中國儲能網(wǎng)訊：受可再生能源裝機比例持續(xù)增加、電網(wǎng)穩(wěn)定性需求不斷提升、政策支持力度加大等因素的驅(qū)動，具備長時屬性的重力儲能技術(shù)將迎來廣闊的市場發(fā)展空間。隨著技術(shù)的成熟和成本的降低，重力儲能有望在未來的能源存儲市場中扮演重要角色。
但這項正在嶄露頭角的儲能技術(shù)仍面臨技術(shù)提升和更多的項目示范應(yīng)用等挑戰(zhàn)。
長時儲能賽道的“潛力股”
近年來，全球氣候變化以及國家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，使得我國的電源結(jié)構(gòu)出現(xiàn)深刻的變化，以風(fēng)光發(fā)電為代表的新能源裝機規(guī)模占比逐年大幅上升，由此帶來的問題是電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力不足，無法消納隨機性、波動性和間歇性強的風(fēng)光發(fā)電。
因此，建設(shè)儲能，特別是長時儲能設(shè)施，能夠在更長時間維度調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的電力、電量平衡和頻率穩(wěn)定，避免出現(xiàn)潮流擁堵、系統(tǒng)失穩(wěn)，提高風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)和消納能力，增加風(fēng)光綠電開發(fā)消費占比。
研究表明，在新能源裝機占比達(dá)到15-20%時，4小時以上的長時儲能需求將成為剛需，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)到50%-80%時，儲能時長需要達(dá)到10小時以上。
2023年以來，國家和地方層面均加快了對于長時儲能的支持力度。
2023年6月國家能源局發(fā)布的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》明確了2030～2045年，規(guī)模化長時儲能技術(shù)取得重大突破，滿足日以上平衡調(diào)節(jié)需求。
各地對于長時儲能的支持政策也在持續(xù)加碼，河北、西藏、內(nèi)蒙古、寧夏等10個多省份明確提出配置4小時以上長時儲能，推動4小時以上儲能技術(shù)實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。
在越來越火熱的長時儲能賽道，包括液流電池儲能、壓縮空氣儲能、抽水蓄能等技術(shù)路線在近兩年都取得了較快的發(fā)展，重力儲能技術(shù)憑借其獨有的優(yōu)勢被認(rèn)為是這個領(lǐng)域的“潛力股”。
重力儲能是一種借助山體、地下豎井、人工構(gòu)筑物等結(jié)構(gòu)，利用重力勢能來儲存和釋放能量的技術(shù)，通常通過提升和下降重物來實現(xiàn)能量的存儲和釋放。
不同于抽蓄使用液體作為介質(zhì)，重力儲能使用固體（重力塊）作為介質(zhì)，核心原理是利用地球重力場，通過機械系統(tǒng)將重物提升到較高的高度儲存能量，待需要時再通過重物下落的方式釋放儲存的能量，驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電力。
目前，重力儲能主要分為塔式重力儲能、斜坡式重力儲能、豎井式重力儲能以及活塞式重力儲能。
這項儲能技術(shù)具備多個優(yōu)點，比如經(jīng)濟性較好，相比抽水蓄能和壓縮空氣儲能，重力儲能的建設(shè)成本較低，在建的如東25MW/100MWh重力儲能全球首臺套示范項目，初步測算全生命周期度電平準(zhǔn)化儲能成本約0.3-0.4元，且進一步降本空間較大。
安全性高、環(huán)境友好，由于其機械特性，重力儲能系統(tǒng)在運行過程中幾乎不存在化學(xué)反應(yīng)帶來的安全隱患，其提升模塊可利用粉煤灰、報廢的風(fēng)力渦輪機葉片等建造，在降低重力儲能項目建設(shè)成本的同時消納固廢垃圾，帶來環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
選址無地域限制，不像抽水蓄能需要特定地理條件，重力儲能可以在更多樣化的地點部署。
長壽命，重力儲能系統(tǒng)設(shè)備主要由機械構(gòu)件和重力模塊構(gòu)成，項目耐久性好，技術(shù)系統(tǒng)壽命與建筑壽命一致，可達(dá)50年以上，接近甚至超過抽水蓄能和壓縮空氣儲能。
