中國儲能網(wǎng)訊：
01.什么是重力儲能？
按照傳統(tǒng)分類，重力儲能是一種物理儲能，通過對儲能介質(zhì)進(jìn)行高度或壓力的升降來實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的充放電過程。
根據(jù)介質(zhì)不同，分為液體介質(zhì)儲能系統(tǒng)和固體介質(zhì)儲能系統(tǒng)。固體介質(zhì)儲能系統(tǒng)是基于高度落差，升降主要借助山體、豎井、構(gòu)筑物等，重物一般選擇密度較高的金屬、水泥、砂石等材質(zhì)。液體介質(zhì)儲能系統(tǒng)是基于高度差或壓力差，通過水閥、電動發(fā)電機(jī)的電流等參數(shù)進(jìn)行控制以實現(xiàn)充放電過程。
02.重力儲能基本原理
重力儲能是通過在有天然或人造高度差的場景中，將液體或者固體重物上升或下降來實現(xiàn)勢能存儲和釋放發(fā)電。充電時，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)控指令，重力輪機(jī)將下倉的重物依次提升至位置較高的上倉，將電能轉(zhuǎn)化為重物的勢能；放電時，將重物依次下降驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，重物的勢能轉(zhuǎn)換為電能。
03.重力儲能典型分類
根據(jù)重力儲能的儲能介質(zhì)和落差實現(xiàn)路徑的不同，新型重力儲能可分為基于構(gòu)筑物高度差的重力儲能、基于山體落差的重力儲能和基于地下豎井的重力儲能等技術(shù)路線。不同技術(shù)路線均具有一定的應(yīng)用場景，其中：
基于構(gòu)筑物高度差型式優(yōu)勢在于選址比較靈活、預(yù)期的效率高，但可實現(xiàn)的落差有限，導(dǎo)致單位投資水平和度電成本過高、同容量占地大、安全事故的影響也比較大；
基于山體落差型式具有投資低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)勢，重物的選擇范圍也很大，但其理論效率低，并且選址受限制、運行易受環(huán)境影響；
基于地下豎井的重力儲能可分為利用廢棄礦井和新建礦井兩類，利用廢棄礦井成本較低、廢棄資源可二次利用、對環(huán)境影響小，但同時也受到選址、礦井處理難度差異不同等限制；
新建礦井具有選址靈活、運行環(huán)境較安全穩(wěn)定且受限制小的優(yōu)勢，同規(guī)模容量下投資和效率也比較好，但其周期較長，工程技術(shù)和設(shè)備技術(shù)要求也較高。
04.重力儲能項目及對比情況
為尋找高性價比的儲能方式，海內(nèi)外提出了基于抽水蓄能、構(gòu)筑物高度差、山體落差、地下豎井等多種重力儲能技術(shù)路線。從技術(shù)發(fā)展情況來看，2020年7月，應(yīng)用EV1技術(shù)的瑞士的5MW商業(yè)示范單元(CDU)完工并網(wǎng)，成功實現(xiàn)商業(yè)規(guī)模部署?；谠撌痉俄椖拷?jīng)驗，2021年，EV陸續(xù)推出二代EVx技術(shù)模塊和EVS儲能管理集成平臺。Gravitricity提出懸掛式重力勢能技術(shù)，并于2021年在愛丁堡利斯港使用15米高的鉆機(jī)成功建造、調(diào)試并運營了一個250kW的重力勢能并網(wǎng)示范項目。經(jīng)前期項目檢驗，EV和Gravitricity重力儲能項目預(yù)計于2022年率先落地商用。2022年1月EV子公司Atlas獲得EV技術(shù)授權(quán)用于江蘇如東100MWh的重力儲能示范項目，該項目預(yù)計于2022年7月投入商業(yè)運營。此外，EV與DG Fuels的路易斯安那州500MWh合作項目預(yù)計于2022年年中開始建設(shè)。Gravitricity預(yù)計的第一個歐洲全面項目也進(jìn)入選址期。其余路線基本仍處于試驗階段。
