中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：如何讓儲(chǔ)能可持續(xù)、高效、安全、低成本？世界上很多關(guān)于能源儲(chǔ)存的研究都在這個(gè)問題上苦苦掙扎。
社會(huì)對(duì)電力的需求正在增加，此外，太陽能、風(fēng)能、水電等可再生能源占比不斷提高，這會(huì)給平衡供電網(wǎng)絡(luò)帶來重大挑戰(zhàn)。一般情況下，電力是在生產(chǎn)的同時(shí)也被消耗，以達(dá)到供需平衡，但可再生能源的不穩(wěn)定性，需要儲(chǔ)存電力來平衡，目前存儲(chǔ)大量電力的選擇有限。在電力需求最高的寒冷時(shí)期，這個(gè)問題尤其嚴(yán)重，電網(wǎng)的不平衡會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的停電。
在長期儲(chǔ)能技術(shù)上，瑞典的林雪平大學(xué)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室Xavier Crispin 教授和他的同事開發(fā)了一種安全、廉價(jià)和可持續(xù)的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。該技術(shù)的潛在功率輸出足夠高，可以維持電力供應(yīng)中的功率平衡，是新一代的有機(jī)電池。
研究結(jié)果已發(fā)表在科學(xué)雜志《先進(jìn)能源與可持續(xù)性研究》（Advanced Energy and Sustainability Research）上。
Xavier Crispin教授是有機(jī)熱電材料的先驅(qū)，此前他的團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了軟性“紙電池”而廣受關(guān)注。
該技術(shù)已獲得專利，并將由總部位于瑞典北雪平的公司 Ligna Energy AB 商業(yè)化，該公司在最近的格拉斯哥COP26會(huì)議上被授予氣候最佳創(chuàng)業(yè)公司。
圖說：Xavier Crispin教授（左）和他的研究團(tuán)隊(duì)在有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室。來源：THOR BALKHED
1、用于可持續(xù)能源存儲(chǔ)的新型電池
以前使用帶有碳電極的水性有機(jī)電解質(zhì)開發(fā)可持續(xù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的嘗試，都遇到一個(gè)同樣的問題：快速自放電導(dǎo)致無法儲(chǔ)存能量超過一天。
Xavier Crispin教授團(tuán)隊(duì)的配方設(shè)法克服了這個(gè)障礙。
文章中呈現(xiàn)的出色結(jié)果基于兩項(xiàng)突破：一種新型水基電解質(zhì)，以及由木質(zhì)素制成的電極，木質(zhì)素是造紙過程中容易獲得的廉價(jià)副產(chǎn)品。研究人員已經(jīng)開發(fā)出由高度濃縮的水基聚合物（聚丙烯酸鉀）組成的聚電解質(zhì)，與生物聚合物木質(zhì)素（作為正電極）和聚酰亞胺負(fù)極與導(dǎo)電碳混合。
“我們的研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了安全且生態(tài)可持續(xù)的有機(jī)能源存儲(chǔ)，具有5 kW / kg的高功率密度，其中電極由打印機(jī)的木質(zhì)材料制成。然而，我們必須增加能量密度。我們的有機(jī)電池優(yōu)于普通超級(jí)電容器，性能與鉛酸電池大致相同，但比鋰離子電池性能要差?！?Xavier Crispin教授說?！皽y(cè)量自放電的電壓降在100小時(shí)內(nèi)小于0.5 V，這是此類累積的世界紀(jì)錄”。
最重要的是，該解決方案使用低成本原材料：木質(zhì)素、碳和聚電解質(zhì)的成本，均不超過每公斤 1 美元。這些是現(xiàn)成的且不可燃的材料，并且該技術(shù)可以擴(kuò)展到大型電池。它是大規(guī)模安全儲(chǔ)能的可持續(xù)解決方案。
圖說：這里的電解質(zhì)以凝膠的形式出現(xiàn)，而黑色底座則是涂在金屬集電器上的大面積木質(zhì)素電極。來源：THOR BALKHED
2、全球儲(chǔ)能市場將迎爆發(fā)式增長
除了技術(shù)在進(jìn)步，全球儲(chǔ)能市場的投資也在迅猛增長。
在彭博新能源財(cái)經(jīng)11月發(fā)布的《2021年全球儲(chǔ)能市場展望》報(bào)告中，對(duì)全球2030年前的儲(chǔ)能裝機(jī)容量提供了預(yù)測(cè)。
圖說：全球累計(jì)儲(chǔ)能裝置（單位：GW），來源：彭博新能源財(cái)經(jīng)
EMEA：歐洲、中東和非洲地區(qū)
APAC：亞太地區(qū)
AMER：北美和拉丁美洲地區(qū)
報(bào)告認(rèn)為，支持性的政策、有利可圖的補(bǔ)貼和更完善的商業(yè)模式，有助于美國儲(chǔ)能采用率的提升，而脫碳承諾和雄心勃勃的裝機(jī)容量目標(biāo)將提振中國的發(fā)展。可再生能源接入電網(wǎng)需求的提升和極端事件頻率的增加將令儲(chǔ)能成為全球許多電力系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。
報(bào)告預(yù)計(jì)，全球儲(chǔ)能市場在2030年前將以33%的年均復(fù)合速率增長，累計(jì)裝機(jī)容量將在2030年達(dá)到358GW/1028GWh，是2020年底17GW/34GWh規(guī)模的20倍以上，并將在2021年至2030年間吸引到2620億美元的投資。
其中，美國和中國是最大的兩個(gè)市場，在2030年底前將占全球累計(jì)裝機(jī)容量的一半以上（54%）。
在2021年，美國和中國超越韓國成為儲(chǔ)能領(lǐng)域兩大市場。報(bào)告預(yù)測(cè)，印度快速發(fā)展，在2030年將成長為第三大市場。位列十大市場的其他國家地區(qū)包括澳大利亞、德國、歐洲其余地區(qū)、日本、英國、拉丁美洲和意大利。
2021-2030年各地區(qū)累計(jì)儲(chǔ)能投資占比。來源：彭博新能源財(cái)經(jīng)
最近成立的長期儲(chǔ)能委員會(huì)委托麥肯錫進(jìn)行的一項(xiàng)研究報(bào)告也提到，到2025年，全球?qū)惭b25GW至35GW的長期儲(chǔ)能（LDES），總計(jì)約500億美元的投資。
這項(xiàng)由麥肯錫進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)凈零功耗的最低成本途徑將是部署長期儲(chǔ)能技術(shù)——包括液態(tài)空氣、壓縮空氣、基于熱和重力的系統(tǒng)，以及新的電池化學(xué)例如鋰離子和氫渦輪機(jī)等。
