它真的來(lái)了!隨著首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目落戶江蘇，今年也成為我國(guó)重力儲(chǔ)能落地的元年。一時(shí)間，包括國(guó)家電網(wǎng)在內(nèi)的眾多實(shí)力企業(yè)紛紛將關(guān)注目光投向這片待開(kāi)發(fā)的處女地。究竟何為重力儲(chǔ)能?相較其他儲(chǔ)能技術(shù)有何優(yōu)勢(shì)?未來(lái)前景如何?

什么是重力儲(chǔ)能?

重力儲(chǔ)能是一種機(jī)械式儲(chǔ)能，根據(jù)介質(zhì)不同分為液體介質(zhì)儲(chǔ)能系統(tǒng)和固體介質(zhì)儲(chǔ)能系統(tǒng)。固體介質(zhì)儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于高度落差，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)進(jìn)行升降來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過(guò)程。升降主要借助山體、地下豎井、人工構(gòu)筑物等，重物一般選擇密度較高的金屬、水泥、砂石等。液體介質(zhì)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要采用電動(dòng)發(fā)電機(jī)和水泵渦輪機(jī)進(jìn)行勢(shì)能和電能轉(zhuǎn)換，一般通過(guò)水閥、電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電流等參數(shù)進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程。

(相關(guān)資料圖)

除了利用介質(zhì)不同外，根據(jù)發(fā)電形式不同還可分為活塞式重力儲(chǔ)能、懸掛式重力儲(chǔ)能、混凝土砌塊儲(chǔ)能塔和山地重力儲(chǔ)能。

重力儲(chǔ)能的成長(zhǎng)之路

作為一種全新的儲(chǔ)能技術(shù)，重力儲(chǔ)能在2019年之前還基本處于種理論構(gòu)想階段。國(guó)內(nèi)外相繼提出基于抽水蓄能、建筑高度差、山體落差、地下豎井等多種設(shè)想技術(shù)路線。瑞士Energy Vault公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EV)率先整合多領(lǐng)域技術(shù)，在抽水蓄能的核心原理和技術(shù)之上，率先提出“混凝土塊儲(chǔ)能塔”解決方案。

2020年之后，重力儲(chǔ)能開(kāi)始沖破設(shè)想，很多公司投身儲(chǔ)能技術(shù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，主要包括如下幾種設(shè)計(jì)方案：

其中EV公司和美國(guó)Gravity Power公司的重力儲(chǔ)能項(xiàng)目落地迅速，2020年，EV公司位于印度的全球首個(gè)35MWh重力儲(chǔ)能項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。旗下Atlas Renewable公司在今年1月獲得了技術(shù)授權(quán)，與中國(guó)天楹、蘇中集團(tuán)在我國(guó)江蘇如東開(kāi)展100MWh重力儲(chǔ)能及設(shè)備制造項(xiàng)目。同時(shí)EV與DG Fuels在美國(guó)路易斯安那州合作的500MWh重力儲(chǔ)能項(xiàng)目計(jì)劃在今年開(kāi)始建設(shè)。美國(guó)Gravity Power公司在歐洲計(jì)劃建設(shè)的首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目也進(jìn)入選址期。

重力儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)在哪里?

隨著重力儲(chǔ)能突破重圍走向?qū)嶋H建設(shè)階段，很多人不禁疑問(wèn)，與其它儲(chǔ)能方式相比，重力儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)究竟在哪里?畢竟在儲(chǔ)能領(lǐng)域目前已經(jīng)出現(xiàn)了以抽水蓄能為代表的傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)，以飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣和電化學(xué)儲(chǔ)能為主的新型儲(chǔ)能技術(shù)。如果對(duì)重力儲(chǔ)能在優(yōu)劣勢(shì)方面沒(méi)有一個(gè)明確的評(píng)估，將很難引起投資者的興趣。

下面我們就參考多方數(shù)據(jù)，從成本投入、度電成本和使用壽命等指標(biāo)來(lái)對(duì)重力儲(chǔ)能電站和其他儲(chǔ)能電站進(jìn)行指標(biāo)橫向比較。

通過(guò)上述關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比我們看到，重力儲(chǔ)能在成本投入方面具有較大優(yōu)勢(shì)，初始建設(shè)成本僅需約為3元/Wh，低于抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能成本。度電成本約為0.5元/kWh，更低于絕大部分電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

在放電時(shí)長(zhǎng)方面，重力儲(chǔ)能可達(dá)到10小時(shí)以上，媲美抽水蓄能，遠(yuǎn)高于電化學(xué)儲(chǔ)能放電時(shí)長(zhǎng)。平均壽命也達(dá)到30~35年的較高水平。

