重力储能和氢气储能可以替代锂离子电池吗？

上世纪90年代末以来，美国电力行业在减少温室气体排放方面开始面临越来越大的压力。在各种税收激励和更加低成本的刺激下，可再生能源发电已经将注意力转移到储能上，以确保不稳定的风能和太阳能提供更加可靠的服务。

在这一领域，锂离子电池目前占据主导地位。但有人认为，从规模上看，它的经济效率还不足以完全支持所有进入电网的可再生能源的数量，那就需要有其他选择，其中以大规模应用的重力储能和氢气储能为主。

寻求储能替代品

自19世纪90年代以来，抽水蓄能一直是大型储能的主要选择，到2017年底，美国已经安装了大约22GW的抽水蓄能。而在抽水蓄能之后，压缩空气储能(CAES)是批量管理电力的选择之一。

但上述这两种方法都是资本密集型的，且受到地理位置的限制。为了满足人们对可靠、广泛可用、价格低廉的小型储能设备日益增长的需求，电池成为电力生产商的首选。大型锂离子电池系统一直是电化学储能的首选，但今年4月亚利桑那州一座2MW的锂离子电池储能设施发生爆炸，凸显了该技术的防火安全问题，也加速了行业内对于储能安全标准的重视。另外，一些开发者也正在寻找其他替代性的储能系统。

重力储能

除电化学电池外，还有大量的储能系统，包括热能、动能和重力势能等。2018年11月，瑞士的Energy Vault公司推出了重力系统，这是储能市场的最新进入者之一。

该系统由一台安装在90-140米高的格状钢塔上的二至六臂起重机组成。起重机的工作原理与抽水蓄能系统相同，它将35公吨的混凝土吊入塔周围的堆垛中，为系统充电。该系统可以在几毫秒内响应电力需求的波动或电网运营商需要的其他支持。和抽水蓄能一样，该系统也能提供长期的能量储存。该系统使可再生能源一天24小时提供基本负载，且电力的成本低于化石燃料。

一家名为北美先进铁路储能(ARES)的公司，旨在提供先进的铁路储能。该公司正在生产两种重力系统——火车线和山脊线系统。

ARES正在内华达州的一个县里开发一个50MW的火车线穿梭系统，使用分布式电力机车可以平均7%的坡度运行5.5英里。6列火车中，每列火车由2个火车头和7节重达1550吨的车厢组成。火车运行时，利用第三根轨道从电网中获取电力，驱动电机向上运行。在返回时，再生制动系统产生电力，电机成为发电机，通过第三轨道将电力放回。该公司的目标是，到2020年底，能够完成建设，即该计划最终将使高铁由可再生能源驱动。

山脊线系统的运作方式与火车线路相同，但中央电力拉车和电缆的坡度更陡，预计最迟在2021年第一季度完成山脊线的开发。

根据最近发表在学术期刊《能源》上的一项研究，利用山脉发电可能是一种比锂离子电池续航时间更长，电力规模更大的可行方法，该方法对微电网、岛屿和电力成本高的地区具有经济吸引力。

除此之外，研究人员还在探索其他基于重力储能的研究。

氢气储能

也许重力储能并不为大众所知，但氢气储能在很多国家已经有所发展。去年5月，三菱日立电力公司(简称MHPS)和合作伙伴Magnum Development公司宣布了他们所谓的世界上最大的可再生能源储能系统——先进清洁能源储能(ACES)项目，该项目将利用可再生氢开发1000MW的100%清洁能源储能。

ACES项目将部署四种清洁能源：可再生氢、压缩空气储能(CAES)、大规模液流电池和固体燃料电池。MHPS美洲公司总裁兼首席执行官保罗·布朗宁说:“我们正在部署的技术可从几秒到几个季度，按时间尺度储存电能。”

该项目将部署在Magnum Development公司所拥有的盐丘所在地——犹他州中部。Magnum公司目前经营着5个用于液体燃料储存的盐穴，同时正在开发ACES项目和可再生氢项目。MHPS公司的高级主管麦克·麦克马纳斯（Mike McManus）说，对于ACES项目，MHPS将“利用可变的、可再生的资源制造氢”。

麦克马纳斯解释道，氢是长期储存能量的绝佳介质，它不会随着时间的推移而降解，就像电池一样可以让它静置。我们可以利用太阳能和水电解，从而分离氧和氢，然后把氢气以纯净的形式储存在有压力的洞穴里，当需要它的时候把它拿出来，在燃气轮机或燃料电池里使用。还可以将氢气与天然气混合，以减少天然气的碳足迹。

在储能市场上，氢气和重力储能这两支新锐部队正在整装待发，预计未来储能市场将更加繁荣。