比爾·蓋茨為何“癡心”長時儲能，這十大儲能技術(shù)或改變世界

　　摘要：長時儲能技術(shù)，被認(rèn)為是可再生能源和電力行業(yè)脫碳的核心，也是比爾-蓋茨投資的重中之重。報告顯示，到2040年，長時儲能有可能在全球部署 1.5 至 2.5 TW)(太瓦)的裝機容量，是當(dāng)前部署的總儲能容量的8到15倍。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要1.5萬億-3萬億美元(約10萬億-21萬億人民幣)的累計投資。

　　微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨對儲能技術(shù)的看好，可以用“癡心”來形容。

　　在《氣候經(jīng)濟與人類未來》一書中，比爾·蓋茨曾表示，“我從沒想到自己會在有關(guān)電池的知識方面投入那么多的學(xué)習(xí)時間，我也從沒想到自己會在電池類初創(chuàng)公司上面虧掉那么多的錢。”

　　比爾·蓋茨這里所說的“電池”，主要指達(dá)到一定小時數(shù)的儲能電池或長時儲能。他投資的很多初創(chuàng)儲能技術(shù)公司，主要通過他創(chuàng)立的突破能源投資基金(Breakthrough Energy Ventures，BEV)或他個人的資金進行操作。

　　盡管投資的一些儲能公司失敗或破產(chǎn)了，但這并沒有改變他對儲能公司的興趣。

　　2013年4月，專門研制鈉電池的初創(chuàng)公司Aquion Energy獲得了比爾·蓋茨領(lǐng)投的D輪3500萬美元融資。2014年1月，該公司宣布，蓋茨又領(lǐng)頭和部分股東將D輪融資金額上調(diào)至5500萬美元。

　　但三年之后，2017年 3 月，由于市場沒有打開，未能獲得進一步的融資，Aquion 開始裁員，工廠停產(chǎn)，并申請了破產(chǎn)保護。

　　類似Aquion Energy公司的破產(chǎn)，對比爾·蓋茨沒有任何影響，他對儲能創(chuàng)新技術(shù)的興趣依然那么濃厚。此后，他大手筆投資儲能公司的案例頻頻發(fā)生。

　　最近，蓋茨的突破能源基金又對一家液態(tài)錫儲能公司進行了投資。這家名為Fourth Power的公司，使用巨大的、超便宜的、儲量豐富的石墨塊來儲存大量能量。該公司將它們加熱到高達(dá)2500°C的白熱。

　　然后能量通過液態(tài)錫金屬在Fourth Power的系統(tǒng)中移動，這種金屬會在相對較低的232°C(450°F)下熔化。這些泵在石墨管道系統(tǒng)周圍移動過熱的液態(tài)錫，將熱量從加熱元件傳遞到石墨塊，然后在需要將其送回電網(wǎng)時將其從石墨塊傳遞到能量回收系統(tǒng)。

　　圖說：加熱元件為液態(tài)錫加載能量，并將能量儲存在白熱石墨塊中

　　來源：Fourth Power

　　Fourth Power自稱這種儲能是超高溫“盒子里的太陽”儲能技術(shù)，比鋰離子電池便宜10倍以上，而且比任何其他熱電池都強大和高效得多。由于系統(tǒng)幾乎全部由超便宜的石墨和錫制成，鋰電池的安裝成本可能在每千瓦時330美元左右，但該設(shè)備可以以不到25美元的價格完成同樣的工作。

　　最近，F(xiàn)ourth Power宣布了1900萬美元的A輪融資，這筆資金將用于波士頓附近一個1兆瓦時的原型設(shè)施，預(yù)計將于2026年完工。投資者 DCVC參與了領(lǐng)投，突破能源基金也參與支援。

　　蓋茨還投資了哪些儲能技術(shù)公司?長時儲能未來市場前景如何?有哪些技術(shù)或改變電力系統(tǒng)?

　　01--蓋茨熱衷哪些儲能技術(shù)?

　　蓋茨的突破能源基金一直致力于清潔能源和脫碳技術(shù)的投資，在100多家投資對象中，除了可再生能源技術(shù)外，核能、氫能、微型電網(wǎng)、儲能都是重點投資對象。特別是儲能技術(shù)，被認(rèn)為是可再生能源和電力行業(yè)脫碳的核心，所以也成為蓋茨投資的重中之重。

　　比較有名的有以下幾家：

　　1)Antora Energy公司：通過加熱的碳塊來實現(xiàn)儲熱。2022年，Antora獲得蓋茨Breakthrough Energy Ventures與風(fēng)險投資人ChrisSacca的Lowercarbon Capital共同領(lǐng)投的5000萬美元融資，殼牌的創(chuàng)投部門也參與了這項投資。

