【文章】长时电网储能电池.pdf

null 第 nullnull卷 null 第 null期 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 年 “全球十大突破性技术 ”解读 nullnullnull null null 成大流行的高风险株做到有效的先期预警尤为重 要 。早期新冠病毒变异的功能选择主要表现为传播 力 、受体结合能力以及病毒复制能力的增强 。但是 ， 在奥密克戎变异株高传播力的背景下 ，突破性感染 不停发生 ，感染人群比例不断升高 ，病毒多样性持续 扩大 ，免疫逃逸已经成为新冠病毒变异的主要驱动 力 。因此 ，如何在疫苗接种和突破感染形成的复杂 免疫选择压力下 ，预测新冠病毒变异趋势和流行动 态将会是一个充满挑战但又亟需解决的重要科学问 题 。 nullnullnullnullnullnull 已经收录了超过 nullnullnullnullnull 万条新冠病毒 全基因组序列及部分样本的采集信息 ，基因组序列 的超复杂性也为监测和分析新冠病毒演化趋势提出 了巨大挑战 。开展病原学 、免疫学 、结构生物学 、群 体遗传学 、分子演化以及计算生物学等多学科的合 作 ，结合人工智能和机器学习等新兴技术可能是解 决这一问题的有效途径 。 图 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 病毒是地球上被测序最多的生物体 ， 极大地增强了全球对此类病毒的变异追踪与预警能力 （图片来源 ： nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull官网 ） nullnull 长时电网储能电池 （ nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull ） nullnullnullnullnullnull 年 null 月 ，可再生能源打破了加利福尼亚州 主电网的纪录 ，提供的电力足以满足 nullnullnullnullnull 的需 求 ，这一时刻被誉为低碳化道路上的一个里程碑 。 我们使用的可再生能源比以往任何时候都多 。然 而 ，可再生能源带来的波动式电力需用一种廉价且 长时 （数小时甚至数天 ）的储能电池保存 ，以备日后 使用 。新型的铁基电池有望胜任这一任务 。总部 位于俄勒冈州的 nullnullnull 公司 ，其电池可实现 null 至 nullnull 小时的储能 ，并在 nullnullnullnull 年推出了其第一个电网规 模的项目 。总部位于马萨诸塞州的 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 公司称其电池可储存电能长达 nullnullnull 小时 ，他们在 nullnullnullnull 年筹集了 nullnull 亿美元 ，将在明尼苏达州安装一 null 兆瓦级别的储能工厂 ，预计 nullnullnullnull 年完成 。这两家 公司都选择使用铁基电池 ，而铁是地球上最丰富的 材料之一 。这意味着他们的产品最终可能比锂离 子电池和钒系液流电池等其他储能电池更便宜 。 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 公司表示 ，其电池最终的成本可能仅 为 nullnull 美元 ／千瓦时 ，甚至低于未来几十年对锂离子 电池成本的乐观预测 。但铁基电池也存在一些技 术挑战 ，如它们的效率通常较低 ，这意味着投入其 中的相当一部分能量无法被回收 ；此外 ，副反应也 会随着时间的推移而使电池退化 。但如果铁基电 池能以足够低的成本被广泛安装使用 ，便可以为更 多人提供来自可再生能源的电能 。 null 专家点评 ： 张新波 null 研究员 ，中国科学院长春应用化 学研究所稀土资源利用国家重点实验室 主任 ，国家杰出青年科学基金获得者 。致 力于能源存储与转化研究 ，目前主要聚焦 于金属 —空气电池 、新型离子电池与能源 电催化方面的关键材料设计和高性能器 件研制 ，开发了具有完全自主知识产权的 锂空气电池器件 。在 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 、 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull等国际权威期刊上发表论文 nullnullnull余篇 ，主编 国际专著 null部 。授权发明专利 nullnull件 。nullnullnullnull年获吉林省自然 科学奖一等奖 。 未来在以可再生能源为主体的新型电力系统 中 ，可再生能源的比例将超过 nullnullnull ，这必然会要求 储能设施具备十几个小时乃至几天的储能时长 ，以 满足吉瓦 （ nullnullnullnullnullnullnullnull ， nullnull ）级别的再生能源并网和 长时间削峰填谷的需求 。然而 ，在目前的储能电池 技术水平下 ，锂离子电池储能时长以 null 小时居多 ，部 分已经提升至 null 到 null 小时 ，但要达到 null 小时及以上 的储能时长则会面临成本与产品安全等方面的诸多 挑战 。因此 ，低成本 、长时储能电池的发展将成为电 力系统转型的关键 。 此次入选 nullnullnullnull 年 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull “全 球十大突破性技术 ”的水系铁基电池是基于廉价和 储量丰富的铁元素构筑的 ，其具有高安全性和环境 友好等特征 。其中 ，美国俄勒冈州 nullnullnull 公司的铁基 液流电池以氯化亚铁为正负极电解液 ，通过电解液 中铁离子的氧化还原实现电能的储存和释放 ，可实 现长达 nullnullnullnullnullnull 次的稳定循环 。