從各種重力儲能性能比較上來看，水介質(zhì)型重力儲能系統(tǒng)在功率和儲能容量方面不及傳統(tǒng)的抽水蓄能，但響應(yīng)時間短、選址更靈活，海下儲能系統(tǒng)可以合理利用海洋空間，活塞水泵系統(tǒng)可以為城市提供儲能服務(wù)，儲能成本和效率也與抽水蓄能相當(dāng)。固體重物型重力儲能系統(tǒng)的儲能容量和功率由大到小排為：基于山體落差系統(tǒng)>基于地下豎井系統(tǒng)>基于構(gòu)筑物系統(tǒng)。固體重物型儲能系統(tǒng)由于不需要水泵、水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，理論上可以實現(xiàn)比抽水蓄能更高的儲能效率，響應(yīng)時間也更短，可以根據(jù)不同地形和需求靈活選擇不同儲能結(jié)構(gòu)。
05.重力儲能的優(yōu)勢
重力儲能的優(yōu)勢主要包括：
安全環(huán)保：在重物運輸和機(jī)械發(fā)電過程中，重力儲能利用物理原理，不涉及化學(xué)反應(yīng)，幾乎沒有有害物質(zhì)排放。同時，電站建設(shè)一般依托于廢棄礦井或高塔，對自然環(huán)境影響小。
適應(yīng)性強(qiáng)：重力儲能對土地面積要求不高，可利用向上空間，且采用混凝土塊蓄能模式，不涉及水、石頭等自然資源，因此不需要臨山或依水而建，在選址上具有更好的適應(yīng)性。
壽命長：重物以混凝土或當(dāng)?shù)夭牧蠟橹鞑?，或者利用其他再生材料，能循環(huán)使用數(shù)十年，運行過程中重物損耗小。
成本較低：重力儲能電站可利用廢棄礦井、廢棄高塔為建筑主體，同時蓄能重物也可以采用再生資源，因此建造成本較低。并且電站運行過程中不易受自然環(huán)境變化影響，重物勢能在儲存期間能量不會流失。若取材利用合適，重物成本可以大大降低。
時間長且無自放電問題：重力儲能電站上下倉擴(kuò)展相對容易，重物勢能儲存期間不會有損失，具備長時間儲能的便利條件和先天優(yōu)勢。
06.重力儲能開發(fā)難點
重力儲能的難點主要包括：
開發(fā)電網(wǎng)儲能級別的重力儲能電站需要一定的容量規(guī)模，相關(guān)硬件設(shè)備需要響應(yīng)快、調(diào)節(jié)靈敏。如何穩(wěn)定、高效運行是研制勢能轉(zhuǎn)化設(shè)備需要解決的重點之一。
重力儲能電站上下倉分別高位、低位獨立布置，使得占地較大，這也直接影響重力儲能電站的土地占用、空間利用等情況，直接影響項目成本，需重點研究和規(guī)劃。、
材料和選址應(yīng)發(fā)揮最優(yōu)效應(yīng)。重力儲能電站的重物數(shù)量較大，重物材料采用混凝土為主材較為合適，同時還應(yīng)該盡量利用已有廢棄材料或就地取材，如建筑垃圾、砂石等，以降低對環(huán)境的不利影響，還能大幅降低成本。另外，在風(fēng)力發(fā)電站附近，將現(xiàn)場處理、加工廢棄的風(fēng)機(jī)作為重物，也是一種可選擇的方式。
07.重力儲能發(fā)展歷程
重力儲能的發(fā)展歷程可以分為幾個關(guān)鍵階段，從早期的理論研究到現(xiàn)代的應(yīng)用和商業(yè)化嘗試：
技術(shù)探討期：
在這個階段，重力儲能技術(shù)主要是在實驗室和小規(guī)模試驗中進(jìn)行探索，以驗證其基本原理和可行性。
技術(shù)實驗期：
隨著技術(shù)的初步成熟，重力儲能開始進(jìn)入更廣泛的實驗階段，包括各種結(jié)構(gòu)的測試和優(yōu)化。
技術(shù)商用期：
近年來，重力儲能開始逐步商業(yè)化，例如瑞士的Energy Vault公司推出的重力儲能系統(tǒng)，這標(biāo)志著重力儲能技術(shù)開始進(jìn)入實際應(yīng)用階段。
08.重力儲能產(chǎn)業(yè)鏈
