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)，長期存儲(chǔ)(十年以上)近乎零損耗?？傊?，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)電過程零碳排放，③除氧氣和水外，理論上無其它物質(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，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)在西北太陽能豐富的荒漠地帶建設(shè)足夠的超級光伏發(fā)電廠，其所發(fā)電力就地提供給緊鄰建設(shè)的超級電解鋁廠。
(2)全國各地的用電(部分-大部-全部)來自當(dāng)?shù)氐慕饘偃剂习l(fā)電廠，其排放物氧化鋁收集之后→通過物流(陸路，海運(yùn))運(yùn)輸?shù)竭_(dá)超級電解鋁廠→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)可以無限循環(huán)的過程，整個(gè)循環(huán)中唯一消耗的是超級光伏發(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，來完成偏遠(yuǎn)荒漠的光伏電力“搬運(yùn)-存儲(chǔ)”過程，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)電的長距離/超長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車皮氧化鋁粉末這樣的物流問題。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+卡車的普通貨運(yùn)。
其次，對電力用戶來說，“金屬燃料發(fā)電廠”供電是連續(xù)而且穩(wěn)定的。“超級光伏發(fā)電廠”發(fā)電的不穩(wěn)定性(白天/黑夜;冬季/夏季)對其用戶“超級電解鋁廠”來說，只是來電多時(shí)多生產(chǎn);來電少時(shí)減產(chǎn)/保溫/停產(chǎn)這樣的生產(chǎn)調(diào)度問題，可以通過調(diào)整原料(氧化鋁粉末)和產(chǎn)品(鋁塊)倉儲(chǔ)容量來解決。
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，對超級光伏發(fā)電廠的要求是年供電滿足50億噸鋁電解一共需要消耗(60萬億度?)，光伏行業(yè)的朋友來驗(yàn)算并估計(jì)一下，需要多少萬平方公里采光面積，并且這可能嗎?
全球氣候快速災(zāi)變的嚴(yán)峻趨勢對各國“碳達(dá)峰/碳中和”提出了急迫需求，盤點(diǎn)各國現(xiàn)有/開發(fā)中的綠色能源技術(shù)，能夠“快速拿出來+大規(guī)模用起來”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。(下次專門撰文分析討論金屬-空氣電池)。作者推測，如果困擾金屬空氣電池的幾個(gè)關(guān)鍵問題得到突破，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。
