山一樣大的電池，你見過嗎？新能源的最佳拍檔！

大家認識中的電池是什么樣的，有多大呢？

一顆紐扣電池，一節五號電池，手機里的鋰電池，電動車里的電池。 這也不夠大啊，離山那么大差遠了。

可能有人說了 “你又在瞎逼逼，哪里有山一樣大的電池？”

別著急，大家先來思考一下下面這個問題。

電廠發出來的電，如果用不完剩下的怎么處理呢？是白白浪費掉還是……?不會有人說我轉移話題吧，聊著聊著咱就能繞回來的，廢話環節到此結束，下面真的進入正題了，畢竟咱勉強也算文字工作者，又不是視頻UP主，搞互動、閑扯淡可是有點不務正業了。

回到我們剛剛的問題，其實發電廠發出來的沒有用完的電既不能算被浪費掉了，也不能算被儲存起來了。正確的答案是發多少電，用多少電。因為在當前的電網當中發電和用電是同步進行的，這是非常合理的但也是被逼無奈的。我們來具體分析分析。

一方面發電端很多時候都是在看天吃飯，除了燒煤的火力發電可以相對容易的根據需求來選擇燒還是不燒，多燒還是少燒以外。 水電站的豐水期、平水期與枯水期。 太陽能電站的白天和黑夜，晴天和雨天。 風電站風力的強弱。 全部不受人力的掌控，這就使得發電量有時就很多，有時就很少。

但是很多時候我們的用電量都是很規律的，不代表發電多，我們就用的多，發電少的時候有可能會碰到一個高溫天氣，整個城市的空調統統開機，用電量突然飆升。這該怎么解決呢？

目前的電網只能依靠預先規劃和動態調節來對兩端做出平衡，這個也就是所謂的電力調度了。可以看得出來這方面的工作量是非常大的。但即使如此發多少用多少還是要付出巨大代價的，要么大量的發電資源被白白浪費掉了，比如煤炭。要么生產出來的多余電能無處可用，只能被備用負荷，也就是用來‘打醬油’的用電設備白白消耗掉，真是可惜的不得了。

為什么就不能把多余的電能儲存起來，留到需要的時候再拿出來用呢？難道儲存發電廠發出來的電就這么難嗎？你還別說，還真的不容易。主要的原因是發電量實在是太大了。比如大家都能想到的鋰電池，用它來儲存電能，且不說技術上有多麻煩，需要的數量就是一個天文數字，任何國家都很難承擔，既不經濟也不實用。

那還有什么別的選擇嗎？（暫停一下閱讀，開開腦洞，你能想到什么解決方法呢。）

事實上，選擇確實很多，且方法還不少。

例如抽水蓄能電站，它是原理是將水利發電的過程反了過來。用電將水從低處抽到高處的蓄水池，需要的時候就讓水重新流回低處，通過發電機將重力勢能再次轉化為電能。這算電池嗎？當然算，憑什么不算？ 電池無非就是將化學能轉化為電能，容量也沒那么大。可是大有錯嗎，用重力勢能來儲存電能就不叫電池嗎？說不過去么，對吧。

好，如果達成這種對電池認識的共識，按照這種能量之間互相轉化的思路繼續走下去。就會發現更多儲存電能的方法。 除了利用重力之外還可以利用壓縮空氣，飛輪等等方式來儲能。

那我們具體認識一下這些儲能方式

先說說用的最早，用的最廣的抽水蓄能方式，該方法已經應用了100多年。他的優點十分明顯，容量大，技術成熟。但缺點也同樣明顯且更為顯著，建造受到地理環境限制，儲存效率只有60%左右，選址大都遠離用電中心傳輸損耗大，試想下你手機沒電了，家里有塊充電寶著急用的時候真是不難受啊。

抽水儲能原理圖

寧海抽水蓄能電站

當然利用重力儲能還有更直接的方法，有一種做法是在地下挖一個垂直的深坑或者利用廢棄的垂直礦井，地面機組掛上上千噸的重物下放到井底，需要存儲電能的時候就將重物拉到地面上來，等到需要電力的時候就讓它慢慢下落帶動發電機產生電能。