中游儲能系統(tǒng)集成商或?qū)⒊蔀橹亓δ墚a(chǎn)業(yè)鏈主角。產(chǎn)業(yè)鏈上游以建設(shè)原材料（水泥、金屬、鋼鐵等）和裝備為主，中游為儲能系統(tǒng)集成商，下游應(yīng)用分布在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)以及用戶側(cè)。
09.主要企業(yè)
中國天楹
中國天楹股份有限公司是一家從事零碳環(huán)保新能源、智慧城市及環(huán)境服務(wù)、再生資源利用的大型國際化上市公司。公司業(yè)務(wù)覆蓋新能源發(fā)電、區(qū)域能源中心、氫能中心、循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園、垃圾焚燒發(fā)電的投資、建設(shè)、運營、環(huán)保技術(shù)裝備、儲能技術(shù)裝備的研究開發(fā)與制造,智慧環(huán)境及智慧城市管家服務(wù),餐廚垃圾、危險廢物、建筑垃圾等廢棄物的減量化、資源化、無害化處置等。
在國家雙碳戰(zhàn)略有序推進(jìn)、能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放雙控的大背景下,中國天楹致力于依靠先進(jìn)的重力儲能技術(shù)、智慧能源管理技術(shù)、氫基化工技術(shù),打造風(fēng)光儲氫氨新型能源業(yè)務(wù)生態(tài),助力國家新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建和社會經(jīng)濟(jì)綠色低碳轉(zhuǎn)型。
南網(wǎng)儲能
南網(wǎng)儲能是南方電網(wǎng)公司控股子公司,于2022年9月重組上市，是南方電網(wǎng)公司旗下唯一的抽水蓄能和新型儲能運營平臺,深切融入國家規(guī)劃建設(shè)新型能源體系大局,為服務(wù)雙碳目標(biāo)實現(xiàn)作出積極貢獻(xiàn)。業(yè)務(wù)范圍覆蓋廣東、廣西、云南、貴州、海南五省。
近日，南網(wǎng)儲能公司儲能科研院開展的重力儲能原創(chuàng)技術(shù)研究取得了系列創(chuàng)新突破，這標(biāo)志著公司在開拓儲能優(yōu)勢領(lǐng)域取得了階段性成果。
2023年9月，儲能科研院正式啟動重力儲能技術(shù)創(chuàng)新研究。儲能科研院技術(shù)團(tuán)隊不僅首創(chuàng)了基于直驅(qū)式電機(jī)的固態(tài)重力儲能技術(shù)方案，且自主研發(fā)設(shè)計了磁通切換式永磁直線電機(jī)本體及其控制算法。這一系列的技術(shù)創(chuàng)新大大簡化了傳統(tǒng)機(jī)械式傳動機(jī)構(gòu)，提高了運維可靠性，并有效降低了設(shè)備全生命周期成本。
國家電網(wǎng)
由國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院牽頭組織編寫的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《基于同步電機(jī)的重力儲能系統(tǒng)并網(wǎng)與保護(hù)技術(shù)要求》正式發(fā)布并于同日實施。這是國內(nèi)外重力儲能技術(shù)領(lǐng)域發(fā)布的第一項標(biāo)準(zhǔn)，對推動全球重力儲能行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展具有重要意義。