　　2)Ambri公司：這是一家位于美國的馬薩諸塞州的液態(tài)金屬電池制造商，通過設(shè)計一種由銻、鎂和鹽電解質(zhì)組成的新型液態(tài)金屬電池，實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)模的儲能電池。2012年5月，Ambri的B輪融資獲得了蓋茨等投資者的1500萬美元資金。2014年4月，Ambri的C輪融資又獲得了蓋茨等投資者的3500萬美元資金。在2021年8月的新一輪融資中，共獲得1.44億美元的融資，蓋茨也參與其中。

　　3)Form Energy公司：這是一種鐵空氣電池系統(tǒng)，活性成分是鐵、水和空氣。操作的基本原理是可逆生銹。放電時，電池從空氣中吸入氧氣，并將鐵金屬轉(zhuǎn)化為鐵銹。充電時，電流的應(yīng)用將鐵銹轉(zhuǎn)化為鐵，電池呼出氧氣。Form Energy曾表示，其電池系統(tǒng)每千瓦時的儲能成本將低于6美元，可提供幾個星期，甚至幾個月的儲能解決方案。該公司從 BEV 那里獲得了 900 萬 美元的投資。

　　4)Malta公司：這家公司以前是谷歌旗下的儲能項目，后來剝離出來單獨成立公司，這家公司主打的是以熔融鹽為介質(zhì)的儲熱技術(shù)，目前在全世界范圍內(nèi)是第二大儲能技術(shù)。2018年12月，這家公司獲得2600萬美金的A輪投資，其中蓋茨的BEV參與投資。

　　5)ESS公司：ESS公司采取的解決方案是采用鐵、無機鹽和水作為電解質(zhì)的長時液流電池技術(shù)，這些都是價格便宜且儲量豐富的材料，而不像鋰電池采用的鋰和鈷元素都是儲量有限的材料。公司至今為止已獲得累計5700萬美元的融資，投資者包括了比爾蓋茨，軟銀等著名機構(gòu)。這周一，ESS公司將有另一個飛躍——在紐交所借殼上市，交易代碼為GWH。通過上市，公司將獲得3.08億美元的資金。

　　02--長時儲能市場將迎來爆發(fā)增長

　　目前的儲能市場，80%以上都屬于鋰電池儲能，但鋰電池存在局限性且改進空間非常小，而且鋰儲量有限，受供應(yīng)鏈影響比較大。如果要配套電網(wǎng)級的儲能，鋰電池的缺陷就更大了，存在諸多安全隱患。

　　如果要大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電、光伏等可再生能源，就不僅要協(xié)調(diào)白天和黑夜的間歇性問題，還要考慮冬季和夏季的間歇性。夏季風(fēng)電光伏產(chǎn)能過剩，冬季產(chǎn)能不足，夏冬之間的季節(jié)變化是發(fā)展可再生能源更嚴(yán)重的障礙。通過核電，以及帶碳捕獲技術(shù)的煤電，可以解決一部分問題，但尋找多元化的儲能方式，發(fā)展長時儲能(Long-duration energy storage ，LDES )，才是為電網(wǎng)或新型能源系統(tǒng)提供系統(tǒng)靈活性的主流方向。

　　圖說：長時儲能在整個能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

　　來源：麥肯錫報告

　　2021年，全球知名咨詢公司麥肯錫和長期儲能協(xié)會(LDES)發(fā)布的一份報告表示，到2040年，LDES 有可能在全球部署 1.5 至 2.5 TW)(太瓦)的裝機容量，是當(dāng)前部署的總儲能容量的8到15倍。對應(yīng)的儲能容量是 85-140TWh)(太瓦時 )。

　　為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要1.5萬億-3萬億美元(約10萬億-21萬億人民幣)的累計投資。

　　報告估計，到2040年，LDES的部署可每年避免1.5億至 2.3 億噸CO2當(dāng)量的排放，即當(dāng)今電力部門排放量的10%至15%。

　　圖說：未來20年，長時儲能的裝機功率、電量和投資情況。

　　來源：麥肯錫報告

　　中國儲能市場也有望迎來爆發(fā)式增長。

　　根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局2021年7月發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，到2025年，中國新型儲能累計裝機規(guī)模要達(dá)到30GW以上。截至2021年底，中國新型儲能裝機規(guī)模僅為5.76GW。

　　這意味著4年間有5倍以上的成長空間，復(fù)合年均增長率為51%。

　　03--哪些儲能技術(shù)可能改變世界?

