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美国能源部高级能源研究打算署（ARPA-E）现在正在探求可以提供更长时刻的储能技能，以及可以在电网任何位置储存可再生能源技能，其价值必需低于100美元/千瓦时。
而作为新打算的一部门，ARPA-E最近公布为一连增进电力储能（DAYS）项目提供高达3000万美元资金。一连增进电力储能（DAYS）项目团队将回收创新技能，在电网局限上实现提供长时刻储能靠得住的电力，其一连时刻为10至约100小时。
储能体系将在将来的弹性电网中施展越来越重要的浸染。储能体系提供改造的电网不变性，备用电源以及应承集成更多可再生资源的重要处事。现在首要储能选项具有一些限定，阻碍了它们作为恒久办理方案的行使，出格是其高本钱。
一连增进电力储能（DAYS）团队将开拓可以或许在险些任何所在陈设的储能体系，并以每周期本钱方针放电，远低于今朝可用体系的本钱。
所提供的扶助机遇将对一系列储能技能选择性开放，个中包罗热、机器、电化学、化学等技能，但其面对本钱方针、选址、功率输出等诸多挑衅。
GRIDS打算
在实验一连增进电力储能（DAYS）打算之前，美国能源部高级能源研究打算署（ARPA-E）为电网局限可扩展间歇可调治式储能(GRIDS)配置了方针。其方针是开拓可以或许存储可再生能源的储能技能，可以在电网任何位置行使，投资本钱低于每千瓦时100美元。这个机动的大局限储能体系将使可再生能源提供靠得住的发电，从而缔造更强盛、更结实的电网。下表列出了电网局限可扩展间歇可调治式储能(GRIDS)打算中的公司及其项目描写。
现在，美国的发电量为1,100GW，每年发电量约为410万GWh。而电网是一种要害资源，可提供美国度庭和企业耗损的全部能源的30％。然而，今朝的发电体系严峻依靠化石燃料。此刻近70％的美国电力来自煤炭或自然气，发电占美国二氧化碳排放量的40％以上。
办理天气变革和独立能源供给题目将必要更多地行使低碳的排放发电，个中包罗太阳能和风能的可再生能源发电，以及进步美国电力分派的服从和靠得住性。
可再生能源发电源的一个重要特性是其可变性。图1表现了间歇性可再生能源（太阳能和风能）在几分钟到一小时的时刻范畴产生的功率输出的凶猛变革，间歇性功率变革高出80％。电网功率电平毛病频谱表现发电和输电调治功率电平之间的过多/短缺的变革。
图1.因为太阳能（a）和风力发电（b）中与气候有关的变革，提供电力的间歇性会限定可再生能源的可调治性。（c）表现了发电和负载之间的电网毛病频率。
图1表现了一天内电力供给间歇性，一连时刻为几分钟到几小时，在这些时刻范畴内，功率输出高出80％的变革限定了因为太阳能（a）和风力发电（b）的气候相干变革导致可再生能源发电的可调治性。出格是对付风力发电而言，电力变革率是均衡电力体系要害题目，具有很高的变革率（MW/min），必要几分钟到几小时的储能体系支持（如图1b中的虚线）。（c）表现电网上的分钟到小时和小时到天的时刻帧中发电和负载之间的电网毛病频率。通过电网帮助处事在秒到分钟时刻范畴内增进了频率和电压调理。
因此必要存储将可再生资源转化为可猜测和可调治的电网的牢靠电力，构建低碳、高靠得住性的电网。
斯坦福大学的水基锰氢电池研究
“天然能源”杂志的高级作者，斯坦福大学原料科学传授崔屹（YiCui）日前暗示，锰氢电池技能也许是美国能源之谜中缺失部门之一。它可以提供一种存储不行猜测的风能或太阳能的要领，从而镌汰化石燃料的需求。
锰氢电池原型只有3英寸长，仅发生20毫瓦时的电力，这与挂在钥匙环上的LED手电筒的能量程度相等。尽量电池原型局限很小，但研究职员信托他们可以将这种技能扩展到可以充电和充电10,000次的家产级电池储能体系，从而缔造出一种事变寿命远远高出十年的电网。
“我们所做的是将一种非凡的盐投入水中，滴在电极中，并发生可逆的化学回响，以氢气的情势存储电子。”崔屹说。
缔造这个观念并制作电池原型的团队由崔尝试室的博士后学者WeiChen率领。从本质上讲，研究职员实现了水和硫酸锰之间的可逆电子互换，硫酸锰是一种富厚便宜的家产盐，可用于制造干电池、肥料、纸张和其他产物。
