通過(guò)抽水、搬磚、運(yùn)砂石、吊重物來(lái)儲(chǔ)能？

這是一種新型儲(chǔ)能技術(shù)——重力儲(chǔ)能。利用建筑物、山體、地形等高度差，通過(guò)將“重物”運(yùn)上運(yùn)下，實(shí)現(xiàn)電能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而儲(chǔ)電與發(fā)電。

【資料圖】

1.“搬磚”儲(chǔ)能

2020年Energy Vault公司在瑞士Arbedo-Castione市，建立了“搬磚儲(chǔ)能”的原型——“塔式搬磚儲(chǔ)能”。一臺(tái)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(chēng)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(lái)儲(chǔ)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(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)需要電時(shí)，EVRC通過(guò)控制磚塊下降，將動(dòng)能釋放回電網(wǎng)。

2022年EV公司從高塔，轉(zhuǎn)向20層的模塊化建筑，它將其稱(chēng)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(lái)儲(chǔ)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(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)需要電時(shí)，EVRC通過(guò)控制磚塊下降，將動(dòng)能釋放回電網(wǎng)。

2.電梯儲(chǔ)能

今年，奧地利維也納國(guó)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(guò)重力存儲(chǔ)技術(shù)，將摩天大樓變身為巨型電池的解決方案——電梯儲(chǔ)能系統(tǒng)(LEST)，利用電梯和高層建筑的垂直高度來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量。

3.“海底巨蛋”儲(chǔ)能

2021年，德國(guó)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(chǔ)能方式。2016年，德國(guó)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(chǔ)能的水下測(cè)試。

這種儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)電能力隨著深度線性增加，在700米深度時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)電能力大約為20兆瓦時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為65%~70%。

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(chǔ)電能力隨著深度線性增加，在700米深度時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)電能力大約為20兆瓦時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為65%~70%。

據(jù)Gravity Power的公開(kāi)數(shù)據(jù)，活塞式儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)等級(jí)的長(zhǎng)時(shí)間(約 6~14h)儲(chǔ)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(chē)儲(chǔ)能

2014年，美國(guó)能源公司Advanced Rail Energy Storage(ARES)提出了軌道機(jī)車(chē)儲(chǔ)能解決方案。

ARES公司建造了一條6英里長(zhǎng)的上坡軌道，配有重裝機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)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(chǔ)電時(shí)，利用余電將推動(dòng)高效電機(jī)將機(jī)車(chē)推至坡頂“車(chē)站”，電能儲(chǔ)存為重力勢(shì)能；發(fā)電時(shí)，釋放機(jī)車(chē)下坡，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，開(kāi)始發(fā)電。

據(jù)ARES公司公開(kāi)數(shù)據(jù)，軌道機(jī)車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)單站容量可在100-3000MW，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)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(chē)儲(chǔ)能商業(yè)項(xiàng)目正在推進(jìn)，將在美國(guó)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(chē)儲(chǔ)能

2019年，奧地利維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)提出了一項(xiàng)纜車(chē)儲(chǔ)能解決方案（MGES）。

MGES由陡峭山坡、起重機(jī)、儲(chǔ)存容器（可以裝砂石或水）、電纜等組成。儲(chǔ)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(chē)從山坡底部移動(dòng)到頂部，電能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。發(fā)電時(shí)，將纜車(chē)從山坡頂部下降到底部，勢(shì)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(chǔ)存容器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可任何高度在儲(chǔ)存容器中添加水。MGES可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，連續(xù)存儲(chǔ)能量數(shù)月，儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)為0.5-20MWh，發(fā)電功率500~5000kW。

7.礦井儲(chǔ)能

2016年，英國(guó)Gravitricity公司提出鉆井儲(chǔ)能解決方案。Gravitricity主要瞄準(zhǔn)廢棄鉆井平臺(tái)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(guò)電動(dòng)絞盤(pán)，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(chǔ)存和釋放電能。

礦井儲(chǔ)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剩浑娔苻D(zhuǎn)換效率高達(dá)80%，儲(chǔ)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(ài)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(chǔ)能量。目前該公司正在研究在英國(guó)、東歐、南非、智利等國(guó)家的廢棄礦井中應(yīng)用其重力儲(chǔ)能解決方案。

英國(guó)愛(ài)丁堡250kW示范項(xiàng)目

今年2月，Gravitricity公開(kāi)表示，已獲得英國(guó)政府150萬(wàn)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(kāi)發(fā)建設(shè)一個(gè)4MWh的商業(yè)用重力儲(chǔ)能系統(tǒng)。未來(lái)，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。

理也很簡(jiǎn)單：儲(chǔ)存的能源=質(zhì)量×抬升高度×重力，重力為常量，問(wèn)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。

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