众所周知，抽水蓄能是一种难以建设和部署的储能设施。但是，随着电网中采用越来越多可再生能源的电力，储能行业将更加关注抽水蓄能的新技术和新地点。而在美国，至少有32家公用事业公司的目标是到2050年实现无碳排放或实现净零排放。
　　
　　能源开发商Daybreak Power公司首席执行官Jim Day表示，在美国内政府部下属的复垦局（BOR）发布的一份研究报告中，列出了美国数十个可能适用于抽水蓄能项目的地点。
　　
　　致力开发抽水蓄能项目的DaybreakPower公司在美国选择了两个建设地点：一个接近亚利桑那州的胡佛水坝，另一个位于犹他州和亚利桑那州边界的鲍威尔湖附近。2018年，该公司在第一个项目所在地政府提交了建设装机容量为1,540MW抽水蓄能项目的初步许可申请，第二年又提交了建设装机容量为2,210MW的纳瓦霍蓄能电站的许可申请。
　　
　　在Daybreak Power公司提交申请时，Jim Day刚入职该公司不久，他之前曾在美国驻华沙大使馆工作，负责气候谈判和能源问题。但是他坚信，向无碳发电的转变完全取决于提供足够的储能容量。当分析哪些储能技术能够以经济有效的方式提供大量储能容量时，他选择了抽水蓄能。他表示，抽水蓄能设施可以每天多次循环使用，可以提供长达10个小时持续放电时间。
　　
　　Day说：“虽然部署的太阳能发电设施和风力发电设施越来越多，但是当太阳落山或风力不足时，就会面临供电不足的情况。而美国现有的抽水蓄能设施通常都是几十年前建造的，因为当时对于储能容量没那么在的需求，但是现在有了大量需求，在未来几年中将会越来越多。”
　　
　　截至2018年，抽水蓄能储能容量约占美国商业储能容量的95％，全国的装机容量约为21.6GW。传统上，抽水蓄能设施通过两个位于不同高度的水库，将通过可再生能源的电力将下游水库中的水泵送到上游水库，然后在需要发电时，将水从上游水库释放到下游水库中，并驱动涡轮机发电。但是专家指出，要找到合适的抽水蓄能电站的位置是非常困难的，这些水电站工程规模巨大，并通常依赖于山区等特定的地理位置，而且许可和开发时间可能长达10年以上。
　　
　　美国能源信息署电力统计和产品创新团队负责人Glenn McGrath说：“如今很难找到合适的建设抽水蓄能设施的建设地点，并且存在一些生态环境问题。”
　　
　　美国国家水电协会在2017年发布了一份白皮书，探讨开发新的抽水蓄能相关的挑战和机遇，并指出过去的抽水蓄能项目通常要求在主干河道上建设施水坝，这可能会影响当地的生态环境。根据这份白皮书，在不与河流系统相连的地方建造“闭环”项目可以减少这些担忧。
　　
　　近年来，一些能源开发商似乎对抽水蓄能技术有了新的兴趣。根据美国能源部2018年进行的一项分析报告，根据可再生能源发电量增长的模型，到本世纪中叶，美国水电设施的装机容量可能从2015年的101GW增长到近150GW，其中新增抽水蓄能容量为36GW，因此，抽水蓄能设施具有内在灵活性及其提供所需运行和储备和其他重要电网可靠性服务的能力。
　　
　　美国一些州的监管机构也在关注建设抽水蓄能设施的可能性。今年早些时候，加利福尼亚公用事业委员会概述了一个最佳的投资组合，以使该州的电力部门到2030年达到累计减排4600万吨的目标，其中包括积极部署可再生能源发电设施和储能设施，包括到2026年建设装机容量大约1GW的抽水蓄能设施或类似的长时储能系统。
　　
　　Day承认：“我们都知道建设新的抽水蓄能设施面临着各种各样的挑战，但却是可行的。一些能源开发商一直在许可、选址、定位和融资以及建设大型基础设施项目不懈努力。而我认为，只是简单地将建设抽水蓄能设施视为做不到的事是愚蠢的。”
　　
　　Day表示，需要建立使抽水蓄能设施在经济和生态上具有吸引力的机制。DaybreakPower公司目前着眼于建设两个或三个抽水蓄能设施，这些抽水蓄能设施具有开发潜力，该公司最终目标是在未来五年内建设8至10个抽水蓄能设施。
　　
　　该公司正在开发NextGeneration和Navajo这两个抽水蓄能项目，并着眼在加利福尼亚、亚利桑那州和内华达州的市场进行部署。加利福尼亚州和内华达州的能源目标分别是到2045年和2050年建立无碳电网。而亚利桑那州最大的电力供应商亚利桑那公共服务公司也希望在本世纪中叶之前提供100％的无碳电力。Day指出，这些州目前正在积极部署电池储能项目。但他认为，从现在到2030年，以较低价格获得更大储能容量的需求将越来越受到关注，从而推动建设抽水蓄能设施的需求。
　　
　　与此同时，该公司正在等待这些项目的初步许可，这是一个漫长的审批流程，可能会在两年的时间内提交意向书以申请许可证，这意味着该公司实际上在四到五年内可以得到美国联邦能源监管委员会的许可。他指出，与此同时，Daybreak Power公司将在美国内政部的复垦局（BOR）办理许可手续尽管Navajo项目将需要美国联邦能源监管委员会许可证和美国内政部的复垦局（BOR）的电力租约，但NextGeneration项目完全属于美国内政部的复垦局（BOR）的管辖范围。
　　