2022年5月16日，中國天楹與國網(wǎng)就重力儲能技術(shù)研究等達(dá)成戰(zhàn)略合作。雙方將成立協(xié)作團(tuán)隊、共同推進(jìn)建設(shè)如東100MWh用戶側(cè)重力儲能示范項目?；凇靶履茉?重力儲能”的源網(wǎng)荷儲一體化技術(shù)，持續(xù)革新重力儲能技術(shù)，探索用電、發(fā)電、儲能、調(diào)峰調(diào)頻組合模式，積極拓寬重力儲能技術(shù)應(yīng)用場景，推動儲能技術(shù)的多元化應(yīng)用，加快實現(xiàn)儲能核心技術(shù)自主化，推動儲能成本持續(xù)下降和規(guī)模化應(yīng)用。國網(wǎng)江蘇綜能協(xié)助推進(jìn)項目參與中長期交易、現(xiàn)貨、需求響應(yīng)、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)等各類電力市場，具體雙方分享收益另行約定。
中國能建
中國能建華北院首創(chuàng)300MWh豎井式重力儲能技術(shù)，構(gòu)建超重載運輸系統(tǒng)、研制國內(nèi)首臺高效重力發(fā)電機(jī)組、自主開發(fā)仿真平臺、研發(fā)多機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)等，形成了重力儲能模塊化工程方案。
張家口赤城重力儲能國家示范項目是全球首個豎井式重力儲能工程化應(yīng)用項目，建成后將實現(xiàn)單機(jī)功率、單模塊功率、單體項目裝機(jī)規(guī)模三項世界第一。
國家電投
2022年8月13日，中國天楹與國家電投集團(tuán)浙江新能源有限公司簽訂合作框架協(xié)議：爭取在三年內(nèi)，通過雙方有效合作，在長三角地區(qū)獲取不低于1GWh重力儲能項目、5GW綠電項目，并就如東重力儲能項目、灘涂光伏項目優(yōu)先開展合作。
粵水電
2023年9月27日，中國天楹公告，其全資子公司江蘇能楹新能源科技發(fā)展有限公司與粵水電全資子公司新疆粵水電能源有限公司簽訂《戰(zhàn)略合作協(xié)議》。江蘇能楹將充分發(fā)揮新能源開發(fā)、建設(shè)和投融資優(yōu)勢；新疆粵水電將利用重力儲能產(chǎn)業(yè)落地的優(yōu)勢協(xié)同甲方共同拓展國內(nèi)的新能源項目。雙方根據(jù)項目的實際情況，就本框架協(xié)議項下各個合作項目的時間進(jìn)度作出安排并制定具體的進(jìn)度計劃，爭取在三年內(nèi)，通過雙方有效合作，在國內(nèi)共同合作開發(fā)不低于2GWh重力儲能項目、5GW風(fēng)光發(fā)電項目。
10.重力儲能的應(yīng)用場景
作為一種儲能系統(tǒng)，重力儲能系統(tǒng)不僅能夠解決電力供求矛盾，而且有利于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運行。在“雙碳”目標(biāo)背景下，重力儲能將在眾多應(yīng)用場景發(fā)揮重要作用。
1.清潔能源大基地建設(shè)場景
為保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定可靠，需要發(fā)揮儲能的調(diào)峰調(diào)頻、應(yīng)急備用、容量支撐等多元功能。重力儲能在適應(yīng)大規(guī)模大容量儲能需求場景中優(yōu)勢明顯，可代替抽水蓄能在清潔能源大基地建設(shè)中發(fā)揮重要作用。
2.退役火電機(jī)組替代場景
火電是新中國成立以來支撐工業(yè)和國民生活最主要的能源形式，遍布各個城市，然而20世紀(jì)80年代開始大規(guī)模發(fā)展的火電設(shè)施目前面臨退役問題。重力儲能安全性高，占地面積小，還可在一定程度上緩解城市固廢處理問題，符合城市綠色發(fā)展理念，且重力儲能建筑體與火電廠冷卻塔高度相仿，長遠(yuǎn)來看，這將是重力儲能助力能源轉(zhuǎn)型和推動城市實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的又一個重要領(lǐng)域。
3.風(fēng)光儲氫一體化項目場景