　　新型長時儲能技術(shù)仍處于萌芽階段，未來幾年將加速發(fā)展，但部署已經(jīng)開始了，技術(shù)流派也白芳爭艷。哪些技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用呢?新能源媒體Recharge News對除了鋰電、綠氫和抽水蓄能之外的、最近最受關(guān)注的十大創(chuàng)新儲能技術(shù)進行了盤點：

　　1)重力儲能

　　該領(lǐng)域涌現(xiàn)出的最具創(chuàng)意的想法之一或許是利用重力將定制的磚塊用起重機拖上高空，然后再釋放下來，從而儲存多余的綠色能源。

　　這種儲存動能的方法與水力發(fā)電類似，但并不局限于需要在山區(qū)才能實現(xiàn)。

　　瑞士公司 Energy Vault 是這一領(lǐng)域的佼佼者，該公司最近憑借其定制設(shè)施在中國贏得了高達(dá) 10 億美元的訂單。與此同時，蘇格蘭新創(chuàng)公司 Gravitricity 也將美國的礦井作為自己類似概念的應(yīng)用場景。

　　圖說：Energy Vault 最近在中國啟用了重力儲能設(shè)施

　　來源：Energy Vault

　　2)“無水”水力發(fā)電

　　英國一家公司率先提出，將水電的巨大潛力從其地理鏈條中解放出來，該公司稱其技術(shù)甚至可以將起伏不大的山丘變成綠色電池。

　　RheEnergise 公司稱，該公司通過開發(fā)一種系統(tǒng)，在能源廉價時將獲得專利的液體泵上山，從而實現(xiàn)了這一目標(biāo)。由于這種液體的密度是水的 2.5 倍，該系統(tǒng)工作所需的坡度據(jù)稱要比抽水蓄能低2.5 倍。這樣做的好處是，該系統(tǒng)可以在更多的地方使用。

　　RheEnergise 聲稱已經(jīng)在全球找到了近 100 萬個合適的地點。目前，該公司已經(jīng)簽訂了一項協(xié)議，將在英國鄉(xiāng)村推廣其技術(shù)。

　　3)壓縮空氣儲能

　　壓縮空氣是一種歷史悠久的儲能技術(shù)，但歷來受到地理條件的限制——通常依賴于大型鹽洞和枯竭的石油或天然氣儲層。

　　加拿大開發(fā)商 Hydrostor 稱，它通過開發(fā)可在任何地方建造的定制巖洞解決了這一問題。該公司利用過?；蚍欠逯的茉瓷a(chǎn)加熱壓縮空氣。然后，通過提取熱量，將空氣泵入裝滿水的巖洞，再將水推到地表。

　　當(dāng)需要能源時，水會從豎井涌回，迫使空氣上升，與儲存的熱量重新結(jié)合，為渦輪機提供動力。

　　Hydrostor 公司的概念得到了高盛等公司的支持，目前正在美國、英國、加拿大以及最近的澳大利亞開發(fā)項目。

　　Hydrostor展示了其壓縮空氣儲能技術(shù)的工作原理。

　　來源：Hydrostor

　　4)混凝土電池

　　美國麻省理工學(xué)院的一個團隊在這方面最近取得了一項突破性進展，稱可以建造出從地基供電的房屋，以及在電動汽車飛馳時為其充電的道路。

　　研究小組發(fā)現(xiàn)，利用水泥和炭黑(一種看起來像非常細(xì)的木炭的高導(dǎo)電性材料)，可以制造出一種超級電容器來儲存電能。這些材料的豐富性意味著超級電容器可以在地球上的任何地方輕松制造。

　　研究人員說，由于這種材料非常堅固，可以用作建筑物的混凝土地基或道路的一部分，將它們變成電池，為從水壺到汽車的所有物品供電。

　　5)過熱磚儲能

　　微軟和石油巨頭沙特阿美石油公司為加利福尼亞州的一家初創(chuàng)公司提供了支持，該公司希望通過將多余的可再生能源儲存在過熱磚中，幫助工業(yè)減少排放。

　　Rondo Energy 公司正在開發(fā)一種系統(tǒng)，利用電加熱元件(如烤面包機或烤箱中的電加熱元件)對數(shù)千噸磚塊進行加熱。當(dāng)需要電力時，空氣就會從磚堆中流出，然后以過熱空氣或蒸汽的形式輸送到終端。

　　Rondo 公司已經(jīng)與泰國的一家企業(yè)集團合作，擴大其系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，并稱其工廠將 "比目前世界上任何一家電池生產(chǎn)廠都要大"。

　　6)金屬合金儲能

　　石油巨頭殼牌公司(Shell)正在支持另一種熱能存儲技術(shù)，這種技術(shù)可以將電力裝入鞋盒大小的金屬合金顆粒塊中。

　　富余的能量被用來加熱合金顆粒，直到它們?nèi)刍?，而基質(zhì)材料則保持固態(tài)，將熔化的顆粒固定在原位。當(dāng)金屬塊冷卻后，它們散發(fā)出的熱量可用于為下游渦輪機提供動力。

