大家認(rèn)識中的電池是什么樣的，有多大呢？

一顆紐扣電池，一節(jié)五號電池，手機(jī)里的鋰電池，電動車?yán)锏碾姵亍?這也不夠大啊，離山那么大差遠(yuǎn)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(fā)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(zhuǎn)移話題吧，聊著聊著咱就能繞回來的，廢話環(huán)節(jié)到此結(jié)束，下面真的進(jìn)入正題了，畢竟咱勉強(qiáng)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(wù)正業(yè)了。

回到我們剛剛的問題，其實發(fā)電廠發(fā)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(fā)多少電，用多少電。因為在當(dāng)前的電網(wǎng)當(dāng)中發(fā)電和用電是同步進(jìn)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(fā)電端很多時候都是在看天吃飯，除了燒煤的火力發(fā)電可以相對容易的根據(jù)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(fēng)電站風(fēng)力的強(qiáng)弱。 全部不受人力的掌控，這就使得發(fā)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(guī)律的，不代表發(fā)電多，我們就用的多，發(fā)電少的時候有可能會碰到一個高溫天氣，整個城市的空調(diào)統(tǒng)統(tǒng)開機(jī)，用電量突然飆升。這該怎么解決呢？

目前的電網(wǎng)只能依靠預(yù)先規(guī)劃和動態(tài)調(diào)節(jié)來對兩端做出平衡，這個也就是所謂的電力調(diào)度了?？梢钥吹贸鰜磉@方面的工作量是非常大的。但即使如此發(fā)多少用多少還是要付出巨大代價的，要么大量的發(fā)電資源被白白浪費掉了，比如煤炭。要么生產(chǎn)出來的多余電能無處可用，只能被備用負(fù)荷，也就是用來‘打醬油’的用電設(shè)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(fā)電廠發(fā)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(fā)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(shù)上有多麻煩，需要的數(shù)量就是一個天文數(shù)字，任何國家都很難承擔(dān)，既不經(jīng)濟(jì)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(fā)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(fā)電機(jī)將重力勢能再次轉(zhuǎn)化為電能。這算電池嗎？當(dāng)然算，憑什么不算？ 電池?zé)o非就是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，容量也沒那么大?？墒谴笥绣e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(dá)成這種對電池認(rèn)識的共識，按照這種能量之間互相轉(zhuǎn)化的思路繼續(xù)走下去。就會發(fā)現(xiàn)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(rèn)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(jīng)應(yīng)用了100多年。他的優(yōu)點十分明顯，容量大，技術(shù)成熟。但缺點也同樣明顯且更為顯著，建造受到地理環(huán)境限制，儲存效率只有60%左右，選址大都遠(yuǎn)離用電中心傳輸損耗大，試想下你手機(jī)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(dāng)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(jī)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(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。

深井儲能示意圖

可見負(fù)重越大，井越深相對應(yīng)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(yōu)勢，就是對地理環(huán)境的要求不那么苛刻，甚至在城市周邊或者內(nèi)部都有可操作性。目前這種方法已經(jīng)經(jīng)過了技術(shù)驗證期，2021年4月，蘇格蘭的一家公司Gravitricity已經(jīng)有一部負(fù)重50噸的重力儲能驗證機(jī)正在運(yùn)行，一次發(fā)電可以生產(chǎn)250千瓦電力。英國和南非政府已經(jīng)有些相對應(yīng)的項目，將對一些廢棄礦井進(jìn)行勘探和分析，以確定方案的可行性，一旦進(jìn)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(jī)（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(xiàn)充電和放電，飛輪內(nèi)置的電機(jī)即使電動機(jī)也是發(fā)電機(jī)，在儲存電能時，它作為電動機(jī)給飛輪加速，當(dāng)需要電能時，它又作為發(fā)電機(jī)給外部供電，供電時飛輪轉(zhuǎn)速不斷下降，當(dāng)飛輪空閑時整體以最小損耗運(yùn)行。

飛輪機(jī)組可以制作成單元型，根據(jù)實際需要靈活擴(kuò)展，其缺點是內(nèi)耗很大，在充放電過程中會產(chǎn)生很大的摩檫力，為了降低摩檫力電機(jī)和飛輪都需要采用磁軸承，運(yùn)轉(zhuǎn)時懸浮在真空容器內(nèi)，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(xù)研發(fā)高能復(fù)合材料，研究超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，才能讓它早日進(jìn)入我們的生活之中。

飛輪結(jié)構(gòu)示意圖

壓縮空氣儲能是用多發(fā)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?qū)怏w釋放出來發(fā)電。壓縮空氣儲能系統(tǒng)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(yōu)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(yùn)氣也是很重要的。(我國的FAST射電望遠(yuǎn)鏡選址工作經(jīng)歷了3年多的時間，大型單體射電望遠(yuǎn)鏡同樣需要特殊的地理條件。)

1978年投入商業(yè)運(yùn)行的德國Huntorf壓縮空氣儲能電站(上)

1991年投入商業(yè)運(yùn)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(shù)難關(guān)，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(jīng)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(fā)展，近些年我國已經(jīng)攻克了層層難關(guān)，從跟跑者漸漸有了領(lǐng)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(xiàn)在靠電力調(diào)度的方式不是已經(jīng)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(tǒng)能源來發(fā)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(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮苋绻麤]有相應(yīng)的儲能技術(shù)，那我們根本無法有效利用這些資源。根據(jù)電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)資料顯示，隨著新能源發(fā)電比重的不斷增加、儲能技術(shù)的不斷發(fā)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(fā)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(fā)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(shù)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(guān)資料：

1. 重力電池 - 維基百科 (wikipedia.org)

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

3. 國家能源局 (nea.gov.cn)

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