在全球碳減排的背景下，各國對于發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的熱情空前高漲。重力儲能模塊化建設(shè)和中長時儲能的特性可滿足不同規(guī)模、不同模式的可再生能源制氫項目需求，從成本和穩(wěn)定保障能力來看，重力儲能在可再生能源制氫電力供應(yīng)方面具備較大優(yōu)勢。行業(yè)研究顯示2050年我國的氫氣需求將增長到每年8100萬噸，重力儲能技術(shù)將為風(fēng)光儲氫一體化發(fā)展提供保障。
4.尾礦綜合治理場景
重力儲能技術(shù)通過在材料科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵創(chuàng)新，可利用尾礦渣、粉煤灰、固廢垃圾等作為重力提升模塊的主要原料，實現(xiàn)循環(huán)利用，緩解尾礦渣等固廢帶來的環(huán)境問題。此外，重力儲能可結(jié)合光伏，利用尾礦區(qū)電力基礎(chǔ)設(shè)施，打造“光+儲+生態(tài)”的尾礦區(qū)生態(tài)綜合治理耦合修復(fù)模式，在獲取經(jīng)濟(jì)效益的同時創(chuàng)造生態(tài)效益。
5.與數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)耦合發(fā)展場景
數(shù)據(jù)中心對電力的穩(wěn)定性可靠性要求較高，重力儲能的技術(shù)優(yōu)勢可緩解可再生能源的波動性、不穩(wěn)定性問題，可為數(shù)據(jù)中心提供安全高效的綠電保障；同時重力儲能建筑體的中部閑置空間可作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房，實現(xiàn)空間的高效利用；數(shù)據(jù)中心還可為重力儲能智慧能源管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)，實現(xiàn)兩者的深度耦合發(fā)展。
6.城市綜合應(yīng)用場景
重力儲能在中長時儲能、安全性、轉(zhuǎn)動慣量、項目壽命等方面的技術(shù)優(yōu)勢，可作為城市UPS廣泛用于對電力可靠性依賴度高的行業(yè)和設(shè)施，且重力儲能的模塊化設(shè)計使得其土地集約優(yōu)勢明顯，在城市級UPS領(lǐng)域相比其他技術(shù)和產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢。
此外，重力儲能系統(tǒng)作為建筑體，其內(nèi)部空間和外觀具有較強(qiáng)的可塑性，借助重力儲能建筑體打造城市景觀。
11.重力儲能行業(yè)發(fā)展趨勢
1、綠色、環(huán)保、安全是實現(xiàn)儲能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的前提條件，布置靈活、場景適應(yīng)性強(qiáng)有利于響應(yīng)電力系統(tǒng)需求、提升產(chǎn)業(yè)價值。按照目前電力系統(tǒng)儲能發(fā)展趨勢，抽水蓄能電站將持續(xù)保持較高的占比。從長遠(yuǎn)來看，規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)必將向多元化方向發(fā)展，以滿足不同應(yīng)用場景的需要。
2、重力勢能儲能方案結(jié)構(gòu)眾多，各有優(yōu)劣，宜根據(jù)不同地形和儲能需求來設(shè)計重力儲能系統(tǒng)。其中基于山體落差和地下豎井的重力儲能相較而言更具發(fā)展前景，而與之相關(guān)的電動/發(fā)電機(jī)技術(shù)、吊裝技術(shù)和重物/電機(jī)群控技術(shù)將成為國內(nèi)外行業(yè)研究的重點。重力勢能系統(tǒng)的功率和容量與被提升物的質(zhì)量和抬升高度有關(guān)，比較適合于建設(shè)中等功率和容量的儲能系統(tǒng)，但通過建設(shè)多個重力儲能系統(tǒng)集群，可以獲得更大容量和功率，從而實現(xiàn)其規(guī)?；谩?
