位于美國加利福尼亞州環(huán)球影城的過山車，名叫“不可思議的大笨船”，它曾經(jīng)被美國民眾評選為“第一過山車”，特點(diǎn)是全速啟動，強(qiáng)大的牽引電動機(jī)把過山車沿著軌道向上拋出，加速上坡，而不是典型的在重力下落時加速。為了實(shí)現(xiàn)這一效果，設(shè)計者使用了飛輪儲能技術(shù)。如果沒有數(shù)個大飛輪儲存能量，環(huán)球影城就必須為過山車建造一座新的變電站，而且它每次啟動都要冒著造成當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電壓不足的風(fēng)險。飛輪儲能技術(shù)的應(yīng)用，成功解決了設(shè)計者們面臨的難題。
飛輪儲能系統(tǒng)具備與電池相當(dāng)?shù)拇鎯δ芰透斓姆烹娐剩梢援a(chǎn)生大功率脈沖，而只使用一個小電機(jī)就可以在脈沖間隙給飛輪加速，因此避免了在過山車爬坡時從公共電網(wǎng)中汲取大量電力所造成的、難以被接受的后果。
這只是儲能技術(shù)應(yīng)用的一個很小的實(shí)例。目前，包括飛輪儲能在內(nèi)的諸多儲能技術(shù)處于快速發(fā)展期，不斷取得技術(shù)突破與應(yīng)用示范。
抽水蓄能電站與壓縮空氣儲能設(shè)備正在被整合進(jìn)入可再生能源生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，以鋰離子電池為動力的汽車在全球各大城市開始普及，新型儲能材料與技術(shù)陸續(xù)從實(shí)驗(yàn)室邁入試點(diǎn)工程?？梢哉f，儲能技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用時代即將到來。
綠色工業(yè)革命助手
這種蓬勃形勢的觸發(fā)因素，一方面如文章開頭描述的場景那樣，實(shí)現(xiàn)電力的優(yōu)化配置，另一方面，也是更重要的一點(diǎn)，就是綠色工業(yè)革命在世界范圍內(nèi)受到認(rèn)可與實(shí)踐。
所謂綠色工業(yè)革命，核心內(nèi)容是有關(guān)可再生能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、輸送和消費(fèi)。最初，可再生能源系統(tǒng)主要是風(fēng)力發(fā)電場和太陽能集中發(fā)電系統(tǒng)，一般建在距離買家和最終用戶很遠(yuǎn)的地方，但是這些可再生能源具有波動性、間歇性與不可預(yù)測性，直接接入電網(wǎng)會不可避免地對其造成沖擊。為了平滑電力輸出，就產(chǎn)生了對能量存儲技術(shù)和系統(tǒng)整合技術(shù)的需求。
而伴隨綠色工業(yè)革命的進(jìn)一步發(fā)展，分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，它能夠以社區(qū)規(guī)模、小城鎮(zhèn)規(guī)模、個人設(shè)施規(guī)模甚至是微型規(guī)模來進(jìn)行能量生產(chǎn)，越來越多的太陽能電池板被安裝在屋頂上，小型風(fēng)機(jī)甚至成為了建筑設(shè)計的一部分。依托分布式發(fā)電技術(shù)，在未來，一個單獨(dú)的家庭就有可能實(shí)現(xiàn)能源的自給自足，在這種情境中，儲能將發(fā)揮更大的作用。因?yàn)樘柌豢赡芤惶?4小時都在，風(fēng)也不是一直在吹，為了能夠在沒有電力生產(chǎn)的時候繼續(xù)使用可再生能源，就需要利用能量存儲與反哺技術(shù)。
因此，無論是在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還是在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)，儲能技術(shù)的重要性越來越強(qiáng)。
貧困地區(qū)供電福音
可再生能源發(fā)電技術(shù)與儲能技術(shù)，推動著全球經(jīng)濟(jì)向低碳、可持續(xù)方向發(fā)展，讓《巴黎協(xié)定》從紙面落實(shí)到行動成為了可能。與此同時，我們有必要進(jìn)一步拓寬視角，來考察綠色工業(yè)革命給全人類進(jìn)步帶來的新的可能性。
在第二次工業(yè)革命時代，人類社會取得了巨大進(jìn)步，但是并沒有惠及到每一個人。來自世界銀行的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球仍有約1/7的人口過著沒有電的生活，其中的 70%～80%生活在像肯尼亞這樣缺乏電力的國家和地區(qū)。綠色工業(yè)革命與儲能技術(shù)的發(fā)展，給世界發(fā)達(dá)地區(qū)帶來的利益或許還要等待慢慢顯現(xiàn)，但是，它們給貧困地區(qū)的窮人帶來的便利卻是立竿見影的。
如今，在世界上那些沒有電網(wǎng)的鄉(xiāng)村地區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)，日趨可靠和廉價的自給自足型太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)被用來為一個家庭或者一個村莊提供電力，這些微小的、清潔的能量中心幫助當(dāng)?shù)厝斯?jié)省了在蠟燭、煤油上的開支，同時讓他們避免遭受化石燃料燃燒時排放的粉塵的侵?jǐn)_。更為重要的是，這些能源都是可持續(xù)的，不會受到能源供給減少、開采困難、價格浮動或政治動亂等一些負(fù)面因素的干擾，可以長期為貧困地區(qū)的人們提供電力供應(yīng)。
因?yàn)榫G色工業(yè)革命的出現(xiàn)，人類正在開啟一個歷史上從未有過的、面向人類全體的歷史性變革，而且它的勢頭正在壯大。不過，我們需要更進(jìn)一步。以現(xiàn)有設(shè)備的能源轉(zhuǎn)化效率和儲能效率，在可接受的價格范圍內(nèi)，小型發(fā)電系統(tǒng)足以為貧困地區(qū)的家庭提供照明，或者負(fù)擔(dān)小型家用電器，但仍舊不能滿足大功率電器的用電需求，更先進(jìn)、更廉價的電力供應(yīng)系統(tǒng)尚待出現(xiàn)。
可喜的是，目前全球越來越多的公司與科學(xué)家們投入到了更高效率的能源轉(zhuǎn)化組件、更先進(jìn)的能源儲存設(shè)備、更優(yōu)化的調(diào)度整合系統(tǒng)的研發(fā)與生產(chǎn)中，綠色工業(yè)革命正在以越來越快的速度在全世界鋪陳開來。
(作者系本刊編委、諾貝爾和平獎共同獲得者、政府間氣候變化專門委員會特約科學(xué)家)
