正在改變世界的儲能夢之隊

Danny KennedyKitty BU

今年6月，Form Energy公司宣布將利用一座風力發電廠和長效電池的結合來替代美國中西部地區的一家1吉瓦裝機的褐煤電廠，Form Energy將替代方案稱之為“雙向電廠”。制定這一計劃的是一支夢之隊：來自臺灣的麻省理工學院教授蔣業明、蔣教授的一位美國白人商業伙伴及學生、一位來自加州的農民的兒子和一位意大利軟件工程師，他們共同創建的Form Energy是一支多元文化的團隊。

作為首個以“可再生能源加儲能”方式替代運行中燃煤電廠的大型項目，如果能得到經濟和技術的雙重證明，那么全球各地的電廠在十年內就將面臨該技術帶來的激烈競爭。Form Energy的項目代表著一種正在美國興起的趨勢——新建可再生能源項目的經濟指標不但優于新建燃煤電廠，也優于運行現有燃煤電廠。

明尼蘇達州電力公司Great River Energy宣布，Form Energy的1兆瓦試點項目能夠滿負荷放電長達150小時。Great River公司在公告中透露，Form Energy的獨特技術是一套“水系空氣”電池系統。在美國、中國、澳大利亞和全球其他地方，鋰離子電池組滿負荷放電時長一般最多只能達到4小時。150小時完全是另一個量級。

這基本上可以使可再生能源成為“基礎荷載”。

作為Great River公告中計劃的一部分，該公司將在淘汰燃煤電廠的同時，建造一座1.1吉瓦裝機的風力發電廠，并在風力資源不足時使用這種長效儲能系統作為補充。整個項目將基本實現零碳電力供應，其成本遠遠低于當前的通過褐煤發電的運營方式。

Great River Energy是明尼蘇達州第二大電力供應商。這里的人們需要忍受越來越長的夏季熱浪和冬季寒潮，當地的供熱和制冷負荷也因此激增。為了平緩風電的波動性，Great River主席兼首席執行官David Saggau認為，“長效儲能將成為未來極端天氣狀況下維持電網可靠性的必要手段。”

在這種情況下，他們選擇了與Form Energy合作。在達成合作前，考慮到當地天氣條件和其他因素，雙方花費數年完成了復雜的聯合優化分析，研究如何替代南達科他州多年來運行狀態欠佳的1.15吉瓦裝機Coal Creek Station燃煤電廠。這些分析確保了在保證可靠性、低平準化能源成本和高投資回報的前提下使用波動性的風電替代煤電。

外界目前還不清楚Form Energy的儲能系統究竟是用什么材料制成的。在與Great River合作的試點項目中，該系統將被安置在混凝土板圍墻之后，其模塊化的基礎單位容量為1兆瓦。外界猜測其水系空氣電池中使用了化學元素硫，因為那正是蔣業明教授創立的上一個初創企業的研究重點。

蔣教授是多家在儲能領域備受關注的公司的幕后核心，例如24M和A123，蔣教授還創建了Baseload Renewables公司，并與美國能源部合作研究可實現比鋰離子更長效的電網級儲能技術。與此同時，Mateo Jaramillo離開了特斯拉開始獨立研究長效儲能領域的重大挑戰，并且他考慮的是季節性規模的儲能技術，而不僅僅是數天或數周的充放電。

原本二人有各自的融資渠道，但Jaramillo決定與蔣教授及Ted Wiley合作，后者是海水電池公司Aquion（該公司的大部分產品都部署于美國，但在2017年不幸破產）的聯合創始人。這兩個強大的團隊決定聯手合作，而不是相互競爭，以破解創建和銷售電網儲能解決方案在科學和商業方面的困難挑戰。構成團隊最后一塊拼圖的是意大利軟件專家——持有兩個博士頭銜的Marco Ferraro，他能夠在幾乎所有電力市場上對波動性的可再生能源建模分析，從而以極低的單位兆瓦時成本提供穩定功率的電力供應。

其他的公司可能具備其中的一些能力，比如強大的分析建模能力或交易軟件或他們特殊化學技術，但各種能力的結合才使Form Energy脫穎而出，具備強大競爭力。并且他們都是經驗相對豐富的企業家，尤其是Jaramillo曾組建了特斯拉的儲能業務部門，該部門改變了儲能行業的格局。如今，這些開路先鋒們正聯手解決可再生能源應用領域的下一個重大問題：管理風電光電的波動性，以經濟可行的方式發揮它們的作用。

