世界上最大的电池，是用水做的

人类最早使用的电池――伏打电池，就是用电解液将不同的金属串联起来，通过电化学反应产生电动势。这种电池使用过程中，必须有液态的电解液才能让电池稳定提供电动势，这类设备也因此得名 " 电池 "。后来为了方便使用，电解液被制成糊状，电池就变成了干电池。尽管现有的多数电池中并没有一个 " 水池 "，但电池这种叫法仍然约定俗成地流传了下来。



伏打电堆，早期电池中的确含有液态电解液 图片来源：Wikipedia而现在，随着我们的能源结构快速向新能源转型，电网对电能储存的要求快速提升，我们需要给电网专用的电池。抽水蓄能电站就是多种电网储能技术中储能规模最大，较为成熟的一种。经过两个多世纪的发展后，电网使用的电池似乎又回归了它字面的意思――一个储存电能的水池。
真正的电池
随着新能源的快速推进，光伏和风力发电不稳定的特性让发电侧也出现了较大的储能需求，抽水蓄能电站的建设也逐渐提速。就在上个月，河北丰宁抽水蓄能电站上水库顺利下闸蓄水，很快就能投入使用。届时，它将以 360 万千瓦的装机容量取代 300 万千瓦的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站（Bath County Pumped Storage Station），成为世界上最大的抽水蓄能电站，同时可以说是世界上最大的 " 电池 "。
以丰宁抽水蓄能电站为例，它拥有上下两个水库，上水库库容为 5800 万立方米，下水库库容为 6070 万立方米，落差 425 米。大多数抽水蓄能电站的综合效率能达到 75% 以上。以该电站为例，经过计算可知，上水库中每千克水平均储存了 0.0009 度电。虽然只有蓄电池每千克 0.04 度的 1/50 左右，但水库依然可以凭借庞大的储能规模碾压了传统的蓄电池。去年全年中国生产的蓄电池总容量 2.2 亿度，而当丰宁抽水蓄能电站上水库蓄满水时，蕴含的能量相当于 5000 万度电。仅一个水库，就接近去年全年生产蓄电池总容量的 1/4，它年发电量能达到 66.12 亿度，相当于节约标准煤 48.08 万吨。



丰宁抽水蓄能电站上水库大坝 图片来源：新华社抽水蓄能电站的整体结构和水电站类似，只是多了一条从下水库向上水库输水的管道和相应的水泵系统。因此，它的寿命和成本都和传统水电站看齐。水电长期以来就是主要的发电形式之一，发电成本早已经受住了考验。而规范水电的寿命往往也都很长――中国第一座水电站石龙坝水电站于 1912 年建成发电，至今还在使用。



抽水蓄能电站原理图。用电低谷时，电站用升降器将水从下池水库抽到上池水库；用电高峰时，将水从上池水库放到下池水库中发电 图片来源：Wikipedia抽水蓄能电站以往仅存在于大城市周围，用于平衡大城市日夜用电的巨大差异，数量较少。未来，随着建设的提速，抽水蓄能电站可能越来越被我们所熟知。目前我国在运抽水蓄能电站装机规模 3179 万千瓦，在建规模 5463 万千瓦，预期到 2025 年，在运装机总规模将达到 6200 万千瓦；到 2030 年，将达到 1 亿千瓦至 1.2 亿千瓦。
从 " 电塔 " 到 " 电轮 "
电网专用的电池并不止抽水蓄能电站一种。随着新能源的发展，各种形式的储能设备也不断涌现出来，包括利用重力储电的 " 电塔 "，用压缩气体储能的 " 电气 "，还有用高速飞轮储能的 " 电轮 " 等等。
电力中，" 塔 " 往往用于输电，但是储电也能用到塔状结构。在英国爱丁堡，一口四层楼高的竖井被改造成了重力电池。该设备可以用电网电力将 50 吨的配重慢慢抬起，而在外部需要电力时，它能将配重块慢慢放下稳定输出能源。这项技术并不成熟，但它相比于抽水蓄能电站的优势在于：后者对地形有较高的要求，而这种 " 电塔 " 则有望灵活部署，对地形并无太大要求。



抽水蓄能电站对地形要求较高 图片来源：Wikipedia如果用压缩气体储存电能，则又产生了 " 电气 "。压缩空气储能技术能在用电低谷时将空气压缩到储气室中，将电能转化为空气的内能；在用电高峰，再将高压气体释放出来发电。这种技术储能规模仅次于抽水蓄能电站，而响应时间则比抽水蓄能电站更快。
还有用轮盘储存电能的 " 电轮 "。飞轮储能技术可以将电能以飞轮转动动能的形式储存起来。和其他储能系统相比，飞轮储能技术储能规模很小，但是响应很快，其用途更倾向于改善电源品质。除此之外，还有很多种不同的电网储能技术。



飞轮储能技术示意图 图片来源：Wikipedia那电池怎么办？
电网中当然也存在直接用电池储能的电站，但相对而言成本较高，电池报废后造成环保问题也不容忽视。随着电动汽车的快速推广，动力电池的产能也在近几年飙升，动力电池的回收是一个巨大的问题。自然，电池的梯次利用被提上了日程。
" 玩具车用完后，遥控器还能接着用。" 这就是一种电池的梯次利用形式。在电动车动力电池衰减到报废程度后，虽然不满足动力电池标准，但仍然有机会让储能电站来使用。但理想很丰满，现实却又那么骨感。电池本身是含能材料，如果没有合适的安全管理措施，污染、起火甚至爆炸的风险都时刻存在。就在前天，国家能源局发出征求意见稿，指出在电池一致性管理技术取得关键突破、动力电池性能监测与评价体系健全前，原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目。
所以当前，对电网储能的需求而言，反而是抽水蓄能电站这种 " 电池 " 更加可靠。从 18 世纪末现代电池被发明以来，人类兜兜转转又反了回来，电池又变得 " 名副其实 "。只不过经过两个多世纪的发展，池子中从重污染的电解液变成了清澈的水，人类也渐渐学会如何与自然和谐共生。

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