抽水蓄能正迎来复兴

英国能源存储公司RheEnergise的首席执行官兼联合创始人斯蒂芬·克罗舍表示：“这是一个相当需要亲自动手的过程。如果规模扩大，我们会实现自动化。”他强调，这种矿物基流体必须易于流动，“要让它非常易流动”。

这是因为在该公司位于普利茅斯市附近的一个瓷土矿的演示系统中，这种神秘液体现在可以沿着倾斜的管道从上部容器向下流动80米，到达下部容器。在此过程中，流体驱动涡轮机发电。在电网有多余能量时，将混合物抽回上部容器，整个系统就会重置。这是对一种古老的能源存储技术——抽水蓄能的新改进，目前该技术正经历复兴。

抽水蓄能技术最早出现于19世纪末。在随后的几十年里，包括美国和英国在内的国家建造了许多大型电站，但到20世纪90年代，建设热潮有所减弱。这项技术最初是为了配合化石燃料发电厂，利用它们产生的多余能量而设计的。但如今，电网运营商越来越重视抽水蓄能电站，将其视为能够调节高度可变的风能和太阳能资产的“主力军”。它们可以在几分钟内填补发电量缺口或吸收多余能量，并进行短期或长期存储。

目前，大量能源被浪费，因为在发电时无法消耗。以英国为例，仅今年一年，就因能源需求不足而关闭风力涡轮机，浪费了超过10亿英镑（约合13.2亿美元）。

抽水蓄能电站本可以帮助解决这个问题，但建造它们往往既昂贵又困难。RheEnergise的这种比水密度大的流体意味着该公司可以在更小的空间和更低的海拔高度储存更多的势能。例如，要用基于水的版本复制该公司500千瓦的演示系统，需要的液体体积是他们所用液体的两倍多，而且上部水库需要升高到200米，而不是80米。

历史上与抽水蓄能项目相关的巨大水库和高耸山脉可能不再是必需的。克罗舍说：“在英国这样的地方，我们认为传统抽水蓄能可能有20-25个可行地点，而对我们来说，有6500个。”如果RheEnergise能证明其技术按预期工作，全球可能有数十万个潜在地点适合该公司的技术。该公司告诉《连线》杂志，本周该系统首次发电。如果这些测试结果持续令人满意，到2028年可能会跟进一个10兆瓦的商业规模项目。

RheEnergise只是抽水蓄能技术不断发展的一个例子。国际水电协会（IHA，一个非营利会员组织）的高级能源政策经理丽贝卡·埃利斯说：“这是一个非常令人兴奋的时刻。”IHA估计，全球有600吉瓦的抽水蓄能项目正在筹备中。她补充说，2024年安装了8.4吉瓦。其中一个助力这一总数的项目是中国丰宁的3.6吉瓦抽水蓄能电站，就发电容量而言，它是世界上最大的此类设施。

日复一日，像这样的电站以巨大的规模和惊人的功率将水在山上山下输送。

在德国中部的戈尔迪斯塔尔，一个上部水库含有约1200万立方米的水（足以填满4800个奥林匹克游泳池），通过一座抽水蓄能电站与一个近1900万立方米的下部水库相连。它有两条800米长的压力管道（连接水库的倾斜管道），最大功率容量为1.06吉瓦。

“戈尔迪斯塔尔是我们最大的电站，”瓦滕法尔能源公司德国抽水蓄能舰队负责人勒内·库恩说。如果需要，该设施可以提供1.06吉瓦的电力，持续8到9小时。在短短90秒内，戈尔迪斯塔尔可以从静止状态切换到满负荷发电。每条压力管道的水流量为每秒100立方米。该电站可以在几分钟内在发电模式和抽水模式之间切换，这意味着它可以从向电网供应1.06吉瓦的能量转变为吸收同样多的能量。

在瓦滕法尔的中央控制室，人工操作员在算法的辅助下监控电网和市场，以判断他们的抽水蓄能电站应该发电还是抽水。库恩补充说，由于可再生能源的可变性，这些模式之间切换的频率随着时间的推移而增加。

然而，如果你能做出正确的响应，你可以赚很多钱。瓦滕法尔在其网站上将抽水蓄能描述为“高利润”。上个月发表的一篇论文估计了从现在到2050年西班牙可再生能源增长的影响。作者发现，随着电价逐渐下降、可变性增加以及总体电力进口需求减少，未来能源存储的利用率将提高12%，而将可再生能源与抽水蓄能相结合的系统的利润将上升。