为了仿照风能或太阳能源如作甚电池供电，研究职员在原型上安装了一个电源。电子与消融在水中的硫酸锰发生回响，留下附着在电极上的二氧化锰颗粒。过量的电子以氢气的情势冒出来，从而储存能量以备未来行使。而工程师都知道怎样操作氢气发生电力，因此下一步研究是证明水基电池可以充电。
研究职员通过将其电源从头毗连到耗尽的原型来实现这一方针，这次目标是诱导附着在电极上的二氧化锰颗粒与水团结，形成硫酸锰盐。一旦这种盐规复，得到的电子就会过剩，过剩的能量就以氢气的情势冒出来，这个进程可以多次一再。
崔屹预计，思量到水基电池的预期寿命，其存储的电力可觉得100瓦灯胆供电12小时，本钱仅为一美分。
“我们信托这种原型技能将可以或许满意美国能源部方针的电网局限储能适用性。”崔屹说。
美国能源部（DOE）保举用于电网局限的电池储能体系，然后在一小时内放电至少20千瓦，可以或许至少充放5000次，而且行使寿命为10年。为了实现这一方针，这种电池储能体系的本钱应为2000美元或更低，或每千瓦时100美元。
美国能源部前部长，诺贝尔奖得到者，现任斯坦福大学传授的朱棣文恒久以来一向存眷和勉励向可再生能源过渡。“固然准确的原料和计划如故必要开拓，但这个电池原型展示了科学和工程的范例，它提出了实现低本钱、长效、适用局限电池的新要领。”朱棣文说。
阔别碳排放
据美国能源部预计，美国约70％的电力来自煤炭发电或自然气发电厂，占二氧化碳排放量的40％。而转向风能和太阳能发电是镌汰这些碳排放的一种要领。但这带来了涉及电源可变性的新挑衅。最明明的是，太阳和风力提供的电力不不变，而且不一连。
然而，另一个不太相识但重要的可变性情势来自对电网的需求激增，在酷热的炎天，当人们放工回家启动空调时，公用奇迹公司必需回收负载均衡计策来满意岑岭需求，这必要在几分钟内进步发电量的一些要领，以停止停电或妨碍，不然也许导致电网瘫痪。
现在，公用奇迹公司凡是会通过启动按需或可调治的发电厂来实现这一方针，这些发电厂也许在大部门时刻闲置，但必要在几分钟内提供电力，从而发生快速能源，但会增进碳排放。一些公用奇迹公司开拓了短期负荷均衡，不依靠于化石燃料燃烧装备。
最常见和最具本钱效益的计策是抽水蓄能。它行使多余的电力将水运送到高处，然后让它回流以在岑岭需求时代发生能量。然而，水力发电储能仅合用于水资源和空间富裕的地域。因此，为了使风能和太阳能越发有效，美国能源部勉励行使高容量电池储能体系作为更换方案。
高容量低本钱的电池技能
崔屹暗示，市场上有几种范例的可充电电池技能。可是今朝尚不清晰哪些要领切合美国能源部要求，并证明其对公用奇迹、禁锢机构和维护国度电网的其他好处相干者的适用性。
譬喻可充电锂离子电池，可以存储手机和条记本电脑所需的少量能源，但其回收罕有原料，因此本钱太奋发，无法存储大量的电力。他说，电网局限储能体系必要一种低本钱、高容量、可充电电池。锰氢电池工艺好像很有但愿。
他增补说，“其他可充电电池技能在其事变寿掷中的本钱将是锰氢电池本钱的五倍。”
Wei Chen暗示，新型低本钱原料和相对简朴使锰氢电池成为低本钱电网局限陈设的抱负选择。
“我们在天然能源的研究陈诉的打破有也许切合美国能源部电网局限尺度。”他说。
但这种锰氢电池原型必要开拓研究举办证明。一方面，它行使金属铂作为催化剂来催化电极上的要害化学回响，使充电进程高效，而且该组件的本钱对付大局限陈设而言是不能接管的。但他说，该团队已经在研究本钱更低的要领来诱导硫酸锰和水举办可逆电子互换。他说：“我们回收了新型催化剂，产物大局限出产时也许会到达美国能源部的低于每千瓦时100美元的方针。”
研究职员陈诉说，可以对锰氢电池原型举办10,000次充电，这是美国能源部要求的两倍，但暗示有须要在现实电网储能前提下测试锰氢电池，以便真正评估其寿命、机能和本钱。
崔屹暗示，他已经通过斯坦福技能容许办公室寻求申请专利，并打算组建一家公司将该技能实现贸易化。 （编辑：河北网）
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