重力儲(chǔ)能的不足之處在于功率等級(jí)方面，限于目前技術(shù)水平有限，計(jì)劃中或已落地的儲(chǔ)能項(xiàng)目基本都處在百兆瓦級(jí)別，還不能達(dá)到抽水蓄能吉瓦級(jí)別的超大功率。

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和項(xiàng)目ESG綜合分析，重力儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)總結(jié)起來(lái)主要是以下幾點(diǎn)：

1.安全性高，對(duì)環(huán)境破壞小

因重力儲(chǔ)能無(wú)論在重物運(yùn)輸還是機(jī)械發(fā)電過(guò)程中，都是利用物理原理，不涉及化學(xué)反應(yīng)，幾乎沒(méi)有有害物質(zhì)排放。而且電站建設(shè)一般都依托于廢棄礦井或高塔，對(duì)自然環(huán)境影響小。

2.適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)建設(shè)環(huán)境要求不高

就目前相對(duì)成熟的儲(chǔ)能塔重力儲(chǔ)能技術(shù)而言，更多利用向上空間，對(duì)土地面積要求不高。同時(shí)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，因此在選址上具有更好的適應(yīng)性。

3.壽命長(zhǎng)

根據(jù)上述儲(chǔ)能電站指標(biāo)分析我們可以看到，重力儲(chǔ)能電站平均壽命在30~35年左右，和儲(chǔ)能領(lǐng)域公認(rèn)壽命較長(zhǎng)的抽水蓄能相當(dāng)。電站一般利用混凝土塊等可再生材料為主，在循環(huán)利用和維修方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

4.成本較低

由于重力儲(chǔ)能電站可利用廢棄礦井、廢棄高塔為建筑主體，同時(shí)蓄能重物也可以采用再生資源，因此建造成本較低。同時(shí)電站運(yùn)行過(guò)程中不易受自然環(huán)境變化影響，重物勢(shì)能在儲(chǔ)存期間能量不會(huì)流失。因此在度電成本和綜合效率上也具有優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，身為一項(xiàng)并不成熟的技術(shù)，重力儲(chǔ)能目前來(lái)看劣勢(shì)也比較突出。

1.容量規(guī)模小

限于技術(shù)的制約，目前已落地的重力儲(chǔ)能項(xiàng)目最大功率為100MW，低于電化學(xué)儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能，和抽水蓄能相比更是相形見(jiàn)絀。

2.建設(shè)及運(yùn)維存在安全風(fēng)險(xiǎn)

以目前最成熟的混凝土砌塊儲(chǔ)能塔來(lái)看，在運(yùn)行過(guò)程中需要不斷上下吊裝大型混凝土塊，無(wú)論對(duì)高塔本身還是周邊安全都會(huì)產(chǎn)生一定風(fēng)險(xiǎn)。

3.發(fā)電穩(wěn)定性

還是以混凝土砌塊儲(chǔ)能塔為例，因混凝土塊圍繞高塔向上堆疊，堆疊高度的不同使得每個(gè)混凝土塊蘊(yùn)含的勢(shì)能不同。在向下釋放時(shí)起吊時(shí)間也不同。因此如何保證發(fā)電穩(wěn)定性還需要不斷進(jìn)行技術(shù)完善。

重力儲(chǔ)能的未來(lái)在哪里?

作為一項(xiàng)剛剛完成蛻變落地不久的儲(chǔ)能技術(shù)，無(wú)論從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還是項(xiàng)目運(yùn)行上，能夠得到的有限數(shù)據(jù)還不足以全面去論證一門(mén)技術(shù)。現(xiàn)有的技術(shù)指標(biāo)中的不足也很有希望隨著未來(lái)技術(shù)成熟而改善。但隨著傳統(tǒng)能源走向枯竭，以及我國(guó)明確提出的“雙碳”目標(biāo)。能夠與生態(tài)環(huán)境友好共生的重力儲(chǔ)能已經(jīng)抓住了未來(lái)向上發(fā)展的關(guān)鍵。

雖然重力儲(chǔ)能目前僅如同剛剛打下地基，但從韓國(guó)鋅業(yè)公司5000萬(wàn)美元注資EV、EV成功登陸紐交所、歐洲銀行明確資金支持英國(guó)Gravitricity，再到今年國(guó)家電網(wǎng)正式入局，加快推動(dòng)我國(guó)首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目盡快落地。新技術(shù)開(kāi)拓者們都在不停的為這座大廈砌起塊塊磚石。重力儲(chǔ)能帶來(lái)的一股世界風(fēng)潮已經(jīng)刮起，抓住先機(jī)可能就意味著將贏得未來(lái)的儲(chǔ)能市場(chǎng)。它已經(jīng)到來(lái)，你準(zhǔn)備好了嗎?

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