中國儲能網(wǎng)訊：通過抽水、搬磚、運砂石、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”運上運下，實現(xiàn)電能和重力勢能之間的轉(zhuǎn)換，進而儲電與發(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米的起重機高高聳立，六條吊臂從頂部伸出，上下搬動每塊重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采用建筑機械流程和能源管理系統(tǒng)來儲存和釋放電力。當可再生能源發(fā)電高時，EVRC利用能量將30噸的磚塊“搬”到120m高處，將勢能存儲起來，當需要電時，EVRC通過控制磚塊下降，將動能釋放回電網(wǎng)。
“搬磚儲能”系統(tǒng)可與可再生能源系統(tǒng)協(xié)作，也可以作為獨立儲能系統(tǒng)。EVx是EVRC系統(tǒng)的模塊化建筑磚，每個EVx模塊磚大概有1300個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50年。據(jù)EV公司公開數(shù)據(jù)，重力儲能項目初始投入成本在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100MWh“搬磚儲能”項目如東25MW/100MWh重力儲能項目已經(jīng)進入最后的調(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榮譽教授Horst Schmidt-B?cking和薩爾布呂肯大學Gerhard Luther博士于提出了形似海底“巨蛋”的儲能方式。2016年，德國弗勞恩霍夫風能和能源系統(tǒng)技術(shù)研究所（IWES）進行了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，海水被電泵抽到球體之外；發(fā)電時，高壓海水從管道中流入空心球體中，水流推動水輪機發(fā)電。在海下，完成電能的存儲和釋放。
2016年IWES在博登湖進行了持續(xù)四周的試驗，系統(tǒng)的經(jīng)濟安裝深度大約在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，儲能系統(tǒng)的儲電能力大約為20兆瓦時，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組提出活塞式重力儲能，2021年Gravity Power開始在巴伐利亞建設兆瓦級示范工程。
活塞式儲能，可以看做一個“水電池”，按采礦業(yè)的標準技術(shù)挖出豎井，在豎井中建造一個由加固巖石制成的活塞，在豎井中添加水并密封，形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。當電力富裕時，由水泵水輪機抽水加壓，提升活塞，存儲能量；發(fā)電時，活塞下落，其勢能傳遞給水流，由水泵水輪機轉(zhuǎn)換為機械能帶動發(fā)電機發(fā)電。
據(jù)Gravity Power的公開數(shù)據(jù)，活塞式儲能可實現(xiàn)電網(wǎng)等級的長時間(約 6~14h)儲能目標提供40MW/160MWh至1.6GW/6.4GWh電量，轉(zhuǎn)換效率可達75%-80%。
5.軌道機車儲能
2014年，美國能源公司Advanced Rail Energy Storage(ARES)提出了軌道機車儲能解決方案。
ARES公司建造了一條6英里長的上坡軌道，配有重裝機車，機車是實心機混凝土，每輛重達300噸，最高時速為16英里。儲電時，利用余電將推動高效電機將機車推至坡頂“車站”，電能儲存為重力勢能；發(fā)電時，釋放機車下坡，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)，軌道機車儲能系統(tǒng)單站容量可在100-3000MW，儲能時長2-24小時，轉(zhuǎn)換效率高達86%。系統(tǒng)具備快速響應能力，最快5秒完成充電，25秒可完成放電。系統(tǒng)壽命達40年以上。
目前首個軌道機車儲能商業(yè)項目正在推進，將在美國內(nèi)華達州帕倫普以南落地，與風電、光伏電站集成。
6.纜車儲能
2019年，奧地利維也納國際應用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)提出了一項纜車儲能解決方案（MGES）。
MGES由陡峭山坡、起重機、儲存容器（可以裝砂石或水）、電纜等組成。儲電時，利用余電驅(qū)動發(fā)動機將裝滿沙石的纜車從山坡底部移動到頂部，電能轉(zhuǎn)化為勢能。發(fā)電時，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)設計了可任何高度在儲存容器中添加水。MGES可以實現(xiàn)長時儲能，連續(xù)存儲能量數(shù)月，儲能容量設計為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米的豎井中重復吊起與放下鉆機，通過電動絞盤，先將鉆機拉到廢棄礦井上方，需要用電時再讓鉆機放下，如此進行儲存和釋放電能。
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80%，儲能容量可自由配置1-20MW，輸出持續(xù)時間為15分鐘-8小時。
2021年4月，Gravitricity在愛丁堡利斯完成了250KW示范項目，已連接至電網(wǎng)，利用兩個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用其重力儲能解決方案。
英國愛丁堡250kW示范項目
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電網(wǎng)連接地點開發(fā)建設一個4MWh的商業(yè)用重力儲能系統(tǒng)。未來，Gravitricity及其合作伙伴計劃生產(chǎn)模塊化系統(tǒng)，以降低項目建造成本。
重力儲能系統(tǒng)，不僅具備電池的響應速度，也具備抽水蓄能的優(yōu)點，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條件。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，最好兩者均能實現(xiàn)最大化。