此外 ，该液流电池的 储能活性物质与电极完全分开 ，功率和容量设计互 相独立 ，便于模块组合设计和电池结构放置 ，其电网 规模的储能模块可以实现 null 至 nullnull 小时的能量储存 。 DOI:10.16262/j.cnki.1000-8217.2022.03.024 null nullnullnullnullnull 中 null 国 null 科 null 学 null 基 null 金 nullnullnullnull年 不同于液流电池 ， nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 公司的铁 —空气电 池是一种静态电池 ，其基本原理是基于铁的可逆氧 化 （生锈 ），可持续多达 nullnullnullnullnullnull 次的循环 。相比于铁 基液流电池 ，铁 —空气电池的储能容量更大 ，其可储 存电能长达 nullnullnull 小时 （约可为电网提供超过 null 天的 电力 ），这种电池将使具有成本效益的 “多日储能 ”成 为可能 。上述两种铁基电池在大规模储能方面均具 有明显的优势 ：超长循环寿命 、高安全稳定性 、可扩 展性 、低成本和绿色环保 ，可平衡可再生能源发电的 波动式变化 ，实现低碳长时电网储能 。 铁基长时电网储能电池的发展 ，可以弥补锂离 子电池的一些不足 ，以科技创新的方式将电力系统 从化石燃料发电转变为可再生能源发电 ，有利于在 全球范围内减少碳排放 ，实现低碳电网碳的发展和 碳中和的终极目标 。然而 ，除了长时电网储能电池 外 ，还有一些其他可以提供稳定电力服务的能源组 合 （核能 、化石能源 null 碳捕捉与封存技术 、氢能等 ）与 之竞争 ，这些技术未来的发展 ，也会在一定程度上左 右长时储能电池在电网中的占比 。此外 ，与其他储 能技术的发展一样 ，长时储能电池从研发 、示范 、落 地到规模化 ，一路上必将面临产能 、供应链 、建设 、运 营等多方面的挑战 ，必须严格控制每一环的风险 ，才 能实现既定的成本目标 。 我国的长时电网储能技术以全钒液流电池为 主 ，其已经过十多年的示范考核 ，并且其大规模储能 的工程效果已得到了充分的验证 ，产业配套成熟 ，可 支撑起百兆瓦级储能项目的设计与开发 。此外 ，全 钒液流电池系统的单瓦时成本已可控制在 nullnullnull 元 的水平 ，具备了商业化应用的条件 。 nullnullnullnull 年以来 ， 我国液流电池的装机量呈现爆发式增长 。其中 ， nullnullnullnull 年规划的液流电池装机量超过 nullnullnull ，容量超 过 nullnullnullnullnull 。与此同时 ，单个项目的规模也在不断提 升 ，如 nullnullnullnullnull ／ nullnullnullnullnullnull 的全钒液流电池示范项 目 。整体而言 ，我国液流电池的产业研究和技术工 艺处于国际领先水平 ，特别是国内液流电池的龙头 企业 ，大连融科在海外市场的拓展也在如火如荼地 进行 。然而 ，全钒液流电池的低能量密度和钒高昂 的价格 ，需要我们开发更具价格和能量密度优势的 新型长时电网储能技术 。 储能作为 “双碳 ”背景下构建低碳电网的关键组 成部分 ，跨天 、跨月乃至跨季节的长时电网储能系统 的发展迫在眉睫 。目前长时储能技术仍处于百家争 鸣的中早期研发示范阶段 ，孰胜孰劣尚未揭晓 。电 化学储能由于动力电池产业的推动 ，不受地理环境 的制约 ，暂时处于比较有利的竞争地位 。未来电网 储能系统的发展需要以模型数据开源 、学术产业结 合等方式集思广益 ，甄选出最具经济可靠性的电源 储能配置方案 ，形成多能互补的 ，新能源 null 储能的电 力系统 ，为实现 “双碳 ”目标提供强有力的支撑 。 图 null null 廉价 、储能持久的铁基电池有望分摊可再生 能源的供应压力 ，并扩大清洁能源的使用范围 （图片来源 ： nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull官网 ） nullnullnullnull 蛋白质折叠 （ nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull ） nullnull 作为生命体最重要的功能载体之一 ，蛋白质在 众多生命活动中发挥着关键的作用 。蛋白质在行 使功能时往往需要折叠成特定的三维结构 ，因此对 蛋白质结构的测定和解析不仅能帮助人们在分子 层面上理解大多数生命活动的机理 ，而且可以有效 辅助基于结构的药物开发以及相关疾病的诊治 。 目前通过实验手段解析蛋白质结构费时费力 ，远远 无法满足现实需求 。 nullnullnullnull 年底 ，谷歌重组后的 “伞 形公司 ” nullnullnullnullnullnullnullnull 旗下名为 nullnullnullnullnullnullnullnull 的人工智能 实验室采用多种深度学习技术 ，开发出了一款名为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 的软件 ，能根据蛋白质的氨基酸序列 准确预测其三维结构 。该软件使用一种称为深度 学习的人工智能技术 ，可以预测蛋白质的形状 ，甚 至精确到原子 。由于大多数蛋白质的氨基酸序列 已知 ，该软件可以在数个小时内提供目标蛋白质原 子分辨率的结构信息 ，而且其预测的结构模型准确 度很高 ，在很多蛋白上可以与实验解析的真实结果 媲美 。世界各地的科学团队已经开始使用它来研 究癌症 、抗生素抗性和新冠病毒 。 nullnullnullnull 年 ，该技术 被 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull 评选为 “全球十大突 破技术 ”之一 。 null