8月 15 日，軟銀旗下規(guī)模達(dá)千億美元的“愿景基金”（Vision Fund）宣布，向新型儲(chǔ)能技術(shù)公司 Energy Vault 投資 1.1 億美元，標(biāo)志著這家公司獨(dú)一無二的新型儲(chǔ)能技術(shù)獲得了軟銀的認(rèn)可。
不同于任何一種傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)，這家瑞士/美國的創(chuàng)業(yè)公司，使用的是一種有點(diǎn)“瘋狂”的新概念——用混凝土塊來搭積木。在他們的設(shè)計(jì)中，共有6座塔式起重機(jī)，也就是塔吊，把數(shù)千塊每個(gè)重達(dá) 35 噸的混凝土塊，上上下下地吊來吊去。電力多余時(shí)，他們會(huì)把混凝土塊吊到最高 120 米的高度，將電能轉(zhuǎn)化混凝土塊的重力勢能；而電力短缺的時(shí)候，再把混凝土塊從高處放到低處，通過發(fā)電機(jī)把下落時(shí)釋放的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)像電池一樣的儲(chǔ)能功能，幫助不穩(wěn)定的太陽能光伏和風(fēng)電更好地并網(wǎng)。Energy Vault 宣稱，這項(xiàng)技術(shù)的輸出功率可以在 2.9 秒內(nèi)迅速從 0 增加到 100%，從而實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)需求的高速響應(yīng)，而且循環(huán)效率可以高達(dá) 90%，是極具前景的儲(chǔ)能技術(shù)。
軟銀1.1億美元投資新型儲(chǔ)能公司黑科技 用混凝土塊搭積木來儲(chǔ)能
儲(chǔ)能的各種技術(shù)很多，使用鋰電池進(jìn)行儲(chǔ)能也相對比較成熟了，那么，孫正義的軟銀為什么要投資這么一個(gè)“低技術(shù)含量”的新技術(shù)呢？這次投資又有什么重要的意義？就讓我們從可再生能源的特點(diǎn)出發(fā)，給您從頭說起。
迫在眉睫的儲(chǔ)能挑戰(zhàn)
全球氣候變暖引發(fā)的經(jīng)濟(jì)衰退和自然災(zāi)害，正在引起越來越多的人關(guān)注。今年夏天，難忍的熱浪席卷了北半球大部分地區(qū)，而未來，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、山火等極端天候也將越來越頻繁。有人預(yù)測，到本世紀(jì)末，由于氣候變化而導(dǎo)致的世界經(jīng)濟(jì)衰退將超過 23%。研究顯示，如果維持現(xiàn)有的排放情況不變，到本世紀(jì)末，地球的溫度將升高到災(zāi)難性的 5℃。《巴黎協(xié)定》要求，必須在本世紀(jì)將全球氣溫升高控制在 2℃ 以內(nèi)。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，大幅提高可再生能源的發(fā)電比例是重中之重。美國加州宣布，要在 2045 年實(shí)現(xiàn)全部電力由清潔能源提供。而根據(jù)中國能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，到 2020 年，我國非化石能源占能源消費(fèi)比例也要達(dá)到 15%。
然而，大幅提高的新能源發(fā)電比例，給電網(wǎng)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。與燃煤、燃?xì)?、核電、水電機(jī)組相比，太陽能、風(fēng)能等可再生能源的發(fā)電基本是“靠天吃飯”——有光、有風(fēng)才能發(fā)電。而電網(wǎng)最重要的事情，就是穩(wěn)定可控，什么時(shí)候要你發(fā)多少電，你就得發(fā)多少，多一點(diǎn)少一點(diǎn)都不行。
