中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：經(jīng)過幾年的沉淀，重力儲(chǔ)能逐漸向靈活發(fā)展，場景運(yùn)用更趨多元化，衍生的“名詞”也是奇絕冠眾生。
重力儲(chǔ)能之“搬磚儲(chǔ)能”
一臺(tái)70米的起重機(jī)在無垠的沙漠中矗立，6條機(jī)械吊臂懸掛著約30噸的磚頭，由高到低緩緩落下，磚塊由礦山尾料、燃煤灰渣等廢棄物組成。這是位于瑞士Arbedo-Castione市的第一個(gè)重力儲(chǔ)能原型，系Energy Valut公司的偉大創(chuàng)舉。
2022年，EV公司從高塔，轉(zhuǎn)向20層高的龐然大物——模塊化建筑（EVRC）。這個(gè)像積木一樣壘起的晶瑩堡壘，通過“上升”、“下降”的機(jī)械化流程、以及能量管理系統(tǒng)來控制電的輸入和輸出，從而儲(chǔ)存和釋放電力。
當(dāng)電能充足時(shí)，EVRC利用能量將30噸的磚塊“搬”到120m高處，將電能存儲(chǔ)起來，當(dāng)需要用電時(shí)，EVRC通過控制磚塊“下降”，經(jīng)由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為的電能，源源不斷地流回電網(wǎng)。
EVx是EVRC的模塊磚，每個(gè)EVx模塊磚大概有1300個(gè)30噸左右的重物，可以轉(zhuǎn)化的電能為10MW。重力儲(chǔ)能項(xiàng)目不僅成本低，而且壽命長。初始投入成本約3000元/kWh，度電成本在0.5元/kWh，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率為85%以上，壽命可達(dá)25-40年。
如今，中國江蘇如東地區(qū)，由中國天楹投資建造的電網(wǎng)級(jí)重力儲(chǔ)能電站目前正在調(diào)試階段，預(yù)計(jì)于今年四季度并網(wǎng)、商用。
這個(gè)帶有東方遠(yuǎn)古氣息的幽綠“魔方”，總投資為10億元，建設(shè)規(guī)模是100 MWh，發(fā)電功率達(dá)25 MW，將成為全球首個(gè)商用級(jí)的重力儲(chǔ)能電站。
重力儲(chǔ)能之“電梯儲(chǔ)能”
去年，奧地利國際應(yīng)用分析研究所的科學(xué)家，提出了“電梯”儲(chǔ)能技術(shù)（LEST）概念。電梯儲(chǔ)能一般有2個(gè)相互連接的存儲(chǔ)站點(diǎn)，一個(gè)位于高層建筑的底部，另一個(gè)位于建筑物頂部。在電梯下降時(shí)收集能量，在電梯上升時(shí)，釋放能量。
一般而言，電梯搭載的物體越重，重力勢(shì)能就越大，轉(zhuǎn)換的電能也就越多。所以，電梯里需要存儲(chǔ)一些重物。有人會(huì)說，這也太麻煩了：一是重物會(huì)擠占人的時(shí)間和空間，二是電梯要進(jìn)行一系列拖入拖出的工作，根本不可行。
其實(shí)不然，電梯儲(chǔ)能系統(tǒng)十分智能。它會(huì)判斷電梯的日常使用情況。當(dāng)電梯使用較少的時(shí)候，或者處于空窗期，才進(jìn)行重物的運(yùn)載，而配備的拖車機(jī)器人也會(huì)負(fù)責(zé)拾撿重物，重物一般會(huì)存放在一些偏僻的空間里。
重力儲(chǔ)能之“礦井儲(chǔ)能”
今年2月，同樣是上面提到的奧地利的團(tuán)隊(duì)，他們提出了一種基于礦井的地下重力儲(chǔ)能系統(tǒng)（UGES），可在電價(jià)居高的時(shí)候，向地下礦井填充沙子發(fā)電，在電價(jià)便宜時(shí)，又從礦井中取出沙子儲(chǔ)存能量。
但有人不免發(fā)問？光靠人力去填沙，不僅耗人，肯定也發(fā)不出電。其實(shí)，地下重力儲(chǔ)能系統(tǒng)是由豎井、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、上下存儲(chǔ)點(diǎn)和采礦設(shè)備構(gòu)成的一個(gè)整體。豎井兩側(cè)的發(fā)電機(jī)組將每部電梯上下移動(dòng)，在下降過程中發(fā)電，在返回的過程中使用部分電力。
為了獲得最大效率，升降機(jī)會(huì)在地面裝載沙子，在礦井底部移除沙子，然后空載而歸。當(dāng)電網(wǎng)中的能量過剩時(shí)，電梯也會(huì)攜帶部分沙子返回地面。
一般而言，礦井越深、越寬，體積越大，儲(chǔ)能能力就越強(qiáng)，可獲得的電力也就越多。
重力儲(chǔ)能之“鐵路儲(chǔ)能”
2016年4月，美國能源公司Advanced Rail Energy Storage (ARES) 拿下了內(nèi)華達(dá)土地管理局5500萬美元的項(xiàng)目，旨在利用軌道機(jī)車儲(chǔ)能。
公司建造了一條6英里長的上坡鐵路軌道，配有重裝機(jī)車，機(jī)車是實(shí)心機(jī)混凝土，每輛重約4300噸，最高時(shí)速達(dá)16英里。儲(chǔ)電時(shí)，利用余電推動(dòng)機(jī)車至坡頂“車站”，電能儲(chǔ)存為重力勢(shì)能；發(fā)電時(shí)，釋放機(jī)車下坡，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，開始發(fā)電。
據(jù)估算，該系統(tǒng)配置成本約為性能相當(dāng)?shù)某樗娬镜?0%，使用壽命為40年，更有公司披露，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)86%。
項(xiàng)目早就2017年第二季度就開始動(dòng)工，建設(shè)工期為9個(gè)月。目前首個(gè)軌道機(jī)車儲(chǔ)能商業(yè)項(xiàng)目正在推進(jìn)，將在美國內(nèi)華達(dá)州帕倫普以南落地，建成“風(fēng)光儲(chǔ)”一體化電站。
