重力储能的8大应用场景

来源: 聚展网2023-10-30 19:42:26 478分类: 储能资讯

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经过几年的沉淀，重力储能逐渐向灵活发展，场景运用更趋多元化，衍生的“名词”也是奇绝冠众生。重力储能之“搬砖储能” 一台70米的起重机在无垠的沙漠中矗立，6条机械吊臂悬挂着约30吨的砖头，由高到低缓缓落下，砖块由矿山尾料、燃煤灰渣等废弃物组成。这是位于瑞士Arbedo-Castione市的第一个重力储能原型，系Energy Valut公司的伟大创举。

2022年，EV公司从高塔，转向20层高的庞然大物——模块化建筑（EVRC）。这个像积木一样垒起的晶莹堡垒，通过“上升”、“下降”的机械化流程、以及能量管理系统来控制电的输入和输出，从而储存和释放电力。当电能充足时，EVRC利用能量将30吨的砖块“搬”到120m高处，将电能存储起来，当需要用电时，EVRC通过控制砖块“下降”，经由动能转化为的电能，源源不断地流回电网。 EVx是EVRC的模块砖，每个EVx模块砖大概有1300个30吨左右的重物，可以转化的电能为10MW。重力储能项目不仅成本低，而且寿命长。初始投入成本约3000元/kWh，度电成本在0.5元/kWh，系统转换效率为85%以上，寿命可达25-40年。如今，中国江苏如东地区，由中国天楹投资建造的电网级重力储能电站目前正在调试阶段，预计于今年四季度并网、商用。这个带有东方远古气息的幽绿“魔方”，总投资为10亿元，建设规模是100 MWh，发电功率达25 MW，将成为全球首个商用级的重力储能电站。重力储能之“电梯储能” 去年，奥地利国际应用分析研究所的科学家，提出了“电梯”储能技术（LEST）概念。电梯储能一般有2个相互连接的存储站点，一个位于高层建筑的底部，另一个位于建筑物顶部。在电梯下降时收集能量，在电梯上升时，释放能量。一般而言，电梯搭载的物体越重，重力势能就越大，转换的电能也就越多。所以，电梯里需要存储一些重物。有人会说，这也太麻烦了：一是重物会挤占人的时间和空间，二是电梯要进行一系列拖入拖出的工作，根本不可行。其实不然，电梯储能系统十分智能。它会判断电梯的日常使用情况。当电梯使用较少的时候，或者处于空窗期，才进行重物的运载，而配备的拖车机器人也会负责拾捡重物，重物一般会存放在一些偏僻的空间里。重力储能之“矿井储能” 今年2月，同样是上面提到的奥地利的团队，他们提出了一种基于矿井的地下重力储能系统（UGES），可在电价居高的时候，向地下矿井填充沙子发电，在电价便宜时，又从矿井中取出沙子储存能量。但有人不免发问？光靠人力去填沙，不仅耗人，肯定也发不出电。其实，地下重力储能系统是由竖井、电动机、发电机、上下存储点和采矿设备构成的一个整体。竖井两侧的发电机组将每部电梯上下移动，在下降过程中发电，在返回的过程中使用部分电力。为了获得最大效率，升降机会在地面装载沙子，在矿井底部移除沙子，然后空载而归。当电网中的能量过剩时，电梯也会携带部分沙子返回地面。一般而言，矿井越深、越宽，体积越大，储能能力就越强，可获得的电力也就越多。重力储能之“铁路储能” 2016年4月，美国能源公司Advanced Rail Energy Storage (ARES) 拿下了内华达土地管理局5500万美元的项目，旨在利用轨道机车储能。公司建造了一条6英里长的上坡铁路轨道，配有重装机车，机车是实心机混凝土，每辆重约4300吨，最高时速达16英里。储电时，利用余电推动机车至坡顶“车站”，电能储存为重力势能；发电时，释放机车下坡，重力势能转化为电能，开始发电。据估算，该系统配置成本约为性能相当的抽水电站的60%，使用寿命为40年，更有公司披露，系统的转换效率高达86%。项目早就2017年第二季度就开始动工，建设工期为9个月。目前首个轨道机车储能商业项目正在推进，将在美国内华达州帕伦普以南落地，建成“风光储”一体化电站。重力储能之“飞车储能” 远远看来，“缆车储能” 就好像高山缆车。缆车储能解决方案最早在2019年提出，由陡峭山坡、起重机、储存容器（废料、砂石）、电缆等组成。存储电的原理与“铁路式储能”大同小异。储电时，利用余电驱动发动机将装满砂石的缆车从山坡底移至山顶，电能转化为重力势能。发电时，将缆车从山坡顶部下降到底部，势能转化为电能。另外，还可与水力发电相结合，在用电高峰期用水填充储存容器，可以实现长时储能，连续存储能量数月。公开数据显示，储能容量可达到0.5-20MWh，发电功率500~5000kW。重力储能之“深海”储能 2016年，德国弗劳恩霍夫风能和能源系统技术研究所（IWES）开发的新型海洋泵浦存储系统，在德国边境的博登湖开展了第一次水上测试。工作原理是：直径为30米、壁厚2.7米、存储容量为12000立方米的中空球体，被放置海底，利用深海里的高压海水存储能量。储能时，海水被电泵抽取到球体之外，发电时，高压海水从管道中流入空心的球体中，推动水轮机发电。届时，研究人员在博登湖展开了为期4周的深海测试。实验结果表明：在相同容积增量下，储电能力随着深度线性增加，在700米深度时，30米直径的海上储能系统的储电能力大约为20MWh。在沿海地区，特别是在人口稠密地区的海岸附近，例如环渤海地区，使用海洋泵浦存储系统就有很大的潜力。重力储能之储能灯重力储能不仅应用于工商业领域，也旨在挖掘生活空间。当我们享受着电的便利，全世界仍有超过13亿的民众、约18%的人口无电可用，大多数只能靠煤油照明。有人用重力储能系统，发明了重力灯，仅仅依靠一块砖头就能实现储能。重力灯悬吊着装满石头、砂土的袋子，透过地心引力向下牵引来驱动装置以产生电力，下坠3秒可产生25分钟的光，该项计划仍在全球25个地区试行，步入商业化指日可待。重力储能之“抽水蓄能” 抽水蓄能，是古老而常见的储能方式，选用的重物是天然的水。通过水势能和电能的互相转换，进行能量的存储和转换，具有储电容量大（100-3000MW）、效率高（65-85%）、寿命长（40-60年）、储能周期不受限制等优点。 1882年，瑞士建造了世界第一座抽水蓄能电站。往后，抽水蓄能装机量在全球范围内持续增长。近期，水电水利规划设计总院和中国水力发电工程学会抽水蓄能行业分会近日联合发布的《抽水蓄能产业发展报告2022》显示，截至2022年底，我国已建抽水蓄能装机容量4579万KW。目前，已纳入规划的抽水蓄能站点资源总量约8.23亿KW，其中已建、核准在建装机规模1.67亿KW，未来发展潜力巨大。不过，选址问题、投入产出失衡、审批流程繁琐等问题凸显，严重限制了抽水蓄能电站的发展。最后提到重力储能是长时储能的一种。这种持续时间更长、规模更大的储能技术，未来的发展潜力不可估量。正如马斯克说的那句话，这些看似新奇的储能技术，日后不久，也许能真正改变世界。也正如近期发布的储能政策警醒：没有长时储能，将无法完成碳中和。可见，重力储能是时候显露头角了！