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來源：AVNET 作者：Cameron Coward 我們需要找到一種儲存可再生能源的方法，因為在未來我們將依賴它。即使不考慮環境問題，化石燃料的資源也是有限的。雖然核電仍然實用可行，但可再生能源應該會占世界絕大部分的供應。 但是許多可再生資源，包括太陽能和風能，都有一個嚴重的缺點：無法依需求生產能源。太陽能場只有在陽光普照時才能收獲能源。風車只有在陣風足夠強大時才能發電–風速大約要每小時6.7英里或更快。 為了在人們需要時提供電力，我們必須儲存可再生資源產生的能源。一個太陽能場一天可產生200MWh的電力，但僅限在晴天。為了滿足一天中其他剩余時間以及夜晚的電力需求，一半以上的電力需要儲存至少幾個小時。 儲存可再生能源的最佳方法是一個具有爭議的議題。 本文將會探討這些選項。 電池儲能 各種類型的電池可以高效（充電/放電周期為80-90%）和壓縮的方式存儲能量，但這是電池存儲的唯一好處。從其他方面來看，電池對于具有規模的能量存儲來說都不是一個好的選擇。 從財務觀點來看，電池最明顯的問題就是費用。一個夠大的電池數組，可以存儲來自太陽能或風電場的能量，其成本可能高于太陽能電池板或風車本身。而這不是一次性成本，因為電池的使用壽命很短，最終需要經常更換。 而從環境觀點來看，這個選擇更糟。大多數現代的電池都需要重金屬和其他有毒物質。鎘和鋰等元素不僅資源有限，就像化石燃料一樣，而且在采礦過程中和使用后，也對環境構成重大風險。 電池很難實用于這種大規模的能量存儲中，但有其他替代方法。電池可以儲存化學能源，而這只是能量的一種形式。其他形式的能量，如動能和熱能，可以其他更容易、更便宜地方法來大量儲存。 抽蓄式水力儲能 一種儲存動能的方法是抽蓄式水力儲能系統，幾乎與現代水電大壩相同。但不是利用河流中的自然水流，而是依據需要移動水來儲存能量。 為了了解這是如何運作的，請想象兩個湖泊。 一個湖的海拔比另一個湖高。當太陽能或風電場輸出的能量超過其服務區域所需的能量時，多余的能量為泵提供動力，將水從底部湖輸送到頂部湖。然后，當電場無法滿足當前用電需求時，水會透過傳統的水力發電機從頂部湖流回底部湖。 水力儲能系統 
上圖顯示了田納西州的抽水蓄能系統。 （來源：維基百科） 這個系統有許多優點。它可以提供超過 80% 的效率,、具有成本效益、使用久經考驗的機器，并且在初始建設后對環境造成的風險很小。抽水儲能系統還能夠以勢能的形式存儲大量電力，并且是以安全的方式存儲。 雖然缺點并不多，但確實存在的缺點有時會難以克服。抽水儲能系統需要大量的水，而許多地區都缺乏。雖然可同時將水用于其他應用，例如典型的市政用途，但某些地區是沒有足夠的水來儲存所需的能量。 另外，為了使系統運作，一個蓄水池需要比另一個蓄水池更高。若在平坦地區，這將需要建造高大的水塔或是挖掘更深的蓄水池。這種建造的成本雖然仍會低于電池數組的成本，但并非一筆小金額。 最后，寒冷的天氣也是一個問題。蓄水池本身不會結冰–即使在最寒冷的居住地區，結冰的厚度也很少超過兩英尺。但是，正如現代水電大壩中會發生的情況，冰流會給水力發電機械帶來成本高昂的問題。 機械儲能 在物理機制中存儲勢能是可能的，最簡單的例子是彈簧。當你拉伸或壓縮彈簧時，會將一些消耗的能量存儲為勢能/動能，以供以后使用。 但是我們沒有必要建造一系列巨大的彈簧來儲存能量，因為同樣的概念適用于許多其他機制。 