重力儲(chǔ)能之“飛車儲(chǔ)能”
遠(yuǎn)遠(yuǎn)看來，“纜車儲(chǔ)能” 就好像高山纜車。纜車儲(chǔ)能解決方案最早在2019年提出，由陡峭山坡、起重機(jī)、儲(chǔ)存容器（廢料、砂石）、電纜等組成。
存儲(chǔ)電的原理與“鐵路式儲(chǔ)能”大同小異。儲(chǔ)電時(shí)，利用余電驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)將裝滿砂石的纜車從山坡底移至山頂，電能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。發(fā)電時(shí)，將纜車從山坡頂部下降到底部，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。
另外，還可與水力發(fā)電相結(jié)合，在用電高峰期用水填充儲(chǔ)存容器，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)儲(chǔ)能，連續(xù)存儲(chǔ)能量數(shù)月。公開數(shù)據(jù)顯示，儲(chǔ)能容量可達(dá)到0.5-20MWh，發(fā)電功率500~5000kW。
重力儲(chǔ)能之“深?！眱?chǔ)能
2016年，德國弗勞恩霍夫風(fēng)能和能源系統(tǒng)技術(shù)研究所（IWES）開發(fā)的新型海洋泵浦存儲(chǔ)系統(tǒng)，在德國邊境的博登湖開展了第一次水上測(cè)試。
工作原理是：直徑為30米、壁厚2.7米、存儲(chǔ)容量為12000立方米的中空球體，被放置海底，利用深海里的高壓海水存儲(chǔ)能量。儲(chǔ)能時(shí)，海水被電泵抽取到球體之外，發(fā)電時(shí)，高壓海水從管道中流入空心的球體中，推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。
屆時(shí)，研究人員在博登湖展開了為期4周的深海測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同容積增量下，儲(chǔ)電能力隨著深度線性增加，在700米深度時(shí)，30米直徑的海上儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)電能力大約為20MWh。
在沿海地區(qū)，特別是在人口稠密地區(qū)的海岸附近，例如環(huán)渤海地區(qū)，使用海洋泵浦存儲(chǔ)系統(tǒng)就有很大的潛力。
重力儲(chǔ)能之儲(chǔ)能燈
重力儲(chǔ)能不僅應(yīng)用于工商業(yè)領(lǐng)域，也旨在挖掘生活空間。
當(dāng)我們享受著電的便利，全世界仍有超過13億的民眾、約18%的人口無電可用，大多數(shù)只能靠煤油照明。有人用重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，發(fā)明了重力燈，僅僅依靠一塊磚頭就能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。
重力燈懸吊著裝滿石頭、砂土的袋子，透過地心引力向下牽引來驅(qū)動(dòng)裝置以產(chǎn)生電力，下墜3秒可產(chǎn)生25分鐘的光，該項(xiàng)計(jì)劃仍在全球25個(gè)地區(qū)試行，步入商業(yè)化指日可待。
重力儲(chǔ)能之“抽水蓄能”
抽水蓄能，是古老而常見的儲(chǔ)能方式，選用的重物是天然的水。通過水勢(shì)能和電能的互相轉(zhuǎn)換，進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換，具有儲(chǔ)電容量大（100-3000MW）、效率高（65-85%）、壽命長（40-60年）、儲(chǔ)能周期不受限制等優(yōu)點(diǎn)。
1882年，瑞士建造了世界第一座抽水蓄能電站。往后，抽水蓄能裝機(jī)量在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長。
近期，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院和中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)抽水蓄能行業(yè)分會(huì)近日聯(lián)合發(fā)布的《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2022》顯示，截至2022年底，我國已建抽水蓄能裝機(jī)容量4579萬KW。目前，已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點(diǎn)資源總量約8.23億KW，其中已建、核準(zhǔn)在建裝機(jī)規(guī)模1.67億KW，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?
不過，選址問題、投入產(chǎn)出失衡、審批流程繁瑣等問題凸顯，嚴(yán)重限制了抽水蓄能電站的發(fā)展。
最后提到
重力儲(chǔ)能是長時(shí)儲(chǔ)能的一種。這種持續(xù)時(shí)間更長、規(guī)模更大的儲(chǔ)能技術(shù)，未來的發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒俊?
正如馬斯克說的那句話，這些看似新奇的儲(chǔ)能技術(shù)，日后不久，也許能真正改變世界。也正如近期發(fā)布的儲(chǔ)能政策警醒：沒有長時(shí)儲(chǔ)能，將無法完成碳中和。
可見，重力儲(chǔ)能是時(shí)候顯露頭角了！
