停电是我们气候变化世界的毁灭性现实。2021 年一场史无前例的冬季风暴使数百万德克萨斯人停电数天，造成数百人死亡，今年夏天，加州人在破纪录的热浪中勉强将他们州的电网从崩溃的边缘拯救出来。
一些停电是由风暴摧毁输电线路和变电站等基础设施引起的——看看飓风玛丽亚和最近的菲奥娜飓风之后波多黎各发生了什么。
但许多停电也可以归咎于电力系统的运作方式。即：电网的目标是在发电厂发电后立即将电力输送到您的家中。当需求激增时，没有大量的电力储备等待储备。专家说，这需要改变。
“电力系统是实时系统，”加州大学洛杉矶分校环境与可持续发展研究所研究主任Eric Fournier说。几乎没有出错的余地。
过去，有一个简单的解决方法。如果电网运营商需要更多的电力，他们只会实时燃烧更多的化石燃料来满足需求。但这会使气候变化变得更糟（发电占美国温室气体排放总量的25%）。这是一个恶性循环：气候变化是将我们的电网推向极限的原因。
转向清洁能源是显而易见的解决方案。但是，虽然风能和太阳能是高效的，但它们并不总是可用的：太阳能在夜间关闭，风力涡轮机无法在静止的白天发电。对于可再生能源，需求仍然可能超过供应。
我们需要一种方法来储存可再生电力。这听起来像...电池。但电池——至少是我们的手机和汽车中的那种——不一定是最好的解决方案。锂离子电池已成为可充电电池的事实标准，用于从手机和笔记本电脑到电动汽车的所有产品，生产成本高昂，可能比静态坐在存储架上更适合这些便携式应用。
“我们需要考虑超越传统锂离子电池的解决方案，”麻省理工学院能源计划首席研究科学家Dharik Mallapragada说，他是最近一项关于储能未来的研究的合著者。在COP27上，每个人都在考虑金钱，目前正在埃及进行的联合国气候谈判，世界需要负担得起的解决方案，既适用于富国，也适用于穷国。
“没有一种技术可以做到这一点，”Mallapragada说。“我们必须把它看作是一个拼图游戏，每个部分都在系统中发挥作用。
电网是一台巨大的机器。为了给它制造电池，我们必须从大处着眼——而且很奇怪。在本周的 Unexplainable 一集中，Vox关于未回答问题的播客，我们探讨了电网的未来电池可能是什么样子，从经过时间考验的电池到幻想。有很多方法可以装瓶闪电。
内置在山上的电池
在非常基本的层面上，所有电池的工作原理是获取电力，将其存储为不同形式的能量，并在再次需要时将能量转化为电能（或者，非常技术性的电能）。
锂离子电池是化学电池，这意味着它们将电力储存为化学能。它们非常高效;它们通常可以释放90%以上的能量。
但电池不一定基于化学能 - 我们可以将电力转换为各种其他能源类型。以抽水蓄能为例。
抽水蓄能水电或抽水蓄能是目前在美国运营的最大一种电网蓄电池。它也是最古老的;该国第一个抽水蓄能设施于1930年在康涅狄格州新米尔福德开业。
抽水蓄能背后的概念非常简单。有时发电厂——尤其是像风能这样的可再生能源发电厂——产生的电力超过了我们的使用能力，电网运营商最终不得不简单地在称为“弃电”的过程中倾倒这些能量。
但是，如果这些可再生能源设施连接到抽水蓄能，多余的能量可以用来将水抽上山或山并填充水库。这种上坡运动提高了水的势能;当需要能量时，水被释放并通过水力涡轮机发送，将势能转化为电能。
抽水蓄能于1970年代和80年代在美国起飞，当时该国看到了核电的繁荣。马拉普拉加达说，核电站非常擅长全天候持续产生稳定的电力，但没有一种简单的方法来增加或减少它们的输出。
为了能够应对波动的需求，电网运营商建造了抽水蓄能电站，以储存核电站在低能耗时期产生的多余能量;如果没有抽水蓄能，这些能源可能会被浪费掉。（这与太阳能和风能发电厂面临的困境类似，最近一些抽水蓄能电站的能源已经从核能转向可再生能源。
这是一个久经考验的高效解决方案。因此，建造更多的抽水蓄能电站可以很好地服务于清洁能源的未来。
但抽水蓄能并不完美：它需要特定的地理位置（如山脉，但任何具有海拔差的地形都可以），建造抽水蓄能电站通常需要挖空崎岖的景观，以便安装泵和其他将水输送到水库的基础设施。
这是一个耗能、耗费资源的过程。因此，虽然抽水蓄能在某些情况下可以工作，特别是当现有设施正在向可再生能源过渡时，但它只是马拉普拉加达储能解决方案拼图的一部分。Mallapragada说，其中之一甚至可能是采用抽水蓄能背后的原理，并将其应用于山区之外。
没有山？构建一个。
抽水蓄能的核心是利用重力将水拉下山坡，并将势能转化为电能。
但是，如果看不到一座山来建造工厂，工程师基本上可以建造一座自己的山。这被称为重力存储：这些“电池”不是提升和下降水，而是提升和降低一些重材料（如混凝土）的实心块。
这项技术最引人注目的版本来自一家名为Energy Vault的公司。在瑞士建造的原型涉及一台多臂起重机，该起重机使用可再生能源拾取35吨的混凝土块，在自身周围缓慢建造混凝土塔，并将太阳能和风能作为势能储存起来。当需要能量时，这个过程是相反的：起重机让块掉落，解开电缆并为发电的电机供电。