能源系统弹射器（一个非营利研究和创新中心）的系统工程师罗西·马奇说：“原则上，抽水蓄能可以在世界上很多地方工作，世界上大多数国家都有适合的地理条件。”

马奇及其同事在10月发表的一份报告中，对11个国家在抽水蓄能和其他长期能源存储技术方面的适用性进行了评分。两个出了名的平坦国家——丹麦和荷兰得分较低。但其他国家都非常适合传统抽水蓄能，其中包括英国、澳大利亚和中国在内的一些国家非常适合高密度版本。评分部分基于每个国家部署该技术的准备程度和意愿，也基于市场条件。

但即使在该分析中，与包括高密度抽水蓄能、氢、氨、金属空气电池、压缩空气和非抽水蓄能重力存储在内的多种其他长期存储技术相比，传统抽水蓄能总体上似乎最具可部署性。

然而，如果你想进入抽水蓄能领域，首先必须建造基础设施。而以传统的大规模建造是很困难的。

在澳大利亚，一个名为“雪山2.0”的真正大型抽水蓄能项目目前正在建设中。它是对现有抽水蓄能系统的扩建，该系统利用澳大利亚南部雪山的湖泊。戈尔迪斯塔尔总共可以提供8.5吉瓦时的能量（其1.06吉瓦的容量最多可输送8.5小时），而“雪山2.0”建成后将提供惊人的350吉瓦时。

然而，“雪山2.0”一直受到延误和成本超支的困扰。该项目的工作包括建造总长27公里的巨大隧道。但一台用于挖掘隧道的隧道掘进机因遇到意外的软岩而被困了几个月，后来又再次被困。此外，该项目的负责公司雪山水电公司及其一些承包商因几起涉嫌的施工污染事件被罚款。新南威尔士州国家公园协会（NPA）2024年的一份报告称，其官员据称在2022年初至2023年中期观察到大约十几起环境合规失败事件。

2024年，针对NPA关于其所谓环境表现的报告，该公司表示：“雪山水电公司非常重视其环境合规义务，并致力于确保‘雪山2.0’项目的建设和运营符合所有适用法律和批准。”

“雪山2.0”目前定于2028年底完工。该项目由纳税人资助，其成本将远远超过最初估计的20亿澳元（约合12.9亿美元）。澳大利亚国立大学的安德鲁·布莱克斯表示，最终账单至少是最初估计的六倍，可能在150-180亿澳元左右。不过，他计算，即使按这个价格，“雪山2.0”在其预计的150年使用寿命内，每个澳大利亚人大约只需支付1澳分。

“如果你想要可靠的存储，你就需要抽水蓄能，”他说，并补充说，例如英国目前对抽水蓄能“不认真”，除非在苏格兰的尼斯湖建造一个500吉瓦时的系统。多家公司正竞相在那里安装新的抽水蓄能基础设施，尽管这些计划面临当地反对。

莫特·麦克唐纳工程咨询公司的全球水电业务负责人布莱恩·明希尼克说，抽水蓄能项目和其他大型基础设施项目有时会遇到建设难题，部分原因是在开始挖掘之前很难知道地下有什么。“我非常希望这种情况不会发生，”他说，“我们尽力而为。”规划各种情景会有所帮助，使用抽水蓄能项目的3D模型来详细规划建设也会有所帮助。例如，如果工人发现意外的硬岩或软岩，可以调整这些数字计划。

新机器也有所帮助。明希尼克补充说：“实际上，你可以得到有三个计算机控制的 drill 臂同时运行的钻机，以加快工作速度。”例如，在隧道掘进机不是首选工具的钻爆作业中，它们可以同时挖掘多个用于装填炸药的孔。

一些抽水蓄能项目的巨大规模是它们的关键优势之一。布莱克斯说，建造真正大型的抽水蓄能项目是一个国家在能源存储方面表明决心的方式。

但RheEnergise的克罗舍提出了另一个观点。虽然大规模的传统抽水蓄能有其存在的意义，但世界需要快速的气候解决方案。他的目标是提供一种更容易、更快部署的抽水蓄能版本。“如果你想要气候紧急情况和能源转型的解决方案，那么（传统）抽水蓄能会发挥部分作用，但它们太慢了，无法完成所有工作。”他说。