为何热能电池是更好利用清洁能源的关键

Wind and solar energy generation is intermittent, making it difficult for factories to rely on.
A commercial-scale thermal battery at an industrial site in the US near Fresno, California.Image: Antora Energy
本内容由人工智能自动翻译。
  • 风能和太阳能现已成为地球上最便宜的电力来源,但在发电过剩时,其价值会急剧下跌。

  • 工业工厂无法利用这种低成本清洁能源,因为它们全天候24小时运转,而这些能源通常具有间歇性。

  • 热能电池是一种具有成本效益且可大规模推广的替代方案,可将间歇性电力转化为持续供应的能源。

风能和太阳能现已成为最便宜的电力来源。然而,尽管有大量国际报告和主流新闻报道都重点介绍了这一重要转变,但即便是最密切关注气候和能源问题的人士,往往也忽视了这一趋势的真正意义。

作为起点,请设想一个完全依赖化石燃料运行的简化电网。如今,可再生能源成本低廉,富有进取精神的开发商可以迅速部署项目;这些早期的风能和太阳能项目收益可观,因为只要风吹或日照时,它们就能以低于现有电力生产商的成本售电。

然而,随着越来越多的可再生能源并网,可再生能源项目必须相互竞争以售出电力,这导致在可再生能源发电量高而需求低时,市场能源价格大幅下跌。

为何可再生能源在发电高峰时的过剩电力被浪费

清洁能源发电本质上具有同步性:在某一区域内,一台风力涡轮机转动时,该区域内几乎所有其他涡轮机也随之转动。因此,当风能或太阳能的部署达到能够在发电高峰期满足我们用电需求的程度时,供求规律会使该时段内任何额外发电量的价值趋近于零。

当高发电量与低需求时段重合时,这一趋势会更加明显,往往迫使可再生能源发电商暂停生产。结果是,曾经利润丰厚的项目如今面临着越来越大比例的发电量,而从电网的角度看,这些电量几乎一文不值。

尽管这些项目仍能产生大量高价值电力,但这一效应足够显著,足以影响项目经济性,并在已有大量可再生能源的地区减缓部署进度。

在美国,风能发电量首次超过了煤炭发电量。
在美国,风能发电量首次超过了煤炭发电量。
01:29

这一动态已在全球多地开始显现。但这些过剩的可再生能源发电并非预示着清洁能源时代的终结,反而为我们以低成本清洁电力为经济各个领域供电提供了契机。

借助热能电池等灵活技术,我们可以在不影响可靠性的前提下,开发一种全新的、具有成本效益的能源。这类系统能够将过剩电力转化为热能,然后像传统电池一样,储存能量,并实现全天候24小时释放。

要了解极为廉价的可再生能源如何改变我们的能源未来,让我们来看看美国清洁能源经济中一个不起眼的核心地带:大平原地区。从得克萨斯州狭长地带到北达科他州的草原,这一被称为美国“风带”的地区是世界上最早进行大规模风力部署的地区之一,如今可再生能源占比在全国名列前茅。例如,南达科他州的能源已有一半以上来自风力发电。

因此,遍布该地区的大型风电场越来越多地在发电量高而需求低时被迫削减发电,导致高达五分之一的潜在发电量被完全浪费,损害了其盈利能力。与此同时,用电负荷巨大的远方城市地区,却因输电瓶颈而无法获得这些清洁电力。

在整个风带地区,批发电价低于亨利枢纽天然气价格——该价格是美国廉价天然气的基准——的时间占全年的30%、40%,甚至50%。每年,随着可再生能源部署的增加,这些比例还会上升。

这并非孤立的趋势。随着我们部署风能和太阳能的速度超出了任何人的预测,这一模式将在全球每一个角落日益显现。

在整个风带地区,迄今为止仍有数以千计的工厂无法利用就在其身边被白白浪费的低成本能源,而是在现场燃烧天然气和煤炭,而电力实际上几乎是免费提供的。

尽管这些工厂位于地球上最廉价的电力来源地区,但由于一个简单的原因,它们无法获得这种低成本电力:它们全天候24小时运转,而清洁且廉价的电力具有间歇性。全球数以百万计的工业设施也将面临同样的情况,这些设施合计占全球能源使用量的37%。

弥合工业需求与廉价间歇性电力之间的差距

当今能源领域最大的机遇之一就在于此:弥合持续运行的工业需求与廉价间歇性电力之间的差距。

将间歇性电力转化为持续供应的热能和电力,有多种可行路径,从锂离子电池到绿色氢能均在其列,但没有一种能像热能电池那样具有成本效益且可大规模推广——这一解决方案正是Antora等公司正在着手部署的,Antora是世界经济论坛Antora“清洁电力、电网与电气化”计划的成员,目前已开始在风带地区进行部署。

通过在隔热模块中加热低成本、本土生产且储量丰富的材料(如固态碳),我们现在能够以所需的规模、效率和成本储存能量,从而使即便是最极端的工业流程也能实现电气化。

要充分释放热能电池的潜力,我们必须确保市场规则和费率结构能够使其以反映发电和输电真实成本的价格获取过剩及低价值电力。

如此一来,我们便能推动电网中更多可再生能源的部署,更好地利用现有电网基础设施,从而降低全民清洁电网的成本。

授权与转载
世界经济论坛发布的文章,可依据《知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际公共许可协议》以及我方《使用条款》进行转载。 本文所表达的观点仅代表作者个人立场,并不代表世界经济论坛的观点。