最新版本的Energy Vault存储解决方案看起来更加古板 - 起重机已被仓库式建筑所取代，这些建筑充满了30吨重的砖块，您可以在下面的视频中看到 - 但基本概念保持不变，使用多余的可再生能源为解除块的机制提供动力，并在没有可再生能源时将其放下。
这个概念不仅限于在电梯上建造塔楼或砖块。其他公司正在探索使用废弃的矿井作为潜在的重力储存地点，以帮助在能源高峰期间稳定电网。
重力蓄能避开了阻碍新抽水蓄能电站的山体大小的障碍，专家表示，它应该与抽水蓄能一样高效。然而，它也不是完美的：建造重力存储系统也是能源密集型的，成本可能超过收益 - 特别是如果锂离子电池继续变得更便宜。
Energy Vault表示，它正在努力降低成本，特别是在原材料方面：该公司告诉Wired的Matt Reynolds，他们的新砖可以用废料而不是混凝土制成，从而减少设置系统的能源负荷。
巨型热水瓶可以重新利用旧的化石燃料技术
能源转型方程式中的一个关键问题——目前占据了COP27国际谈判代表的头脑——是如何支付它，特别是在最近安装化石燃料发电厂的国家。
与美国不同，美国拥有一支老化的化石燃料发电厂，即将（或在某些情况下，早已超过）退休年龄，而印度和中国等国家是燃煤电厂的所在地，这些电厂的保质期很长。
这就是热能储存的用武之地。在蓄热系统中，来自风力涡轮机或太阳能电池板等来源的可再生电力用于加热特别擅长捕获热量的材料，如熔盐，并用绝缘材料包围它，基本上可以制造一个巨大的热水瓶。然后可以释放热量以产生蒸汽或热空气并驱动涡轮机，就像今天的煤炭或核电站一样。
Mallapragada对蓄热的潜力特别兴奋，因为它可以通过将燃煤机换成蓄热装置来用于现有的化石燃料工厂。这解决了多个问题：现有基础设施的很大一部分可以保留在原地。燃煤电厂已经连接到电网，这节省了成本，这些发电厂的许多现有工作将转移到由储存的热能驱动的工厂 - 这意味着更公平的能源转型。
对于发展中国家来说，这可能会改变游戏规则。但是 - 你可能会注意到这里的一个主题 - 蓄热也有一些缺点。重力蓄能和抽水蓄能非常高效;您通常可以在大约 70% 到 85% 的储存能量附近恢复。蓄热效率要低得多，因此不能单独依靠。这只是拼图中的另一块，而不是完整的画面。
生锈可以成为我们的朋友
到目前为止，讨论的每个解决方案都不是化学电池。但即使锂离子可能不是电网的最佳解决方案，仍然有一些化学电池值得考虑。其中之一甚至使用了与锂不同无处不在的东西：生锈。
生锈通常令人讨厌。但是一种叫做铁空气电池的电池颠覆了这个想法。
与这个故事中的其他解决方案不同，铁空气电池与我们传统上认为的电池最相似：它们依靠化学反应来储存和释放能量，就像锂离子电池一样。但传统电池通常是在一个电池外壳内两种或多种化学物质的组合。在铁空气电池中，其中一种化学物质是铁——我们星球上最丰富的金属之一。
另一种化学物质？它周围空气中的氧气。
铁锈。我们都知道这一点。但生锈是一种化学反应，称为氧化，就像锂离子电池中的反应一样，它可以逆转。也就是说，我们可以给生锈的铁充电。
就好像用电来抛光铁一样：给铁充电可以防止氧化，但铁的自然状态是想要生锈。让铁锈基本上将电子从金属中推出，使电池放电。当需要再次为电池充电时，该过程会逆转。
这一切听起来有点科幻，但这个想法正在迅速成为现实;一家名为Form Energy的公司最近与佐治亚州的一家公用事业公司签署了一项协议，以制造一种可以存储100小时能量的铁空气电池。最终，该公司希望建造铁空气电池农场，每个电池的大小相当于并排的洗衣机和烘干机，可以根据社区的需求进行规模调整。
Mallapragada警告说，制造生锈的电池“说起来容易做起来难”。很难找到一种化学组合的最佳平衡点，它可以充电和放电而不会在此过程中损失太多能量。
生锈的铁并不是世界上最高效的电池 - 其40%至60%的效率范围与超高效锂的90%以上相比相形见绌 - 但它便宜得多，更容易制造。锂离子电池需要各种有限的金属;铁无处不在。
将各个部分放在一起
储能不会很简单，也不会有任何单一的解决方案可以让我们达到一个可以摆脱化石燃料的地方。这里提到的一些电池甚至可能无法工作;许多仍在早期测试中。但是，所有这些解决方案，加上我们在这里没有涉及的更多解决方案，仍然是朝着正确方向迈出的重要一步。
如果它们在全国范围内实施——一些地方的山地电池，也许是其他地方的热罐或装满生锈铁的仓库——它们将是阻止和应对气候变化及其对电网的威胁的关键。即使极端天气变得更糟，储存的能量也可以帮助我们度过风暴。
“我很乐观地认为我们可以解决这个问题，因为我们有所有这些解决方案，”马拉普拉加达说。“加州的正确答案看起来与东北部或该国其他地区甚至世界其他地区大不相同。我们拥有所有的作品。我们只需要弄清楚如何让它们一起工作。
椰有料原创，作者：小椰子啊，转载请注明出处：http://www.studioyz.com/1622.html
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