　　澳大利亞的 MGA Thermal 公司是這項技術(shù)的引導(dǎo)者，盡管在該國的一個示范裝置出現(xiàn)過熱危險，引發(fā)了周圍地區(qū)因擔(dān)心發(fā)生爆炸而進行疏散之后，這項技術(shù)的起步并不順利。

　　7)木質(zhì)素電池

　　瑞典的 Northvolt 公司是能源存儲領(lǐng)域最大的公司之一，該公司正在開發(fā)可持續(xù)電池，使用從北歐森林的木材中提取的木質(zhì)素硬碳來制造電池。

　　Northvolt 公司與芬蘭造紙和紙漿巨頭斯道拉恩索公司合作，旨在制造出世界上第一塊完全采用歐洲原材料制造陽極的工業(yè)電池，從而降低碳足跡和成本。

　　木質(zhì)素是一種源自植物的聚合物，約占樹木的 20-30%。斯道拉恩索公司將提供來自可持續(xù)管理森林的木質(zhì)素，而 Northvolt 公司則計劃推動電池設(shè)計、生產(chǎn)工藝開發(fā)和技術(shù)放大。

　　8)鐵流電池

　　鐵流電池是正在開發(fā)的下一代電池技術(shù)之一，它通過一種稱為氧化還原反應(yīng)的過程，使液態(tài)電解質(zhì)循環(huán)以實現(xiàn)電子的充放電。與傳統(tǒng)電池不同的是，負(fù)極和正極可以使用相同的電解質(zhì)。

　　這種電池的主要制造商之一——美國 ESS Tech 公司表示，這種電池可以避免交叉污染和降解，這意味著其電池的預(yù)期壽命可達(dá) 25 年。而傳統(tǒng)電池的使用壽命通常只有 10 年。

　　ESS公司得到了蓋茨的突破能源基金等機構(gòu)的支持。

　　9)鐵-空氣儲能

　　Form Energy 首創(chuàng)的鐵-空氣電池也使用鐵，也得到了蓋茨基金的支持，但是工作原理截然不同。這是一種“可逆生銹”的工作原理。

　　充電時，電流會將鐵銹轉(zhuǎn)化為鐵，由鐵和空氣電極組成的電池會呼出氧氣。放電時，電池吸入空氣中的氧氣，將鐵重新轉(zhuǎn)化為鐵銹。

　　Form Energy 公司聲稱，其電池可儲存 100 小時的電力，系統(tǒng)成本可與傳統(tǒng)發(fā)電廠媲美。該公司的電池最近被批準(zhǔn)在美國最大的太陽能發(fā)電廠之一進行示范。

　　10)鎳鋅電池

　　這項突破性技術(shù)是一種新型電極，該技術(shù)的商業(yè)化公司 Enzinc 聲稱，這種電極可以投放到生產(chǎn)可靠但低功率鉛酸電池的工廠中，將其轉(zhuǎn)化為能量密度更高的鎳鋅電池生產(chǎn)線。

　　鎳鋅電池是由美國著名發(fā)明家愛迪生開發(fā)的，但由于只能維持幾十次循環(huán)，因此一直沒有得到廣泛應(yīng)用。Enzinc公司聲稱，新型電極解決了這一問題，使電池的功率與鋰電池相當(dāng)，而安全性與鉛電池相當(dāng)。

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　　參考資料：

　　[1]環(huán)球零碳：比爾.蓋茨看好的長期儲能，將迎來10萬億規(guī)模的爆發(fā)機會

　　[2]財聯(lián)社：電網(wǎng)級儲能技術(shù)大突破!新設(shè)備性能媲美鋰電 成本還便宜10倍以上

　　[3]科創(chuàng)日報：蓋茨投資美國儲能公司Ambri 新型技術(shù)比鋰電池續(xù)航更久更便宜

　　[4]中和儲能：比爾蓋茨領(lǐng)投長時熱儲能初創(chuàng)公司5000萬美元 長時儲能技術(shù)百花齊放

　　[5]https://www.rechargenews.com/energy-transition/ten-energy-storage-technologies-that-want-to-change-the-world/2-1-1556351

　　[6]https://newatlas.com/energy/fourth-power-liquid-tin-battery/

　　[7]https://energydome.com/energy-dome-announces-funding-commitments-from-breakthrough-energy-catalyst-and-the-european-investment-bank-to-support-construction-of-its-first-standard-commercial-scale-co2-battery/