中國儲能網(wǎng)訊：通過抽水、搬磚、運(yùn)砂石、吊重物來儲能？
說的是一種新型儲能技術(shù)——重力儲能。利用建筑物、山體、地形等高度差，通過將“重物”運(yùn)上運(yùn)下，實(shí)現(xiàn)電能和重力勢能之間的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而儲電與發(fā)電。
1.“搬磚”儲能
2020年Energy Vault公司在瑞士Arbedo-Castione市，建立了“搬磚儲能”的原型——“塔式搬磚儲能”。一臺70米的起重機(jī)高高聳立，六條吊臂從頂部伸出，上下搬動(dòng)每塊重35噸的磚塊，這些磚塊由土壤和廢品制成。
2022年EV公司從高塔，轉(zhuǎn)向20層的模塊化建筑，它將其稱之為“Energy Vault Resiliency Center”（EVRC）。EVRC采用建筑機(jī)械流程和能源管理系統(tǒng)來儲存和釋放電力。當(dāng)可再生能源發(fā)電高時(shí)，EVRC利用能量將30噸的磚塊“搬”到120m高處，將勢能存儲起來，當(dāng)需要電時(shí)，EVRC通過控制磚塊下降，將動(dòng)能釋放回電網(wǎng)。
“搬磚儲能”系統(tǒng)可與可再生能源系統(tǒng)協(xié)作，也可以作為獨(dú)立儲能系統(tǒng)。EVx是EVRC系統(tǒng)的模塊化建筑磚，每個(gè)EVx模塊磚大概有1300個(gè)30噸左右的重物被放置在支架上，可以轉(zhuǎn)化電量10MWh。據(jù)公開數(shù)據(jù)，“搬磚儲能”系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率為85%以上，壽命達(dá)50年。據(jù)EV公司公開數(shù)據(jù)，重力儲能項(xiàng)目初始投入成本在3000元/kWh左右，度電成本在0.5元/kWh左右，具備一定成本優(yōu)勢。
中國首個(gè)100MWh“搬磚儲能”項(xiàng)目如東25MW/100MWh重力儲能項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入最后的調(diào)試階段；河北省張家口懷來縣25MW/100MWh重力儲能項(xiàng)目已于今年11月開工。
2.電梯儲能
今年，奧地利維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)在《能源》雜志上，提出一種通過重力存儲技術(shù)，將摩天大樓變身為巨型電池的解決方案——電梯儲能系統(tǒng)(LEST)，利用電梯和高層建筑的垂直高度來儲存和釋放能量。
3.“海底巨蛋”儲能
2021年，德國法蘭克福歌德大學(xué)榮譽(yù)教授Horst Schmidt-B?cking和薩爾布呂肯大學(xué)Gerhard Luther博士于提出了形似海底“巨蛋”的儲能方式。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）進(jìn)行了20MWh“海底巨蛋”儲能的水下測試。
這種儲能方式工作原理是：制造直徑30米、壁厚3米的混凝土空心球，將其放置海底，球的中心是真空的。儲能時(shí)，海水被電泵抽到球體之外；發(fā)電時(shí)，高壓海水從管道中流入空心球體中，水流推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。在海下，完成電能的存儲和釋放。
2016年IWES在博登湖進(jìn)行了持續(xù)四周的試驗(yàn)，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安裝深度大約在600~800米。相同容積增量下，儲電能力隨著深度線性增加，在700米深度時(shí)，儲能系統(tǒng)的儲電能力大約為20兆瓦時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為65%~70%。
4.活塞式儲能
2016年，美國Gravity Power公司基于抽水蓄能機(jī)組提出活塞式重力儲能，2021年Gravity Power開始在巴伐利亞建設(shè)兆瓦級示范工程。
活塞式儲能，可以看做一個(gè)“水電池”，按采礦業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)挖出豎井，在豎井中建造一個(gè)由加固巖石制成的活塞，在豎井中添加水并密封，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)電力富裕時(shí)，由水泵水輪機(jī)抽水加壓，提升活塞，存儲能量；發(fā)電時(shí)，活塞下落，其勢能傳遞給水流，由水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