美國在儲能的嘗試上并不是一帆風順的。雖然特斯拉在內華達州建造了超級工廠，但是特斯拉并不代表美國的電池生產制造產業的實力。實際上，美國的先進電池制造或生產能力十分有限。鋰產量很低，原材料精煉能力也很有限，所以其電動汽車和電網儲能嚴重依賴于亞洲廠家生產的鋰電池。隨著這兩類終端應用在美國的強勢增長（甚至在新冠時期也是這樣），這里的初創企業們迎來了新機遇。

加州對“二手電池”的強烈興趣就是其中一個很好的例子。與中國類似，加州有時也不得不大幅減少數日甚至數周的風電與光伏發電，但他們并不想浪費掉這些過剩產能。使用全新的鋰離子電池來存儲這些電力目前仍是昂貴的，但用從電動汽車中取出的二手鋰離子電池來儲能仍然具備相當的經濟可行性，一些技術類型的企業正在專注將其變成現實。

Rejoule是一家加州大學戴維斯分校的衍生企業，Jae Wan Park教授在這里研究電動汽車特性已有十年。該公司能夠在電動汽車使用壽命終結之后將其電池取出（剩余容量通常是額定容量的80%）并重新組裝。重新裝配的電池可被二次應用于電網儲能領域。該公司的關鍵技術是能夠快速測試每塊電池（僅需1分鐘，通常這種測試需要1天的時間），替換掉已失效的電池，從而快速地重新組裝完整的電池組。

電動汽車電池循環經濟路徑

資料來源：Recell;Argonne National Laboratory

該公司正在解決的另一個問題是安全性和使用他人的二手電池帶來的感知風險。為此，Rejoule正在打造一套起火探測和滅火系統，在不損壞任何電子元件的前提下避免二次利用電池時溫度過高問題。這種檢測即時故障并將電池冷卻的能力將有助于打消用戶和投資者的疑問，使他們更容易接受二手電池。

另一個加州大學的相關衍生企業名為Smartville，它來自于加州大學圣地亞哥分校的能源研究中心。該公司關注的問題是，得到許多不同種類的電動汽車電池以及它們各自的不同電池單元，并將其重新應用于電網儲能領域。他們在研究如果將不同型號、不同類型車輛中的不同電池捆綁在一起并接入電網進行儲能會發生什么。他們已經設計出了功率轉換器和一個狀態調整過程來測試這些電池組并使其適用于電網部署。因為測試過程需要數周或數月的時間，他們利用測試中的充電和放電循環向電網出售服務，從而在產品出售前增加自身收入。

在二次利用二手電動汽車鋰離子電池潛力方面，Rejoule也許算是知名度最高的企業。該公司利用他們的全壽命周期思維和從一開始就著手設計二次利用的方式，可能會帶來整個電池制造行業的革命。他們的電池測試和管理軟件可被安裝于電動汽車中剛開始使用的全新電池組，并持續性記錄電池的實時健康狀態。這意味著在汽車電池的質保期末不再需要進行額外測試協議，就可快速完成電池從一次利用到二次利用的轉變。鋰離子電池再利用的速度和最小阻力很可能將成為它們在應用中是否會優于全新材料電池的決定性因素。Rejoule將是其中的關鍵。

這三家公司都收到了來自加利福尼亞州能源委員會的數百萬美元補助。而美國聯邦政府通過國家可再生能源實驗室也同樣熱衷于這一課題，以減少出行和電網應用對新鋰離子電池持續供應的依賴。

由于鋰是一種可重復利用的材料，而不是像化石燃料一樣不可重復利用的資源，一個國家應該盡可能地增加它的利用次數。如果美國本土鋰資源和其他電池材料得到顯著發展，美國就能降低對進口的依賴程度。

鋰離子并不是美國在儲能領域關注的唯一課題。儲能初創企業們也正在研究利用其他化學手段解決主要由風電和光伏發電提供電力的電網的可靠性問題，它們有可能改變美國甚是全世界的可再生能源市場，這也再次證明了多元化企業對美國的巨大價值。

（Danny Kennedy為New Energy Nexus CEO，Kitty BU為歐洲氣候基金會新能源顧問;編輯：馬克）