任重道遠——如何擴大電力存儲量？

材料牛注：太陽能、風能發電十分方便，但是想要完全將這些電力存儲起來卻很困難。隨著人口的不斷增加，城市人口也在以更快的速度增長，人們需要的電力供應也將越來越多，但是目前沒有任何一種儲能方法可以滿足人們日益增長的需求，所以提高儲能量是一項迫在眉睫的重要研究任務。各位材料人，大家一起努力！

如果有更好的辦法來儲存大量的電力，那么，擴大對太陽能和風能的利用也將變得更加容易。

即使是在陽光明媚的洛杉磯，一個房頂上放有足夠多太陽能光伏板的房子仍面臨每年1月，日平均只能達到需求量的20%，而5月份每天卻能盈余65%。你可以將輸電網去掉，只安裝大量昂貴的鋰離子電池。但是，即使是一個小的國家高壓輸電線網（僅能處理10到30千兆瓦），也只能完全依賴于間歇性的來源，除非它具有能夠工作數小時的千兆瓦級別的存儲能力。

自2007年以來，超過一半的人生活在城市地區，并且到2050年將會有超過63億的人生活在城市里，占到全球總人數的三分之二，大城市人口將超過一千萬。大多數人將生活在高樓大廈里，人們將需要不斷的電力供應，以滿足家庭、服務業、工業和交通運輸的用電需求。

設想一個亞洲的大城市經受臺風1到2天，即使長途線路可以供應暫時降低需求后的城市電力的一半以上，仍然需要使用大量存儲的電力來度過難關。在固定和移動設備中起到重要作用的鋰離子電池如今也不足以滿足這些需求。美國愛依斯集團（AES Corp）正在長灘為南加州愛迪生公司修建存儲系統，宣稱是目前世界上最大的存儲系統（具有18000個以上的鋰離子電池）。預計到2021年修建完成之后，它將能夠在一億瓦特運行4小時。但是這些能量仍然比一個大型亞洲城市所需要的能量低了兩個數量級。

因此我們必須擴大存儲量，但是該怎么做呢？鈉硫電池具有比鋰離子電池更高的能量密度，但是高溫液態金屬是一種使用最不方便的電解質。液態電池，直接將能量儲存在電解質中，仍然處于研發的初級階段。超級電容器也不能提供足夠長時間的電力。新聞雜志最愛的壓縮空氣和飛輪，目前也僅只有十幾個中小型的設備。我們可以利用太陽能發電電解水以儲存氫，但是同樣的，以氫能源為基礎的經濟仍不是最有效的。

所以，說到“大”，我們仍然必須依賴1890年代引進的技術——抽水蓄能。在高處修建一個水庫，將其通過管道和另一個較低的水庫相連接，使用廉價的夜間電力將水抽到高處，以備高峰時期轉動渦輪。抽水蓄能占到世界儲能的99%以上，但是不可避免的是，這種方式會導致25%的能量損失。許多設備能夠短期儲能1GW以上，最大的約為3GW，并且將會有不止一個設備被用在完全依靠太陽能和風力發電的大城市。

但是大多數大城市都不具有滿足抽水蓄能的條件——陡峭的高山或深谷。包括上海、加爾各答和卡拉奇在內的很多大城市都位于沿海平原。他們只有在遠距離傳輸時可以依靠抽水蓄能。對更緊湊、更靈活、更大規模、更低成本的電力存儲的需求是不言而喻的。但是要實現這個奇跡仍較困難。

原文鏈接：Batteries Need to Get Big—Like, Enormous—for Solar Power to Shine.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。

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