例如，你用滑輪把一袋沙吊離地面，然后系上繩子，就是儲存了重力對沙袋的勢能。 一種大規模應用的方法看起來很像電纜車。當有多余的電力輸出可用時，電動馬達會絞動電纜并將「推車」（一輛裝滿廉價、沉重材料的火車車廂，如沙子）上山。當電力輸出不能滿足需求時，推車就會滑下山坡。當它這樣做的時候，電纜就會帶動電動馬達旋轉，電動馬達就會像發電機一樣產生電力。 Energy Vault 提出的類似的「重力電池塔」系統，效率高達90%，使其與鋰離子電池和抽水蓄能系統相比是具有競爭力的，而且成本只是其中的一小部分。這具有低于 0.05 美元/kWh 的平準化存儲成本 (LCOS)，而鋰離子電池和抽水蓄能分別為0.30美元/kWh 和0.17美元kWh。 重力電池塔r
這座 Energy Vault EV1 重力電池塔位于瑞士。 （來源：Energy Vault） 氣體壓縮儲能
本圖顯示了一個壓縮空氣儲能系統。 （來源： 美國能源部） 一種相關但不同的方法是壓縮氣體。動力泵將氣體壓縮到儲存罐中，其中的氣體可以是普通的空氣。而在許多提議的系統中，都是將天然洞穴當作大型儲罐。當需求量大時，儲罐釋放的氣體會使渦輪機旋轉來產生電力。 若有天然洞穴可當儲罐利用，則壓縮空氣儲能的成本非常低。低成本與高效率使氣體壓縮儲能成為這個列表中最實用的存儲方法之一。 熱儲能 蒸汽引擎推動了工業革命，而其背后的物理學也可能徹底改變可再生能源存儲。有許多方法可以將熱轉換為有用的電力，從蒸汽引擎到依賴溫差的現代熱電發電機。 但要在這種情況下利用熱能，就必須長時間儲存熱。事實上，很難防止熱量因為對流或傳導的消散。因此，大多數熱儲能技術效率不佳。 這些技術依賴于加熱材料并盡可能地讓材料絕緣。這種材料可以是便宜且隨處可見的礫石或沙子，它們可以有很好的保溫功能。雖然熱儲能的效率很差（據估計為60-65%），但由于價格實惠且可大規模擴展，熱儲能在現實世界中具有很大的潛力。 在此列表中的方法中，熱存儲以很大的差距列為最便宜的。 儲氫 氫是一種化學能源資源，但它在存儲大量可再生能源方面比電池多了許多優勢。電池成本高，對環境影響大；氫氣是一種簡單的氣體，可儲存在傳統儲罐，或于壓縮空氣儲存方法所使用的同類型天然洞穴中。 透過電解生產氫氣很容易。唯一需要的是H20（水）和電。利用太陽能或風電場的電力，電解將H2O轉化為氫氣和氧氣。氧氣可以排放到大氣中或被收集用于其他目的。氫氣則成為可燃燃料，為發電機供電。
電解過程幾乎不會造成環境危害或浪費。 （來源：維基百科） 當氫氣燃燒時，它與氧氣結合再次形成水。這意味著對環境幾乎沒有危害，并且電解過程中使用的水不會被浪費。 儲氫的效率甚至比熱儲能低為18-46%。而且即使是儲存在天然洞穴中，成本也相當昂貴。氫的主要優勢是，它是一種可燃燃料，表示它對今日已經在使用的許多機器來說都是很實用的。 向前邁進 這些儲能的方法顯示了可再生能源的主要挑戰–儲存，是可以克服的。隨著世界逐漸淘汰化石燃料，這些存儲技術將變得普遍，并成為電網的必要組成部分。 Energy storage comparison
本文介紹的儲能方法比較。 （來源：安富利） 雖然其中一些方法尚未得到大規模的證明，但它們都以當今堅實的科學以及容易取得的設備為基礎所產生。 然而，其中一種方法在今日已被廣泛使用。抽水儲能系統在 19 世紀后期首次使用，根據美國能源效率和可再生能源辦公室的數據，如今已占「美國所有公用事業規模儲能的93%」。 其他方法可能尚未廣泛使用，但每種方法都有其用途，可在抽水儲能不實用的情況下，填補其不足。 |
