科技企業(yè)正斥巨資投入各類(lèi)新型能源領(lǐng)域，涵蓋風(fēng)能、太陽(yáng)能，再到新一代地?zé)崮?、核能，乃至核聚變能源。但這些電力若無(wú)法儲(chǔ)存并按需調(diào)配，其實(shí)沒(méi)多大用處 —— 對(duì)于風(fēng)能、太陽(yáng)能這類(lèi)間歇性能源而言，情況尤其如此。意大利公司 Energy Dome 提出了一種新穎的解決方案，且近期已與谷歌簽署協(xié)議，將為這家科技巨頭建造多座儲(chǔ)能設(shè)施。

Energy Dome 的電池系統(tǒng)利用二氧化碳(CO?)儲(chǔ)能：當(dāng)電力供應(yīng)充足時(shí)，二氧化碳以液態(tài)形式儲(chǔ)存能量;當(dāng)電力供應(yīng)短缺時(shí)，液態(tài)二氧化碳被重新轉(zhuǎn)化為氣體，在此過(guò)程中驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，從而釋放能量。

該技術(shù)屬于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的一種。早在 20 世紀(jì) 70 年代末，德國(guó)就建成了首座公用事業(yè)級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能設(shè)施，這項(xiàng)技術(shù)自此便已存在。Energy Dome 對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新改造，用二氧化碳取代了普通空氣。盡管二氧化碳因加劇氣候變化問(wèn)題而廣受詬病，但事實(shí)證明，這種溫室氣體在儲(chǔ)能領(lǐng)域卻具備一定優(yōu)勢(shì)：它的能量密度高于空氣，且在加壓條件下可于常溫下液化。

以下是 Energy Dome 儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理：

二氧化碳首先以氣體形式儲(chǔ)存在巨型穹頂中。當(dāng)能源價(jià)格低廉且供應(yīng)充足時(shí) —— 即陽(yáng)光充足、風(fēng)力強(qiáng)勁的時(shí)段 —— 這些氣體被泵入壓縮機(jī)。在壓縮機(jī)內(nèi)，二氧化碳會(huì)釋放熱量(這些熱量會(huì)被單獨(dú)儲(chǔ)存)，并轉(zhuǎn)化為液體，最終儲(chǔ)存在碳鋼儲(chǔ)罐中。當(dāng)太陽(yáng)落山或風(fēng)力減弱，但人們?nèi)孕栝_(kāi)空調(diào)或使用 ChatGPT 查詢信息時(shí)，蒸發(fā)器會(huì)利用之前儲(chǔ)存的熱量，將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)化為加壓氣體。這些氣體如同高壓鍋中噴出的蒸汽般高速?lài)娚洌?qū)動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。

鋰離子電池是風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站電能儲(chǔ)存的首選方案，但這類(lèi)電池一次只能持續(xù)放電數(shù)小時(shí)。過(guò)去幾年，鋰離子電池的最長(zhǎng)持續(xù)供電時(shí)間僅為 4 小時(shí)，即便近期技術(shù)有所突破，也只能將這一時(shí)長(zhǎng)提升至 8 小時(shí)。但即便如此，若出現(xiàn)連續(xù)多日無(wú)陽(yáng)光(導(dǎo)致太陽(yáng)能發(fā)電中斷)的情況，這一時(shí)長(zhǎng)仍不足以滿足用電需求。

Energy Dome 的二氧化碳電池被視為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(LDES) 解決方案。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的定義是，能夠以穩(wěn)定功率持續(xù)供電 10 小時(shí)及以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)。該公司表示，其二氧化碳電池的持續(xù)供電時(shí)長(zhǎng)可達(dá) 24 小時(shí)。此外，由于液態(tài)二氧化碳可在常溫下儲(chǔ)存，相比傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)占用空間更小、能量密度更高(不過(guò)其 “穹頂” 本身絕非小巧玲瓏)。該公司創(chuàng)始人保羅?卡瓦利尼(Paolo Cavallini)稱(chēng)，二氧化碳電池 “使用壽命可達(dá) 30 年，且無(wú)任何性能衰減”。

這種技術(shù)方案前景廣闊，但要實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)行效果，可能面臨一些工程層面的挑戰(zhàn)。例如，伯明翰大學(xué)(Birmingham University)能源系統(tǒng)與儲(chǔ)能領(lǐng)域副教授愛(ài)德華?巴伯(Edward Barbour)曾在 2022 年向《麻省理工科技評(píng)論》(MIT Technology Review)表示，要讓熱交換器在數(shù)十年間持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可能頗具難度。

目前，Energy Dome 在意大利已有一座商業(yè)規(guī)模的工廠投入運(yùn)營(yíng)。該工廠由比爾?蓋茨支持的 “突破能源”(Breakthrough Energy)以及歐洲投資銀行共同資助，裝機(jī)容量為 20 兆瓦，儲(chǔ)能循環(huán)時(shí)長(zhǎng)為 10 小時(shí)。該公司表示，其供電能力可覆蓋 1.4 萬(wàn)戶家庭(此處特指意大利家庭，其能耗低于美國(guó)家庭)。

谷歌尚未披露與 Energy Dome 合作協(xié)議的財(cái)務(wù)細(xì)節(jié)，但這家科技巨頭在一份新聞稿中表示，計(jì)劃在多個(gè)國(guó)家支持此類(lèi)商業(yè)項(xiàng)目，并認(rèn)為這些項(xiàng)目 “能在 2030 年前為其運(yùn)營(yíng)所在地區(qū)的電網(wǎng)開(kāi)發(fā)新的清潔能源”。

看好二氧化碳電池的并非只有 Energy Dome 一家。美國(guó)能源部已向聯(lián)合能源公司(Alliant Energy)提供 3000 萬(wàn)美元撥款，用于在威斯康星州建設(shè) “哥倫比亞儲(chǔ)能項(xiàng)目”，該項(xiàng)目將授權(quán)使用 Energy Dome 的核心技術(shù)。

未來(lái)幾年，全球電力需求將持續(xù)增長(zhǎng)。然而，建造新型發(fā)電設(shè)施以滿足需求只是能源解決方案的一部分，儲(chǔ)能則是另一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從目前來(lái)看，Energy Dome 已占據(jù)有利地位，有望助力填補(bǔ)全球儲(chǔ)能領(lǐng)域的空白。