使用金屬鋁代替燃煤/燃?xì)?燃油作為發(fā)電用的燃料，其優(yōu)點(diǎn)之多超乎想象。
首先，鋁(片/塊/棒)是絕佳的儲(chǔ)能方式，其能量密度高(1立方米=2.7噸，理論儲(chǔ)能≈22400千瓦時(shí))，運(yùn)輸方便，安全性好(防火、防爆、防水、防雷擊)，存儲(chǔ)成本低(露天堆放即可)，長(zhǎng)期存儲(chǔ)(十年以上)近乎零損耗。總之，你能想到的各種儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，都匯聚在鋁塊儲(chǔ)能之中。
其次，鋁-空氣電池發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)包括且不限于，①化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，其轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于火力發(fā)電(特別是當(dāng)機(jī)組的裝機(jī)容量比較小時(shí))，②發(fā)電過(guò)程零碳排放，③除氧氣和水外，理論上無(wú)其它物質(zhì)消耗，④理論上污染氣體零排放，⑤起火-爆炸之可能性極其低微。
最后，在鋁-空氣電池體系中，消耗鋁燃料對(duì)應(yīng)的唯一排放物是氧化鋁，不僅很容易回收，更重要的是，它本身就是生產(chǎn)鋁的原料，換句話說(shuō)，在鋁燃料發(fā)電體系中，鋁是可完全再生的，而且理論上是零損耗的。
我們下面探討“零碳-鋁循環(huán)”的新能源技術(shù)路線：
(1)在西北太陽(yáng)能豐富的荒漠地帶建設(shè)足夠的超級(jí)光伏發(fā)電廠，其所發(fā)電力就地提供給緊鄰建設(shè)的超級(jí)電解鋁廠。
(2)全國(guó)各地的用電(部分-大部-全部)來(lái)自當(dāng)?shù)氐慕饘偃剂习l(fā)電廠，其排放物氧化鋁收集之后→通過(guò)物流(陸路，海運(yùn))運(yùn)輸?shù)竭_(dá)超級(jí)電解鋁廠→氧化鋁電解再生重新變成鋁塊→又運(yùn)回各地的金屬燃料發(fā)電廠 ......這是一個(gè)可以無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，整個(gè)循環(huán)中唯一消耗的是超級(jí)光伏發(fā)電廠所生產(chǎn)的光伏電力。
顯然，步驟(1)和(2)的本質(zhì)是用“鋁”作為載體，來(lái)完成偏遠(yuǎn)荒漠的光伏電力“搬運(yùn)-存儲(chǔ)”過(guò)程，這個(gè)新技術(shù)路線似乎應(yīng)該命名為“光伏-鋁循環(huán)”，但是考慮到除了光伏電站以往，水電/風(fēng)電等清潔能源都可以作為超級(jí)電解鋁廠的電源，所以將這條新技術(shù)路線命名為“零碳-鋁循環(huán)”。
“零碳-鋁循環(huán)”對(duì)比目前已經(jīng)部署和研發(fā)中的各種“光伏+儲(chǔ)能”技術(shù)路線具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，現(xiàn)有技術(shù)下，大規(guī)模光伏發(fā)電的長(zhǎng)距離/超長(zhǎng)距離輸送到用戶是一個(gè)難題，特別是如果跨越高山大海，更是成本高昂難以承受。而在“零碳-鋁循環(huán)”背景下，這個(gè)難題被轉(zhuǎn)換成了“xx噸鋁棒，xx車(chē)皮氧化鋁粉末這樣的物流問(wèn)題。如果放大到全球尺度，澳大利亞沙漠的光伏電力輸送到加拿大北極圈的用戶，也就變成了貨輪+卡車(chē)的普通貨運(yùn)。
其次，對(duì)電力用戶來(lái)說(shuō)，“金屬燃料發(fā)電廠”供電是連續(xù)而且穩(wěn)定的。“超級(jí)光伏發(fā)電廠”發(fā)電的不穩(wěn)定性(白天/黑夜;冬季/夏季)對(duì)其用戶“超級(jí)電解鋁廠”來(lái)說(shuō)，只是來(lái)電多時(shí)多生產(chǎn);來(lái)電少時(shí)減產(chǎn)/保溫/停產(chǎn)這樣的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)整原料(氧化鋁粉末)和產(chǎn)品(鋁塊)倉(cāng)儲(chǔ)容量來(lái)解決。
最后而且最重要的是，“零碳-鋁循環(huán)”技術(shù)路線具有大規(guī)模(甚至完全)替代碳，碳-氫能源(煤/油/氣)的自然資源儲(chǔ)備和相關(guān)主要技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)(光伏/電解鋁)。
我們下面做一個(gè)非常粗略的估算，假設(shè)在“零碳-鋁循環(huán)”框架下，全國(guó)每年消耗50億噸鋁燃料(存量金屬鋁10億噸，每年循環(huán)5次)以電解鋁每kg耗電12kwh估算，對(duì)超級(jí)光伏發(fā)電廠的要求是年供電滿足50億噸鋁電解一共需要消耗(60萬(wàn)億度?)，光伏行業(yè)的朋友來(lái)驗(yàn)算并估計(jì)一下，需要多少萬(wàn)平方公里采光面積，并且這可能嗎?
全球氣候快速災(zāi)變的嚴(yán)峻趨勢(shì)對(duì)各國(guó)“碳達(dá)峰/碳中和”提出了急迫需求，盤(pán)點(diǎn)各國(guó)現(xiàn)有/開(kāi)發(fā)中的綠色能源技術(shù)，能夠“快速拿出來(lái)+大規(guī)模用起來(lái)”的新技術(shù)路線并不多。本文所涉的金屬-空氣電池(鋁-空氣電池)技術(shù)目前也還很不完善，由成千上萬(wàn)個(gè)電池單元組成的“金屬燃料發(fā)電廠”甚至僅僅是概念階段。(下次專門(mén)撰文分析討論金屬-空氣電池)。作者推測(cè)，如果困擾金屬空氣電池的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題得到突破，金屬燃料發(fā)電廠的進(jìn)展將是迅捷的，而這條技術(shù)路線所蘊(yùn)藏的潛力也將是難以估量的。