　　Daybreak Power公司计划建设这两个项目的一个原因是它们接近输电设施，Next Generation项目设施仅需要建设一条12英里的输电线路即可连接到为加利福尼亚州和西南地区提供服务的电力枢纽，而Navajo项目将使用现已关闭的燃煤发电厂的现有电力线路。他补充说，建设抽水蓄能项目确实成本高昂，特别是在建造水库和发电站方面，但一旦使用距离更长的输电线路，成本就会开始大幅上升。
　　
　　Day表示，尽管成本高昂，但抽水蓄能设施由于使用寿命长而具有成本优势，并且能够提供数十年的储能容量。他说，尽管希望某些新兴的储能技术能够在电网中发挥重要作用，但他说：“很多人了解抽水蓄能的工作原理。我认为，用某种完全未经验证的储能技术并不可行，抽水蓄能设施可以提供对整合可再生能源、减少温室气体排放以及避免气候变化灾难至关重要的储能容量。”
　　
　　可以更灵活地建设抽水蓄能设施
　　
　　调研机构WoodMackenzie公司储能部门负责人DanielFinn-Foley也认为，抽水蓄能在美国并没有得到重视。Finn-Foley说，如果有机会建设施更多的抽水蓄能设施，那么将成为目前正在使用的关键电网工具，因为它是一种可以存储大量能源的易于理解的长是储能技术。
　　
　　Finn-Foley表示，但在一定程度上，美国用于建设抽水蓄能项目的理想地点都已被利用。展望未来的二十年，电网将被视为房地产交易的一部分，因为一切都将围绕地理位置进行。但是，与可以满足变电站的特定位置的需求规模较小的分散式储能系统不同，抽水蓄能设施这样的大规模储能资产只能建设在某些地方，但在20年之后，当地理位置将成为重要制约因素时，其部署可能会限。
　　
　　Finn-Foley说，“开发商将继续寻找理想的地点建设抽水蓄能设施，但是最大的问题是，是否会有某种抽水蓄能的水电能够避开那些地理和位置问题？”
　　
　　Quidnet Energy公司正在开发避开这个问题的解决方案，该公司开发了一种利用地下岩层地质力学的抽水蓄能技术，消除了建设传统抽水蓄能设施带来的地理限制因素。
　　
　　这种抽水蓄能技术通常利用水池、深井以及地下岩层。可再生能源多余的电能用来抽取水池的抽水，泵入深井之后进入地下岩层，在那里保持着加压状态。当需要电力时，储存在地下岩层中的水驱动涡轮机来发电。该公司表示，这一过程是闭环的，在水驱动涡轮机之后，将回流到水池中，并且可以在装机容量为1MW到10MW的范围内进行部署，而不是传统抽水蓄能设施的数百兆瓦甚至千兆瓦以上。
　　
　　Quidnet公司首席执行官Joe Zhou指出，其最终结果是建设这种抽水蓄能设施比传统的抽水蓄能设施要灵活得多。
　　
　　他表示，建设这种抽水蓄能设施不需要在山脉和河流这样的地理条件，将大幅降低了建设成本。而且由于这一过程不涉及抽水蓄能那样的环境许可协议，因此该公司的建设时间为数月而不是5到10年的时间。
　　
　　Quidnet公司在今年6月宣布，已与纽约州能源研究与发展局（NYSERDA）签订合同，在该州部署一个2MW的抽水蓄能项目，以证明其技术的可行性。该公司当时表示，该设施抽水蓄能的储能时间为10小时，其建设成本将不到传统抽水蓄能设施的一半。
　　
　　纽约州能源研究与发展局（NYSERDA）创新副总裁JohnLochner表示，之所以被这种储能技术吸引有多种原因，其中包括可以利用本地和国内供应链，以及雇用当地劳动力，并且提供低成本长时储能容量。此外，这种技术来具有模块化和可扩展性的机会。
　　
　　Lochner指出，抽水蓄能设施目前在平衡电网方面起着重要作用，他希望随着电力系统采用更多间歇性可再生能源的电力，相信抽水蓄能设施将发挥越来越重要的作用。Lochner补充说，100％的清洁电网将需要在电网侧和用户侧使用各种持续时间和用例的储能资源，并且新型抽水蓄能设施和传统抽水蓄能设施都可以提供低成本解决方案的潜力。
　　
　　融资和市场挑战依然存在
　　
　　但是，抽水蓄能的部署面临的挑战不仅限于地理位置，例如找到愿意预先投入资金的投资者。Daybreak Power公司处理这一问题的方法是找到可以投入少量资金进行初始研究的投资者，并尽可能扩大其规模，然后获得开发和建所需的资金，最后获得美国联邦能源监管委员会和美国内政府部下属的复垦局（BOR）的许可。
　　
　　Day说，获得美国联邦能源监管委员会许可证将是建设该项目的一个重要里程碑，届时该公司希望与潜在的购买者或设施的未来所有者和运营商进行深入的讨论。
　　
　　他说：“我们正在尝试同时做所有这些事情。”
　　
　　Quidnet公司Joe Zhou认为，实施这项技术的公司面临两个主要挑战：从市场角度看待抽水蓄能的储能方式，以及确保企业在项目融资界扩大规模时与他们保持密切联系。
　　
　　他说：“我认为整个行业在实现储能价值方面或在让市场认识到储能系统的价值方面还有很多的工作要做。”
　　
　　Day说，“展望美国各州和公用事业公司所要实现的碳减排目标，我认为我们已经有了一个强大的工具箱，并且比大多数人认为的要大得多。我们知道储能系统可以在某些方面发挥作用，其中包括抽水蓄能设施和锂离子电池在内的储能系统。”
　　
　　Day预计，这些储能技术以及氢储能之类的新兴技术将为未来的高度可再生的电网提供重要支持。
　　
　　编译：Harris