去年，麻省理工學(xué)院教授 Donald Sadowa y在出席由 Deeptech 主辦的“全球新興科技峰會(huì)”時(shí)，曾向現(xiàn)場的幾千名觀眾介紹道，電網(wǎng)是全世界最大的物流系統(tǒng)，而且這個(gè)系統(tǒng)沒有倉庫。任何一個(gè)時(shí)刻，只要發(fā)貨（發(fā)電）量和收貨（用電）量有一點(diǎn)不匹配，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)至少局部出現(xiàn)崩潰（停電）。因此，能把能源儲(chǔ)存起來的技術(shù)，也就是儲(chǔ)能技術(shù)，就像物流系統(tǒng)中的倉庫一樣至關(guān)重要。在發(fā)電量多的時(shí)候儲(chǔ)電，發(fā)電量少的時(shí)候放電。用儲(chǔ)能作為發(fā)電和用電之間的緩沖，才能從根本上提高可再生能源的發(fā)電比例。
儲(chǔ)能對于電網(wǎng)來說有多重要？我們舉一個(gè)剛剛發(fā)生的例子。
這些年，通過不斷的努力，英國終于在兩個(gè)月前實(shí)現(xiàn)了清潔能源發(fā)電比例超過化石能源，這可是工業(yè)革命以來的頭一遭，是個(gè)了不起的成績。然而，過了沒多久，就在8月9日，英格蘭和威爾士突然爆發(fā)了一起罕見的大停電事故，共有100萬人受到了影響。而事故的原因，有分析認(rèn)為與該地區(qū)的電網(wǎng)里風(fēng)電的比例太高有關(guān)。當(dāng)日下午，某燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障之后，本該“挺身而出”的海上風(fēng)電非但沒有增加發(fā)電量，反而大幅降低了自己的發(fā)電量，導(dǎo)致了大規(guī)模停電事故的發(fā)生。
圖 | BBC 報(bào)道的停電中的英國，大家只能摸黑前進(jìn)
最后，一類叫做“抽水蓄能”的電站緊急提高發(fā)電量，才迅速彌補(bǔ)了燃?xì)怆娬竞惋L(fēng)電場發(fā)電量的不足，避免停電進(jìn)一步擴(kuò)大，并讓電網(wǎng)在 1.5 小時(shí)后恢復(fù)了正常。
而這個(gè)“抽水蓄能”電站，就是目前應(yīng)用規(guī)模最廣、技術(shù)最成熟的能源儲(chǔ)存系統(tǒng)。沒錯(cuò)，應(yīng)用規(guī)模最大的儲(chǔ)能技術(shù)，并不是馬斯克等一眾科技明星推廣的“高科技”的鋰電池，而是這種相對來說更“低科技”的概念。
所謂的抽水蓄能，簡而言之是這么一個(gè)過程：
一個(gè)抽水蓄能電站由兩個(gè)在海拔高度上有差異的水池、水庫、湖泊組成。它們之間有水道和水輪/發(fā)電機(jī)械連接。電力負(fù)荷低谷時(shí)，下面水庫的水會(huì)被抽到上面水庫里去，而用電高峰時(shí)，再把上面的水放到下面，利用水的重力勢能發(fā)電。
圖 | “江南天池”——浙江天荒坪抽水蓄能電站。用電高峰時(shí)，“天池“里的水就會(huì)被放到山下的水庫里去，推動(dòng)渦輪機(jī)組發(fā)電
這種電站涉及到的所有技術(shù)、設(shè)備都非常成熟，而水又是純天然的免費(fèi)的“儲(chǔ)能介質(zhì)”，發(fā)電的動(dòng)力更是不要錢的地球引力，因而儲(chǔ)能的成本很低。相比于每度電 20 ~ 30 美分左右的鋰電池，抽水蓄能的成本只有十幾美分。目前，為了提高太陽能、風(fēng)能等發(fā)電比例，不少地方都興建起了大量的抽水蓄能電站。
然而，抽水蓄能電站的部署嚴(yán)重依賴于特殊的地理?xiàng)l件，想要在全世界都建設(shè)抽水蓄能電站是不現(xiàn)實(shí)的。例如，由于身處阿爾卑斯山區(qū)，中歐小國瑞士興建了大量的抽水蓄能電站，因此被稱為是“歐洲的蓄電池”。然而，整個(gè)瑞士的水力發(fā)電量，如果放到中國來，則只能占到全國用電需求的 1% 左右。而在中國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的平原地區(qū)，根本沒有幾座山可以在山上、山下都興建水庫。