能量轉(zhuǎn)換效率高，重力儲能與抽水蓄能的技術(shù)原理相近，目前已經(jīng)驗證的重力儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到75.3%，超過抽水蓄能，建設(shè)中的新型重力儲能技術(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到80%-85%。
響應(yīng)能力快，重力儲能系統(tǒng)能夠提供亞秒級的全功率響應(yīng)，對于電網(wǎng)的快速頻率響應(yīng)至關(guān)重要，尤其是在面對突發(fā)的電網(wǎng)負(fù)荷變化時。
大功率輸出，重力儲能系統(tǒng)可以提供大功率輸出，這對于快速頻率響應(yīng)來說非常重要，因為它需要在短時間內(nèi)提供大量的能量來穩(wěn)定電網(wǎng)。
長時性，重力儲能系統(tǒng)能夠提供數(shù)小時至數(shù)天的儲能服務(wù)，這使得它在日間調(diào)節(jié)中可以存儲大量能量，以備不時之需。
基于以上優(yōu)點，重力儲能可以在清潔能源大基地、電網(wǎng)側(cè)調(diào)頻、分布式儲能、工商業(yè)儲能、退役火電機組替代、風(fēng)光儲氫一體化、尾礦綜合治理等諸多場景中應(yīng)用。
圖為中國天楹江蘇如東100MWh重力儲能項目
國內(nèi)現(xiàn)有項目共計8GWh
從政策力度、項目示范、國外應(yīng)用等方面看，近兩年，重力儲能正在多元化的儲能技術(shù)競爭中嶄露頭角。
據(jù)CESA儲能應(yīng)用分會產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫不完全統(tǒng)計，截至2024年10月底，國內(nèi)共28個重力儲能項目，總規(guī)劃達(dá)7.856GWh，計劃總投資超200億元。
其中，新增備案項目15個，達(dá)1.128GWh，占比14.36%；簽約/擬建項目9個，達(dá)6.06GWh，占比77.14%；開工/在建項目4個，達(dá)668MWh，占比8.5%。
一個顯著的特點是，這28個項目中，容量百兆瓦時規(guī)模的共有17個，占比超過60%，國內(nèi)電力儲能領(lǐng)域代表企業(yè)中國天楹項目最多，共6個，規(guī)模超4.5GWh。
其中，計劃于今年年底并網(wǎng)的中國天楹江蘇如東100MWh重力儲能項目是國內(nèi)首個重力儲能技術(shù)應(yīng)用示范項目、全球首個百兆瓦級的重力儲能項目，項目采用重力儲能技術(shù)，建設(shè)一座長120米、寬110米、高148米的儲能塔，利用重力塊做功發(fā)電。
中國天楹2022年和2024年還分別在內(nèi)蒙古烏拉特中旗和通遼市簽約了2個2GWh。
另外，由中電工程及所屬華北院建設(shè)的規(guī)模為360MW/1080MWh的河北張家口赤城縣重力儲能一體化項目在今年4月簽約落地，是全球首個豎井式重力儲能工程化應(yīng)用項目，在重力儲能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)單機功率世界第一、單模塊功率世界第一、單體項目裝機容量規(guī)模世界第一。
項目占地面積400畝，投資總額26億元，一期工程建設(shè)60MW/360MWh豎井式重力儲能，占地面積120畝，一期工程建成將成為規(guī)模最大的重力儲能電站。該項目已納入國家能源局新型儲能試點示范項目清單及全國新型儲能大數(shù)據(jù)平臺和國家有關(guān)重大工程項目庫。
政策層面看，對于重力儲能的支持方向愈發(fā)明確，力度也在加大。
2023年4月，國家標(biāo)準(zhǔn)委等11部門發(fā)布《碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》指出，儲能領(lǐng)域重點制修訂抽水蓄能標(biāo)準(zhǔn)，電化學(xué)、壓縮空氣、飛輪、重力、二氧化碳、熱（冷）、氫（氨）、超導(dǎo)等新型儲能標(biāo)準(zhǔn)，儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)安全管理與應(yīng)急處置標(biāo)準(zhǔn)。
2023年10月，國家能源局公布了第三批58個能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備（項目）名單，，其中儲能領(lǐng)域8個入選，涉及固態(tài)電池、飛輪儲能、液流電池、壓縮空氣、重力儲能以及3S融合新型儲能系統(tǒng)、高壓級聯(lián)直掛式儲能系統(tǒng)。
