450公里處，有一座廢棄的礦井。盡管這里位置偏遠(yuǎn)，但正受到人們的密切關(guān)注。因?yàn)樗型谀茉搭I(lǐng)域發(fā)揮革命性作用，不過原因可能和人們想的不太一樣。
這座礦井名為皮哈砂麥，曾出產(chǎn)豐富的鋅和銅，但如今它將利用重力來創(chuàng)造新的價(jià)值。作為歐洲最深的金屬礦，它是建造重力儲(chǔ)能倉的理想地點(diǎn)。一家名為Gravitricity的英國公司就計(jì)劃將其改造成一種超大號(hào)的重力電池：將重物懸掛在礦井深處，并將該裝置與發(fā)電機(jī)相連。通過提升重物將電能存儲(chǔ)為勢能，然后讓重物下落再次產(chǎn)生電能。
英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日刊文表示，這個(gè)方法聽起來雖然很簡單，但這正是它的精妙之處。各國政府都在努力解決間歇性可再生能源的一個(gè)大問題：如何在沒有風(fēng)或陽光的時(shí)候保持電力供應(yīng)。到目前為止，他們主要關(guān)注氫能、核能和鋰離子電池等昂貴的技術(shù)。如果能以更基本的方法解決間歇性問題，同時(shí)減少電費(fèi)和排放，豈非更好？
重力儲(chǔ)能倉或許只是一個(gè)開始。許多公司正在探索利用鹽、沙子、水甚至熱磚等看似普通的材料來開發(fā)新的儲(chǔ)能方法。這些看似簡單直接的技術(shù)，可能正是解決我們這個(gè)時(shí)代最緊迫挑戰(zhàn)的方案之一。
有高度差就能發(fā)電
任何一種有質(zhì)量的物體下落時(shí)，重力所帶來的能量都可以利用。抽水蓄能就是利用這樣的原理。這需要兩個(gè)位于不同高度的湖泊，在電力供應(yīng)過剩或價(jià)格低廉時(shí)，用這些電力將水從低處抽到高處；待需要電力時(shí)，再讓水從高處流下，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。這種方式既高效又相對(duì)便宜，但缺點(diǎn)是并非所有地方都有適合抽水蓄能的湖泊。
Gravitricity公司使用的方法也是重力儲(chǔ)能技術(shù)。該公司不使用湖泊和水，而是計(jì)劃利用像皮哈砂麥那樣的礦井。這樣的礦井遍布世界各地。例如，該公司還計(jì)劃在德國和捷克共和國的工廠推進(jìn)其技術(shù)。2022年，他們?cè)谟鴲鄱”そㄔ炝艘粋€(gè)地面演示裝置，可以將兩個(gè)重達(dá)25噸的配重塊用鋼纜懸掛在空中，展示了重力儲(chǔ)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。
當(dāng)然，即使沒有礦井，重力儲(chǔ)能技術(shù)依然可行。2020年，奧地利國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所提出了一種類似纜車的重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過將沙子或礫石運(yùn)送到山坡上，然后在需要電力時(shí)將它們迅速滑下以產(chǎn)生能量。
目前來說，還很難斷定這些基于重力的想法是否真能成功。但在即將出現(xiàn)的“極簡”儲(chǔ)能方案中，重力儲(chǔ)能絕非唯一。
鐵生銹也能用于儲(chǔ)能
Gravitricity公司在愛丁堡的演示裝置可舉起兩個(gè)25噸重的物體。
圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站
另一個(gè)思路是，保留電池的基本概念，但去除其中的復(fù)雜和不穩(wěn)定因素。這一理念下有多種思路，其中之一便是用相對(duì)廉價(jià)的鈉來替代昂貴的鋰。位于美國馬薩諸塞州的Form能源公司便研發(fā)出了一種鐵空氣電池，其關(guān)鍵元素竟是再普通不過的鐵銹。這款電池的工作原理相當(dāng)直觀：充電時(shí)，電流通過電化學(xué)作用將氧化鐵（鐵銹）轉(zhuǎn)化為鐵，釋放氧氣；放電時(shí)，電池則從空氣中吸收氧氣，使鐵重新變回鐵銹，從而產(chǎn)生電流。
Form能源公司的每塊電池大小與洗衣機(jī)相當(dāng)，因此并不適合用于電動(dòng)汽車。但對(duì)于電網(wǎng)級(jí)別的儲(chǔ)能系統(tǒng)來說，這樣的尺寸卻恰到好處。Form能源公司表示，他們的鐵空氣電池經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，能以低于傳統(tǒng)電池的成本儲(chǔ)存100小時(shí)的電力。在超過3.6億美元的資金支持下，該公司已開始在西弗吉尼亞州建設(shè)其首家電池工廠。
當(dāng)然，在探討如何簡化儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)，人們不應(yīng)忽視熱能這一重要領(lǐng)域。
用磚塊和熔鹽儲(chǔ)熱
Rondo能源公司制成熱電池的磚塊在生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)整齊排列。
圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站
熱能儲(chǔ)存（TES）雖然不常見，但已有眾多企業(yè)看到了其巨大潛力。如總部位于美國加利福尼亞的Rondo能源公司正在開發(fā)一種產(chǎn)品，可利用巨大的黏土磚作為熱能儲(chǔ)存介質(zhì)。將磚塊夾在兩個(gè)加熱元件之間，就像烤面包機(jī)中的吐司一樣，能夠儲(chǔ)存能量數(shù)天之久。
如果用可再生能源將黏土磚加熱至1500℃，這些熱能就可以直接用于工業(yè)生產(chǎn)，或者用于產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)再次發(fā)電。
這些巨大的“磚頭烤爐”需要建在它們所服務(wù)的工廠附近，熱能通過絕緣管道輸送。這種系統(tǒng)簡單易行，因此成本低廉。Rondo能源公司估計(jì)，采用這種方式儲(chǔ)存電力，成本大約是綠色氫氣的一半。
歐洲也在積極擁抱熱能儲(chǔ)存技術(shù)?？偛课挥谂餐腒yoto公司從摩洛哥瓦爾扎扎特-努爾太陽能發(fā)電站獲得靈感。在那里，一排排巨大的鏡子將陽光反射到塔頂，將熔鹽加熱至約1000℃。儲(chǔ)存的熱能可為當(dāng)?shù)毓╇姡词乖谔柭渖胶笠材艹掷m(xù)供電。Kyoto公司計(jì)劃將這種技術(shù)引入歐洲。