據(jù)Gravity Power的公開數(shù)據(jù)，活塞式儲能可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)等級的長時(shí)間(約 6~14h)儲能目標(biāo)提供40MW/160MWh至1.6GW/6.4GWh電量，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)75%-80%。
5.軌道機(jī)車儲能
2014年，美國能源公司Advanced Rail Energy Storage(ARES)提出了軌道機(jī)車儲能解決方案。
ARES公司建造了一條6英里長的上坡軌道，配有重裝機(jī)車，機(jī)車是實(shí)心機(jī)混凝土，每輛重達(dá)300噸，最高時(shí)速為16英里。儲電時(shí)，利用余電將推動(dòng)高效電機(jī)將機(jī)車推至坡頂“車站”，電能儲存為重力勢能；發(fā)電時(shí)，釋放機(jī)車下坡，重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，開始發(fā)電。
據(jù)ARES公司公開數(shù)據(jù)，軌道機(jī)車儲能系統(tǒng)單站容量可在100-3000MW，儲能時(shí)長2-24小時(shí)，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)86%。系統(tǒng)具備快速響應(yīng)能力，最快5秒完成充電，25秒可完成放電。系統(tǒng)壽命達(dá)40年以上。
目前首個(gè)軌道機(jī)車儲能商業(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，與風(fēng)電、光伏電站集成。
6.纜車儲能
2019年，奧地利維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)提出了一項(xiàng)纜車儲能解決方案（MGES）。
MGES由陡峭山坡、起重機(jī)、儲存容器（可以裝砂石或水）、電纜等組成。儲電時(shí)，利用余電驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)將裝滿沙石的纜車從山坡底部移動(dòng)到頂部，電能轉(zhuǎn)化為勢能。發(fā)電時(shí)，將纜車從山坡頂部下降到底部，勢能轉(zhuǎn)化為電能。
MGES還可與水力發(fā)電相結(jié)合，在用電高峰期，用水填充儲存容器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可任何高度在儲存容器中添加水。MGES可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)儲能，連續(xù)存儲能量數(shù)月，儲能容量設(shè)計(jì)為0.5-20MWh，發(fā)電功率500~5000kW。
7.礦井儲能
2016年，英國Gravitricity公司提出鉆井儲能解決方案。Gravitricity主要瞄準(zhǔn)廢棄鉆井平臺與礦坑，重力媒介是500噸的“砝碼”，在深度超300米的豎井中重復(fù)吊起與放下鉆機(jī)，通過電動(dòng)絞盤，先將鉆機(jī)拉到廢棄礦井上方，需要用電時(shí)再讓鉆機(jī)放下，如此進(jìn)行儲存和釋放電能。
礦井儲能使用壽命在50年左右；該解決方案響應(yīng)速度快，能在不到1秒內(nèi)從零功率變?yōu)槿β?；電能轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%，儲能容量可自由配置1-20MW，輸出持續(xù)時(shí)間為15分鐘-8小時(shí)。
2021年4月，Gravitricity在愛丁堡利斯完成了250KW示范項(xiàng)目，已連接至電網(wǎng)，利用兩個(gè)25噸重物存儲能量。目前該公司正在研究在英國、東歐、南非、智利等國家的廢棄礦井中應(yīng)用其重力儲能解決方案。
英國愛丁堡250kW示范項(xiàng)目
今年2月，Gravitricity公開表示，已獲得英國政府150萬英鎊的支持，將在英格蘭北部的一個(gè)電網(wǎng)連接地點(diǎn)開發(fā)建設(shè)一個(gè)4MWh的商業(yè)用重力儲能系統(tǒng)。未來，Gravitricity及其合作伙伴計(jì)劃生產(chǎn)模塊化系統(tǒng)，以降低項(xiàng)目建造成本。
重力儲能系統(tǒng)，不僅具備電池的響應(yīng)速度，也具備抽水蓄能的優(yōu)點(diǎn)，此外重力儲能系統(tǒng)并不需要巨額的資本支出或特定地理?xiàng)l件。工作原理也很簡單：儲存的能源=質(zhì)量×抬升高度×重力，重力為常量，問題在于如何最大化質(zhì)量或高度，最好兩者均能實(shí)現(xiàn)最大化。
