山一样大的电池，你见过吗？新能源的最佳拍档！科普

大家认识中的电池是什么样的，有多大呢？

一颗纽扣电池，一节五号电池，手机里的锂电池，电动车里的电池。 这也不够大啊，离山那么大差远了。

可能有人说了 “你又在瞎逼逼，哪里有山一样大的电池？”

别着急，大家先来思考一下下面这个问题。

电厂发出来的电，如果用不完剩下的怎么处理呢？是白白浪费掉还是……?不会有人说我转移话题吧，聊着聊着咱就能绕回来的，废话环节到此结束，下面真的进入正题了，毕竟咱勉强也算文字工作者，又不是视频UP主，搞互动、闲扯淡可是有点不务正业了。

回到我们刚刚的问题，其实发电厂发出来的没有用完的电既不能算被浪费掉了，也不能算被储存起来了。正确的答案是发多少电，用多少电。因为在当前的电网当中发电和用电是同步进行的，这是非常合理的但也是被逼无奈的。我们来具体分析分析。

一方面发电端很多时候都是在看天吃饭，除了烧煤的火力发电可以相对容易的根据需求来选择烧还是不烧，多烧还是少烧以外。 水电站的丰水期、平水期与枯水期。 太阳能电站的白天和黑夜，晴天和雨天。 风电站风力的强弱。 全部不受人力的掌控，这就使得发电量有时就很多，有时就很少。

但是很多时候我们的用电量都是很规律的，不代表发电多，我们就用的多，发电少的时候有可能会碰到一个高温天气，整个城市的空调统统开机，用电量突然飙升。这该怎么解决呢？

目前的电网只能依靠预先规划和动态调节来对两端做出平衡，这个也就是所谓的电力调度了。可以看得出来这方面的工作量是非常大的。但即使如此发多少用多少还是要付出巨大代价的，要么大量的发电资源被白白浪费掉了，比如煤炭。要么生产出来的多余电能无处可用，只能被备用负荷，也就是用来‘打酱油’的用电设备白白消耗掉，真是可惜的不得了。

为什么就不能把多余的电能储存起来，留到需要的时候再拿出来用呢？难道储存发电厂发出来的电就这么难吗？你还别说，还真的不容易。主要的原因是发电量实在是太大了。比如大家都能想到的锂电池，用它来储存电能，且不说技术上有多麻烦，需要的数量就是一个天文数字，任何国家都很难承担，既不经济也不实用。

那还有什么别的选择吗？（暂停一下阅读，开开脑洞，你能想到什么解决方法呢。）

事实上，选择确实很多，且方法还不少。

例如抽水蓄能电站，它是原理是将水利发电的过程反了过来。用电将水从低处抽到高处的蓄水池，需要的时候就让水重新流回低处，通过发电机将重力势能再次转化为电能。这算电池吗？当然算，凭什么不算？ 电池无非就是将化学能转化为电能，容量也没那么大。可是大有错吗，用重力势能来储存电能就不叫电池吗？说不过去么，对吧。

好，如果达成这种对电池认识的共识，按照这种能量之间互相转化的思路继续走下去。就会发现更多储存电能的方法。 除了利用重力之外还可以利用压缩空气，飞轮等等方式来储能。

那我们具体认识一下这些储能方式:

先说说用的最早，用的最广的抽水蓄能方式，该方法已经应用了100多年。他的优点十分明显，容量大，技术成熟。但缺点也同样明显且更为显著，建造受到地理环境限制，储存效率只有60%左右，选址大都远离用电中心传输损耗大，试想下你手机没电了，家里有块充电宝着急用的时候真是不难受啊。

抽水储能原理图

宁海抽水蓄能电站

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当然利用重力储能还有更直接的方法，有一种做法是在地下挖一个垂直的深坑或者利用废弃的垂直矿井，地面机组挂上上千吨的重物下放到井底，需要存储电能的时候就将重物拉到地面上来，等到需要电力的时候就让它慢慢下落带动发电机产生电能。

深井储能示意图

可见负重越大，井越深相对应的储存的电能就越多，这种方法对比抽水蓄能有个显而易见的优势，就是对地理环境的要求不那么苛刻，甚至在城市周边或者内部都有可操作性。目前这种方法已经经过了技术验证期，2021年4月，苏格兰的一家公司Gravitricity已经有一部负重50吨的重力储能验证机正在运行，一次发电可以生产250千瓦电力。英国和南非政府已经有些相对应的项目，将对一些废弃矿井进行勘探和分析，以确定方案的可行性，一旦进一步确定，将开始实际建造世界上首部直接利用重力储能的装置。

Gravitricity的重力储能验证机（提升储能与深井储能类似）

飞轮储能依靠飞轮的加速和减速实现充电和放电，飞轮内置的电机即使电动机也是发电机，在储存电能时，它作为电动机给飞轮加速，当需要电能时，它又作为发电机给外部供电，供电时飞轮转速不断下降，当飞轮空闲时整体以最小损耗运行。

飞轮机组可以制作成单元型，根据实际需要灵活扩展，其缺点是内耗很大，在充放电过程中会产生很大的摩檫力，为了降低摩檫力电机和飞轮都需要采用磁轴承，运转时悬浮在真空容器内，这使得其成本居高不下，成为步入实用最大的拦路虎。所以继续研发高能复合材料，研究超导磁悬浮技术，进一步降低生产成本，才能让它早日进入我们的生活之中。

飞轮结构示意图

压缩空气储能

压缩空气储能是用多发出的电把空气压入地底天然盐洞或者山体洞穴，将整座山改造成一个巨大的压缩气瓶，在需要用电的时候将气体释放出来发电。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点。缺点是需要特殊的地理条件，寻找这些地点除了大量时间外或许运气也是很重要的。(我国的FAST射电望远镜选址工作经历了3年多的时间，大型单体射电望远镜同样需要特殊的地理条件。)

1978年投入商业运行的德国Huntorf压缩空气储能电站(上)

1991年投入商业运行的美国Alabama州的McIntosh压缩空气储能电站(下)

压缩空气储能还有项技术难关，就是压缩空气的时候大量热量无法保存，释放压缩空气的时候需要额外加入一道工序，重新加热已经被压缩的空气，这会浪费大量的能量。这个难题曾一度阻碍了我国的压缩蓄能发展，近些年我国已经攻克了层层难关，从跟跑者渐渐有了领跑者的趋势。

江苏金坛盐穴压缩空气储能电站

介绍完各种储能方式后，也许有不少小伙伴会提出疑问，我们现在靠电力调度的方式不是已经很完美了吗，为什么还要研究这些巨无霸的电池？是的，以前我们利用传统能源来发电的时候确实如此，但是未来的趋势是使用清洁能源，太阳能、风能、潮汐能、地热能如果没有相应的储能技术，那我们根本无法有效利用这些资源。根据电气与电子工程师协会(IEEE)资料显示，随着新能源发电比重的不断增加、储能技术的不断发展，2021年开始重力储能将要显示其巨大的潜力，其他储能方式也正在按部就班的发展，所以说像山一样的电池还是有必要存在的，也必然会随着新能源的发展越来越普遍。

最后的最后留一个问题给大家讨论，如果我们成功掌握了”人造太阳”可控核聚变，那么各种储能技术是否还有用武之地呢？

有兴趣的小伙伴可以从以下途径获取相关资料：

1. 重力电池 - 维基百科 (wikipedia.org)
2. 电气与电子工程师协会(IEEE) (ieeexplore.ieee.org)
3. 国家能源局 (nea.gov.cn)

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