深井儲能示意圖

可見負重越大，井越深相對應的儲存的電能就越多，這種方法對比抽水蓄能有個顯而易見的優勢，就是對地理環境的要求不那么苛刻，甚至在城市周邊或者內部都有可操作性。目前這種方法已經經過了技術驗證期，2021年4月，蘇格蘭的一家公司Gravitricity已經有一部負重50噸的重力儲能驗證機正在運行，一次發電可以生產250千瓦電力。英國和南非政府已經有些相對應的項目，將對一些廢棄礦井進行勘探和分析，以確定方案的可行性，一旦進一步確定，將開始實際建造世界上首部直接利用重力儲能的裝置。

Gravitricity的重力儲能驗證機（提升儲能與深井儲能類似）

飛輪儲能依靠飛輪的加速和減速實現充電和放電，飛輪內置的電機即使電動機也是發電機，在儲存電能時，它作為電動機給飛輪加速，當需要電能時，它又作為發電機給外部供電，供電時飛輪轉速不斷下降，當飛輪空閑時整體以最小損耗運行。

飛輪機組可以制作成單元型，根據實際需要靈活擴展，其缺點是內耗很大，在充放電過程中會產生很大的摩檫力，為了降低摩檫力電機和飛輪都需要采用磁軸承，運轉時懸浮在真空容器內，這使得其成本居高不下，成為步入實用最大的攔路虎。所以繼續研發高能復合材料，研究超導磁懸浮技術，進一步降低生產成本，才能讓它早日進入我們的生活之中。

飛輪結構示意圖

壓縮空氣儲能是用多發出的電把空氣壓入地底天然鹽洞或者山體洞穴，將整座山改造成一個巨大的壓縮氣瓶，在需要用電的時候將氣體釋放出來發電。壓縮空氣儲能系統具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高和投資相對較小等優點。缺點是需要特殊的地理條件，尋找這些地點除了大量時間外或許運氣也是很重要的。(我國的FAST射電望遠鏡選址工作經歷了3年多的時間，大型單體射電望遠鏡同樣需要特殊的地理條件。)

1978年投入商業運行的德國Huntorf壓縮空氣儲能電站(上)

1991年投入商業運行的美國Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲能電站(下)

壓縮空氣儲能還有項技術難關，就是壓縮空氣的時候大量熱量無法保存，釋放壓縮空氣的時候需要額外加入一道工序，重新加熱已經被壓縮的空氣，這會浪費大量的能量。這個難題曾一度阻礙了我國的壓縮蓄能發展，近些年我國已經攻克了層層難關，從跟跑者漸漸有了領跑者的趨勢。

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站

介紹完各種儲能方式后，也許有不少小伙伴會提出疑問，我們現在靠電力調度的方式不是已經很完美了嗎，為什么還要研究這些巨無霸的電池？是的，以前我們利用傳統能源來發電的時候確實如此，但是未來的趨勢是使用清潔能源，太陽能、風能、潮汐能、地熱能如果沒有相應的儲能技術，那我們根本無法有效利用這些資源。根據電氣與電子工程師協會(IEEE)資料顯示，隨著新能源發電比重的不斷增加、儲能技術的不斷發展，2021年開始重力儲能將要顯示其巨大的潛力，其他儲能方式也正在按部就班的發展，所以說像山一樣的電池還是有必要存在的，也必然會隨著新能源的發展越來越普遍。

最后的最后留一個問題給大家討論，如果我們成功掌握了”人造太陽”可控核聚變，那么各種儲能技術是否還有用武之地呢？

有興趣的小伙伴可以從以下途徑獲取相關資料：

1. 重力電池 - 維基百科 (wikipedia.org)

2. 電氣與電子工程師協會(IEEE) (ieeexplore.ieee.org)

3. 國家能源局 (nea.gov.cn)

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