至于現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)，其成本已經(jīng)下降到了接近原材料價(jià)格的地步，卻依然不夠低。目前，鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是在為電力系統(tǒng)提供包括調(diào)頻、備用、無功補(bǔ)償和黑啟動(dòng)等在內(nèi)的輔助服務(wù)。除非出現(xiàn)技術(shù)上的革命性突破，否則鋰電池就將無法用于對電網(wǎng)級(jí)別規(guī)模的能源提供長時(shí)間儲(chǔ)能服務(wù)。
在風(fēng)電技術(shù)和光伏技術(shù)都已經(jīng)很成熟的今天，利用可再生能源解決全球氣候變暖最大的攔路虎之一，就是大規(guī)模、廉價(jià)的高效儲(chǔ)能技術(shù)。這就是為什么，使用了和抽水蓄能概念類似、卻擺脫了抽水蓄能地理?xiàng)l件限制的 Energy Vault，獲得了如此多的關(guān)注。
初中物理就能理解的“低技術(shù)”創(chuàng)新
圖| 概念圖：Energy Vault用于平衡可再生能源發(fā)電
Energy Vault 成立于 2017 年，公司注冊地址就位于滿是抽水蓄能電站的瑞士。他們曾在 9 個(gè)月內(nèi)，用不到 200 萬美元，建成了第一個(gè)主要利用混凝土塊來儲(chǔ)存能源的原型機(jī)。
與抽水蓄能類似，Energy Vault 利用的也是重力勢能和電能之間相互轉(zhuǎn)化這個(gè)只需初中物理常識(shí)就能理解的概念。他們計(jì)劃，使用大型的塔吊，把重達(dá) 35 噸的混凝土塊，在塔吊周圍搬來搬去，最高可以堆砌到 33 層、120 米。使用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制，他們希望可以在有風(fēng)天都實(shí)現(xiàn)精確的混凝土塊吊裝。
圖 | Energy Vault的概念
而用做重物的混凝土材料，則是由建筑垃圾、煤灰、泥土等制成的。這些原材料有的是免費(fèi)的，有的甚至是建筑工地倒貼錢也希望有人能幫忙處理掉的。通過創(chuàng)新開發(fā)，Energy Vault 宣稱，這些二手材料制成的新型混凝土又廉價(jià)、又輕量，壽命還很長（大于 30 年）。
因此，在最理想的情況下，除了可以通過提供儲(chǔ)能服務(wù)來向電網(wǎng)要錢，Energy Vault 還能通過收取垃圾處理費(fèi)獲得額外利潤。再加上高達(dá) 80% - 90% 的儲(chǔ)能效率，Energy Vault 宣稱，他們技術(shù)的成本，連抽水蓄能的 1/3 都不到（每度電只有5美分），還能擺脫抽水蓄能的地域限制。此外，他們還可以根據(jù)客戶的需求，訂制規(guī)模正好滿足要求的儲(chǔ)能設(shè)施。
這次獲得大筆資金的支持，標(biāo)志著曾投資過 WeWork、今日頭條、滴滴、Uber、Grab 的軟銀愿景基金，認(rèn)為 Energy Vault 的技術(shù)已經(jīng)基本成熟。1.1 億美元將助力他們進(jìn)一步將該技術(shù)投入正式商用。
軟銀認(rèn)為，這么好的技術(shù)，只有一次投資的機(jī)會(huì)。一旦技術(shù)投入商用，大規(guī)模的訂單就將如雪片般從世界各地飛來，到時(shí)候，Energy Vault 就再也不會(huì)需要什么投資了。
但是，真的是低科技嗎？
然而，Energy Vault 這個(gè)概念，從誕生之初就飽受爭議。業(yè)界普遍認(rèn)為，這個(gè)技術(shù)，一點(diǎn)都沒有看上去那么“低科技”。許多科學(xué)家、工程師都提出了自己的質(zhì)疑，指出了這項(xiàng)技術(shù)真正應(yīng)用時(shí)，所可能面臨的各種艱巨的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括但不限于：
