100%可再生能源：储存大规模的可再生能源是否有可能？
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更新于: 2021年3月03日世界时12:06:59
https://climatescience.org/zh-cn/advanced-energy-storage/
可再生能源可能很受欢迎
现在，你可能已经厌倦读到“太阳不总是闪耀，风也不总是吹拂”。 我们也如此。但不幸的是，这个问题真实存在。
存储能量是一项艰巨的任务，非常困难，以至于电网被设计成，一生产出来就被消耗掉。可以这样想：每当开灯时，某处发电厂的输出会稍微增加。
能源储存――为什么储存和如何储存？
想要获得粗略的想法，我们可以将能源储存分类为三个时间尺度：
- 第一级：秒-分：当云暂时笼罩太阳能电厂，或当电力需求意外达到高峰时，都会有所帮助。在论文中，使用术语（如“负载平衡”）用来描述该点。
- 第二级：小时-天: 这种能量存储形式使得在阳光明媚或是有风天气时生成电力。无论何时，只要想使用便可以使用，例如在夜间使用。这种级别的能源储存通常被称为“批量储存”。
- 第三级：周-月: 这个级别的能量存储是跟着季节载运作，所以能在夏季最大限度地产生电力，冬天便可以存储。这一点很重要，因为在冬季，太阳照射并不多（除非位于赤道附近）。
每个类型的存储系统应该具有的属性有一个明确的模式：
存储需要
一级存储（简单）
加利福尼亚2020年5月7日电力需求量
圆圈显示了一级存储必须处理的（通常是意料之外的）起伏类型。各种类型的电池已经可以实现一级存储。
现今的电池是出色的短跑运动员，但我们需要马拉松运动员用于二级和三级存储。我们特别要求：
- 高度可扩展性（材料和空间的可用度）
- 规模成本低
- 维持电量够长的能力
二级存储（困难）
为什么我们需要跨小时的存储
太阳能电池板在白天发电量最多，但家用需求在晚上达到高峰。 二级储存将有助于储存午间（出太阳时）产生的电力供晚上使用。
有了一些来自核能的基载零碳电力，就无需太多存储，因为曲线的最低点会向上微移.
此外，在用电高峰期使用可控电源，如水电和天然气（一种化石燃料）；可能得到90%的清洁电力以及10%的天然气，但储存量相对较小。
为什么基线负载和可调度电力有所帮助
三级存储（更困难）
季节性储存的适当数量取决于在地球上的位置。一般来说，离赤道越远，夏季月份和冬季月份的日照差异就越大，这会影响能收获多少太阳能。
季节性存储需求取决于所在位置
解决二级和三级？
请看电池和氢气的替代品。（请牢记，充电即为吸入能量，放电即为能量放出。）
- 抽水蓄能: 通过把水抽到山上来充电，将水存储在水库中。通过水的向下流动来转动涡轮机放电。
- 液流电池: 与普通电池相同，但阴极和阳极是液态的。
- 热能存储: 大冰箱。通过用电加热一种物质和冷却另一种物质来充电；使用温差旋转涡轮机来放电。
- 液态空气：冷却和压缩空气，直至其变成液体，通过该方法进行充电。把压缩空气储存在容器中。让压缩空气转回气体，然后旋转涡轮机来放电。
- 压缩空气：通过压缩空气来充电。将压缩空气存储在地下、进行解压并使其旋转涡轮机来放电。
- 飞轮：通过极快速转动大转子充电。把旋转能量转换为热或电来放电。
在结论前，我们会简短地讨论每一个方案的运作情况。
1:抽水储能
抽水储能
如今97%的电力储存是通过抽水储能的。在非常合适的地点，抽水储能相对便宜，能够促进长期储存。
抽水储能不同于水力发电，水力发电需要河流注入水库才能运作——而这里只是储存能源，不需要河流。
但像水力发电一样，抽水储能也有自身的问题。许多国家山脉不足以建造抽水储能（记住，抽水储能需要把水抽到山上)。在可以建造的地方，大片土地需被水淹没，而有证据表明这会排放大量甲烷（CH₄ ）。
不过，环境可以接受的地方仍应使用抽水储能。最终，必须对这些不利因素与替代方案（即燃烧煤和天然气）展开权衡。
2：液流电池——液体电池舱
液流电池
液流电池使用液体阳极和阴极，虽然这种电池是用与锂离子电池（普通电池）不同的材料制造的，原则却是类似的：
- 通过把电子从阴极推到阳极来充电。
- 让电子通过电路回流，从而放电。
液流电池与一般电池相比所具备的优点：
- 存储容量（舱体大小）和功率（电极表面积）相互独立。 需要更多存储？把舱体变大。需要更多功率？增加阳极和阴极的相接面积。
- 生命周期可能更长。
3：热能存储
我们能以几乎100%的效率用电来为物品加热，这种热可以存储几个小时 然后用涡轮机转换回到电能。
用熔融盐和冷却液储热的热泵
一个也许更有效的热量存储方法是你冰箱的运作方式。冰箱使用电力来冷却一件物品，同时加热另一件。 在冰箱和所提议的存储技术中，这样的设备被称为热泵。
冷储藏在液体中，而热储藏在熔盐中。你也许还记得核能章节中的“熔盐”！
与热泵’相反’对是热机。热机可以将温差转化成电力。这个“温差”仅仅是熔盐的温度减去冷却液的温度。
4：压缩空气— 低廉而且环境友善？
压缩空气储能
这种形式的能源储存中，空气以高压储存在地下，随后可以释放出来转动涡轮机。
此方法需要不漏水的大型地下水库。。不是地面上每个洞都能这样做。理论上，有许多合适的区域，但不清楚这项技术能否达到2级或3级需要。
尽管自1940年以来人类便持续钻研于此，到目前为止也只建造了两座厂。
5：液体空气
液态空气存储
想要液化空气，需要对其进行压缩和冷却。液态空气保存在储罐中。为从系统中重获能量，一些液态空气会被蒸发。
气态空气比液态空气填充更多的空间。当液体蒸发时，可以利用不断膨胀的空气流动来旋转涡轮机，由此产生电力。
6: 飞轮 - 旋转, 旋转, 旋转
飞轮能量储存
我们可以通过在真空中高速转动转子（称为“飞轮”）来存储能源。
