為了使長時儲能成本降低至0.05美元/千瓦時，由美國能源部高級研究計劃局（ARPA-E）資助的研究團隊正在尋求液流電池、氫氣儲能和其他儲能技術(shù)（甚至是熱儲能）的突破。

十個致力于降低長時儲能成本的研究團隊正在某種程度上展開競爭，他們利用美國聯(lián)邦政府的資助取得了足夠的進(jìn)展，從而為試點規(guī)模的項目獲得后續(xù)資助。其研究項目包括一個具有一周儲能容量的鋰硫液流電池，以及一種更有效的將電能轉(zhuǎn)換為氫氣然后再轉(zhuǎn)換為氫氣的方法。

根據(jù)美國能源部高級研究計劃局（ARPA-E）的DAYS計劃，每個項目的目標(biāo)是實現(xiàn)可以持續(xù)數(shù)天的0.05美元/千瓦時的儲能目標(biāo)。

以下是涵蓋企業(yè)和大學(xué)等研究開發(fā)團隊研究的幾個儲能項目。

硫基水系液流電池

液流電池的電解質(zhì)可以與電池分開存儲，通過流動電解液發(fā)電。因此，使用液流電池的長時儲能只需要更多容量的電解質(zhì)。

FormEnergy公司聯(lián)合創(chuàng)始人MarcoFerrara表示，該公司的目標(biāo)是使用硫液流電池實現(xiàn)一周的持續(xù)放電時間，并且比鋰離子電池便宜10倍甚至更多。FormEnergy公司最終可能會在與Enel公司的聯(lián)合儲能項目中試用其電池技術(shù)。

FormEnergy公司表示：“硫基水系液流電池有著更低的成本，但效率低下。為了提高效率，該公司正在研究陽極和陰極配方、離子膜和物理系統(tǒng)設(shè)計。

這兩家公司的一個項目專注于硫基水系液流電池和錳液流電池，并擁有三個項目合作伙伴：美國勞倫斯伯克利國家實驗室、麻省理工學(xué)院、賓夕法尼亞州立大學(xué)。該項目旨在克服儲能系統(tǒng)控制和活性物質(zhì)穿過膜的不必要的挑戰(zhàn)。

氫氣儲能

田納西大學(xué)諾克斯維爾分校（UTK）的一個研究小組旨在提高將電能轉(zhuǎn)化為氫氣然后再轉(zhuǎn)化為氫氣這些過程的效率。目前的工藝為電解槽供電以將水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣，然后使用燃料電池中的氫氣和氧氣來生產(chǎn)電力和水。

研究小組的首席研究員ThomasZawodzinski博士在大學(xué)的新聞稿指出：“生產(chǎn)可再生燃料電池是一個長期目標(biāo)，該設(shè)備既可充當(dāng)燃料電池又可充當(dāng)電解槽。但是，這種設(shè)備以前的整體效率很低。我們開發(fā)的新項目采用了另一種方法，即改變電池中的化學(xué)反應(yīng)并突破效率瓶頸。”

這個研究團隊將開發(fā)一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，可逆燃料電池將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)過氧化氫而不是水。隨后，電力將用于為可逆燃料電池供電，而可逆燃料電池現(xiàn)在作為電解槽運行，將過氧化氫轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣，而這些氫氣和氧氣也被存儲起來，并準(zhǔn)備再次開始循環(huán)。而使用過氧化物代替水的好處是系統(tǒng)充放電效率更高。

全球?qū)Α熬G色”氫氣的投資正在加速，而“綠色”氫氣是利用太陽能或風(fēng)能生產(chǎn)的。

鋅溴液流電池

Primus Power公司已生產(chǎn)溴化鋅液流電池，并已獲得加州能源委員會400萬美元的資助，以部署裝機容量為25kW、5小時的Energy Pod2的鋅溴液流電池儲能系統(tǒng)。

該項目獲得美國能源部高級研究計劃局（ARPA-E）的資助，PrimusPower公司將與哥倫比亞電化學(xué)能源中心合作，通過利用鋅和溴在電池中的行為方式，從而消除對隔板的需要，以使反應(yīng)物在充電時保持分開。新的配置有望使所有電解液都存儲在一個電解槽中，而不是多個電解槽中，從而降低了設(shè)備平衡硬件和系統(tǒng)成本。

熱伏發(fā)電

AntoraEnergy公司將使用電力為電阻加熱器供電，將碳塊加熱到2,000°C以上。為了發(fā)電，碳塊將被暴露在熱伏板中。Antora公司將開發(fā)一種“熱電引擎”技術(shù)，以通過新材料和“智能系統(tǒng)設(shè)計”使面板效率提高一倍。

氧化鎂錳發(fā)電

密歇根州立大學(xué)的一個團隊正在開發(fā)一種模塊化系統(tǒng)，該系統(tǒng)將氧化鎂錳（Mg-Mn-O）顆粒加熱到足夠高的溫度，以使顆粒釋放氧氣。為了發(fā)電，該系統(tǒng)將使空氣流過顆粒（現(xiàn)在是Mg-Mn），從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量以驅(qū)動燃?xì)廨啓C發(fā)電機。

電儲能

研究的三個項目旨在提高將電力存儲為熱量的效率，然后利用這些熱量來驅(qū)動渦輪發(fā)電機組。

美國國家可再生能源實驗室將開發(fā)一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用電力為高性能熱交換器供電，該熱交換器將廉價的固體顆粒加熱到1100℃以上。這些顆粒將在絕熱料倉中存儲長達(dá)幾天。當(dāng)需要電力時，熱顆粒將通過流化床熱交換器供料，加熱工作流體以驅(qū)動連接到發(fā)電機的布雷頓能源聯(lián)合循環(huán)渦輪機?？屏_拉多礦業(yè)學(xué)院是一個項目合作伙伴。

布雷頓能源公司將“開發(fā)關(guān)鍵組件”，以創(chuàng)新的渦輪機械實現(xiàn)具有成本競爭力的熱儲能系統(tǒng)。該創(chuàng)新將與BraytonEnergy公司的“可逆、反向旋轉(zhuǎn)的渦輪機設(shè)計有關(guān)，在該設(shè)計中，每個渦輪機級均設(shè)計為既充當(dāng)壓縮機又是渦輪機，在充放電循環(huán)之間交替。”該方法有望提高效率并降低通過簡化電儲能系統(tǒng)的投資。

Echogen將使用電來加熱低成本的材料，例如沙子或混凝土。然而為了發(fā)電，其熱量將用于加熱液態(tài)二氧化碳（以前已達(dá)到超臨界壓力），而加熱的超臨界二氧化碳將通過渦輪膨脹以發(fā)電。

地下壓力進(jìn)行儲能

QuidnetEnergy公司正在開發(fā)一種將水抽入地下密閉巖石來產(chǎn)生高壓的過程。Quidnet公司將展示出利用地下壓力儲存發(fā)電的能力，并找到合適的方法進(jìn)行該過程在美國多個地區(qū)開展工作。

未來發(fā)展

其中有五個項目將在2021年完成，其他五個項目將在2022年完成。每個項目團隊必須估算一個儲能系統(tǒng)的成本，該成本將與美國能源部高級研究計劃局（ARPA-E）的0.05美元/千瓦時長時儲能目標(biāo)進(jìn)行比較。

美國能源部高級研究計劃局（ARPA-E）計劃的第二階段，以資助一個或多個在現(xiàn)場使用的原型系統(tǒng)的建設(shè)。美國能源部還通過一項補充計劃，支持低成本太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)。

來源:UPS應(yīng)用