2023年12月，國家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》，新型電力系統(tǒng)技術(shù)及裝備包括電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能、重力儲能、飛輪儲能、氫（氨）儲能、熱儲能等各類新型儲能技術(shù)及應(yīng)用。
2024年3月，國家發(fā)改委關(guān)于印發(fā)《綠色低碳先進技術(shù)示范項目清單（第一批）》的通知，國能宿州熱電有限公司實施的100MWh重力儲能示范項目納入其中。
國外技術(shù)應(yīng)用方面，全球重力儲能領(lǐng)域領(lǐng)先的兩家公司，Energy Vault 和 Gravitricity 重力儲能項目于 2021 年率先落地商用。
今年以來，國際市場也迎來了GWh級別的重力儲能項目，前不久，澳大利亞重力儲能初創(chuàng)廠商Green Gravity公司啟動在昆士蘭州西北部地區(qū)開發(fā)2GWh重力儲能項目研究，11月初，該公司獲得了900萬澳元資金，用于完成其基于重力儲能技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)。
規(guī)模應(yīng)用仍需克服多個挑戰(zhàn)
盡管重力儲能的前景光明，目前國內(nèi)外關(guān)于重力儲能系統(tǒng)的研究仍處于探索階段，項目應(yīng)用多處于在建、擬建階段，大規(guī)模應(yīng)用面臨不小挑戰(zhàn)。
今年8月，由深圳市發(fā)展和改革委員會指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會與南方科技大學(xué)碳中和能源研究院聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會與新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳召開。
中國電力顧問工程集團華北電力設(shè)計院重力儲能公司副總工程師史沁鵬以《重力儲能技術(shù)發(fā)展與工程應(yīng)用》為題進行了演講。
他認(rèn)為，在當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)的背景下，重力儲能作為一種長時、大容量、安全性高、具有構(gòu)網(wǎng)特性的儲能形式，因地制宜建設(shè)，可為新型儲能發(fā)展開辟新的方向，尤其適合為“沙戈荒”大基地可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐。
他還認(rèn)為，規(guī)?；亓δ茈娬咀畲蟮募夹g(shù)難點是能量密度低，能量密度和轉(zhuǎn)換效率都與電化學(xué)儲能技術(shù)低；另外，重力儲能是離散化的物理場景，和電力系統(tǒng)的大容量以及連續(xù)性的需求存在矛盾；作為一種機械系統(tǒng)，運行本身具有不確定性，和電力系統(tǒng)要求的確定性是根本性的矛盾。
他表示，要解決上述矛盾，要針對不同的應(yīng)用場景，從0到1建立對應(yīng)關(guān)系聚焦對象，搭建效率、投資水平等關(guān)鍵指標(biāo)的模型，從而優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工藝程度和損耗等指標(biāo)。
另外，目前，重力儲能沒有相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，要工程化落地的相關(guān)解決方案以及供應(yīng)鏈。
還有，在當(dāng)前沒有成型的設(shè)備和工程的情況下，為了降低研發(fā)風(fēng)險，要創(chuàng)新一些新的設(shè)計手段，進行仿真分析和虛擬調(diào)試，從而優(yōu)化技術(shù)方案，降低研發(fā)周期和研發(fā)成本。
對于未來重力儲能的發(fā)展方向，史沁鵬認(rèn)為，首先是進行工程化、商業(yè)化的運行示范；其次是要針對新型電力系統(tǒng)對長時儲能的高轉(zhuǎn)換效率，高經(jīng)濟性和構(gòu)網(wǎng)要求，在大單機容量、大能量通道密度、超大落差構(gòu)建路徑和超大型配套裝備，以及系統(tǒng)集成方面進行一些研究。