占地面積大，能量密度低。120 米高、5000 多塊 35 噸重的混凝土磚，輸出的功率卻和一座同等高度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在同一個(gè)級(jí)別。換句話說，如果想擺脫鋰電池只能提供輔助服務(wù)的“尷尬”境遇，他們似乎需要給每一臺(tái)風(fēng)機(jī)都配備一座高塔。
壽命能不能達(dá)到 30 年？就算他們的新型混凝土塊材料可以受得了風(fēng)吹雨淋和日日摔打，但是起重機(jī)行嗎？每天不停地搬運(yùn)35噸重的重物上下幾十米，不會(huì)報(bào)廢嗎？
生產(chǎn)普通的水泥會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，用二手原材料能避免嗎？會(huì)不會(huì)排放的二氧化碳比提高新能源發(fā)電比例省下來的還多？
這項(xiàng)技術(shù)對塔吊的精度要求非常高。幾十米長、迎風(fēng)飄擺的纜繩，需要做到讓 5000 塊磚，每一塊的位置誤差都小于幾毫米。否則，百米高塔就真的會(huì)像小孩子搭的積木一樣，說塌就塌。在知名媒體 Quartz 發(fā)布的一段 Energy Vault 原型機(jī)的視頻中，鋼纜的抖動(dòng)幅度明顯很大，遠(yuǎn)不止幾毫米。而且，只有 20 米高的塔，為了提高穩(wěn)定性，Energy Vault 把塔的主體用一道道鋼箍緊緊綁牢?？赡芩麄冏约阂矒?dān)心，如果上面的沒放穩(wěn)，下面的就會(huì)塌。
圖 | Quartz 發(fā)布的視頻，可以看到，為了提高塔的穩(wěn)定，Energy Vault 采用了一些在實(shí)際中絕對不能用的辦法。
此外，如果遇到強(qiáng)風(fēng)呢？塔會(huì)不會(huì)塌？地震呢？30年的時(shí)間里，塔基會(huì)不會(huì)發(fā)生沉降、歪斜？混凝土塊起高塔的技術(shù)，容錯(cuò)率是很低的，任何一次錯(cuò)誤，都會(huì)讓整個(gè)項(xiàng)目瞬間坍塌為一座復(fù)原難度極高的垃圾山。
因此，對于軟銀來說，投資 Energy Vault 也是一場豪賭。成功了，回報(bào)率不可想象；失敗了，1.1 億美元也就打水漂了。不過，大多數(shù)對 Energy Vault 提出質(zhì)疑的人，都非常期待 Energy Vault 能把上面這些工程挑戰(zhàn)一個(gè)接一個(gè)地全部解決掉，把真正的完整規(guī)模的項(xiàng)目建造出來。Energy Vault 目前正在意大利北部興建他們的第一座全規(guī)模儲(chǔ)能電站，預(yù)計(jì)今年年底完工。
也許用不了多久，圍繞他們的所有謎團(tuán)，就都會(huì)逐一揭開。不過，這件事情的標(biāo)志性意義，絕不僅僅只在于有了一種新技術(shù)而已。隨著一筆“巨款”投向一種新的非電池儲(chǔ)能技術(shù)，軟銀向整個(gè)投資界宣告，這個(gè)領(lǐng)域值得更多的、更大筆的投資。
有比爾·蓋茨領(lǐng)銜的“突破能源基金會(huì)”珠玉在前，投資界、金融界在這兩年明顯增加了對創(chuàng)新能源技術(shù)的關(guān)注。比如，相比于利用重力勢能儲(chǔ)能的Energy Vault，脫胎于 Google X 實(shí)驗(yàn)室的 Malta 項(xiàng)目成名更久。他們依賴熱力學(xué)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的儲(chǔ)能，早就是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
圖 | Malta 項(xiàng)目把電能轉(zhuǎn)化為冷和熱儲(chǔ)存起來，再利用渦輪機(jī)構(gòu)釋放出來，是谷歌孕育出的明星能源項(xiàng)目。
更多、更先進(jìn)的新概念、新技術(shù)，則在全世界各地的創(chuàng)業(yè)公司、高校和研究機(jī)構(gòu)里不斷孕育成長著。從企業(yè)界、科研機(jī)構(gòu)，到金融界和能源市場，大家都對新型的儲(chǔ)能技術(shù)翹首以待。
