近日,國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA) 的科學(xué)家們提出了一個(gè)引人入勝的解決方案,提議將摩天大樓變成巨大的重力電池,該解決方案利用高層建筑中的電梯和空置公寓來存儲(chǔ)能量。
這個(gè)概念很簡單,其實(shí)是利用機(jī)械類儲(chǔ)能中重力儲(chǔ)能的原理:多余的可再生能源可以存儲(chǔ)為勢能,通過使用它將重物提升到更高的位置。然后可以通過使用重力驅(qū)動(dòng)某種發(fā)電機(jī)來釋放這種能量??茖W(xué)家們將此概念稱為電梯儲(chǔ)能技術(shù)(LEST)。
電梯儲(chǔ)能技術(shù)就是重力儲(chǔ)能一種。研究人員還對(duì)電梯儲(chǔ)能技術(shù)(LEST)的成本進(jìn)行了分析。假設(shè)所安裝的電梯已經(jīng)具有再生制動(dòng)能力,而且租用空間將集裝箱存放在上層和下層存儲(chǔ)點(diǎn)的成本為零。因此,唯一的成本需求是集裝箱、為增加集裝箱的質(zhì)量而選擇的材料和自動(dòng)拖車。用于示范系統(tǒng)成本的建筑有5000個(gè)存儲(chǔ)容器,平均高度差為100米,儲(chǔ)能成本估計(jì)為64美元/千瓦時(shí)。下層和上層存儲(chǔ)點(diǎn)之間的高度差越高,LEST儲(chǔ)能的成本就越低。LEST的另一個(gè)好處是,集裝箱和材料的使用壽命(占總成本的79%)超過30年。自動(dòng)拖車的壽命(占總成本的21%)為5年。
重力儲(chǔ)能今年有望迎來技術(shù)驗(yàn)證元年
2022年5月16日,中國天楹與國網(wǎng)就重力儲(chǔ)能技術(shù)研究等達(dá)成戰(zhàn)略合作。雙方將成立協(xié)作團(tuán)隊(duì)、共同推進(jìn)建設(shè)如東100MWh用戶側(cè)重力儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
早在2021年12月13日,中國天楹股份有限公司與中國投資協(xié)會(huì)能源投資專業(yè)委員會(huì)、美國STERA能源公司、天空塔(北京)儲(chǔ)能科技有限公司正式簽訂中國境內(nèi)首個(gè)100兆瓦時(shí)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目戰(zhàn)略合作協(xié)議。中國首次開啟重力儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
值得一提的是,今年2月14日,中國天楹參與投資的重力儲(chǔ)能企業(yè)Energy Vault于紐約證券交易所正式上市,融資總額2.35億美元。
Energy Vault主要從事重力儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)業(yè)務(wù),即通過多余的能量將30噸重的“移動(dòng)模塊”提升到空中,當(dāng)需要能量時(shí)再將模塊下降,原理類似于抽水蓄能。這種移動(dòng)模塊主要由燃燒殘?jiān)?、礦山尾礦、廢玻璃纖維和混凝土碎片等可用廢棄材料制造而成。
該公司銷售副總裁Omar Aoun在接受采訪時(shí)表示,這種重力儲(chǔ)能技術(shù)的往返效率約為80%。而且這種技術(shù)可在90%容量下存儲(chǔ)時(shí)間4小時(shí),同時(shí)其規(guī)模還可以擴(kuò)展。Energy Vault的儲(chǔ)能項(xiàng)目采用25MW儲(chǔ)能容量,持續(xù)時(shí)間為8小時(shí),通過計(jì)算,兩英畝的占地面積、高度100米建筑將提供100MW的電力,因此1GW僅需要20英畝的占地面積。從規(guī)模來看,這種技術(shù)比電池儲(chǔ)能技術(shù)更具成本效益。
目前Energy Vault在瑞士已有一個(gè)正在運(yùn)營的重力儲(chǔ)能示范項(xiàng)目,該項(xiàng)目于2020年7月并網(wǎng)。該公司聲稱其技術(shù)是鋰離子電池成本的51%。目前已有獨(dú)立電力生產(chǎn)商、大型公用事業(yè)公司到大型礦業(yè)公司等各類客戶正在接洽合作,并且已與必和必拓簽署了諒解備忘錄。據(jù)介紹,該公司首個(gè)商業(yè)化項(xiàng)目將于明年年底在德克薩斯州啟動(dòng)。
從全球來看,重力儲(chǔ)能行業(yè)的應(yīng)用整體還處于早期,百兆瓦級(jí)應(yīng)用的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性有待驗(yàn)證。
目前,全球進(jìn)行重力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)業(yè)公司并不多,主要是瑞士的EV公司、美國加州的Gravity Power公司、蘇格蘭的Gravitricity等公司,但最值得關(guān)注的是EV公司,它已實(shí)現(xiàn)SPAC上市。
EV成立于2017年1月1日,是瑞士一家可再生能源存儲(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)商。曾完成多倫融資,其中于2019年和2021年獲軟銀愿景基金1.1億美元和沙特阿美能源風(fēng)頭機(jī)構(gòu)等機(jī)投資,并推出首個(gè)儲(chǔ)能吊塔產(chǎn)品EV1。
作為一種新型的機(jī)械式儲(chǔ)能,重力儲(chǔ)能在2022年有望迎來技術(shù)驗(yàn)證的元年。
重力儲(chǔ)能比抽水蓄能效率高
據(jù)專家測算,重力儲(chǔ)能效率高于抽水蓄能。重力儲(chǔ)能是新興技術(shù),原理并不復(fù)雜,通過電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為勢能,把重力塊提至一定高度擺正,電力系統(tǒng)需要電能時(shí)放下重力塊,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將勢能轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能,轉(zhuǎn)子切割磁力線發(fā)出電能。控制是核心技術(shù)。
抽水蓄能首先建立下庫,下庫河道建壩儲(chǔ)水,垂直高度 500 米以上建立上庫,一般是從 山上挖出上庫,利用水泵水輪機(jī)抽水,將電能變成位能儲(chǔ)存,上庫下庫間有傾斜的輸水道, 傾角 60 度以上,系統(tǒng)需要時(shí),通過輸水系統(tǒng)把上庫的水通過輸水道放下,位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能, 沖擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,電機(jī)切割磁力線發(fā)電。
重力儲(chǔ)能與抽水蓄能原理類似,但是重力儲(chǔ)能沒有動(dòng)能過程,而是位能-機(jī)械能-電能, 抽水蓄能是位能-動(dòng)能-機(jī)械能-電能,能量變換環(huán)節(jié)越少效率越高,所以重力儲(chǔ)能效率高于抽水蓄能。據(jù)介紹,目前抽水蓄能大約為75%;目前中國天楹引進(jìn)的重力儲(chǔ)能技術(shù)效率85%以上。
重力儲(chǔ)能對(duì)站址沒有特殊要求。抽水蓄能要求地質(zhì)條件,下方要有河道可建壩,上方要 有山坳可以挖出上庫。重力儲(chǔ)能在需要的地方建立120~150 米左右的框架式結(jié)構(gòu),對(duì)站址沒有要求。
重力儲(chǔ)能科普
重力儲(chǔ)能基本原理如果就純理論來講,重力儲(chǔ)能是最簡單的一種儲(chǔ)能方式,其原理類似抽水蓄能,就是以重力造成的位能來儲(chǔ)存能源。當(dāng)電力有多余的時(shí)候,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)將重物吊至高處,需要電力的時(shí)候,再利用重物下降的力量來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。根據(jù)國外目前相關(guān)資料報(bào)道,主要有活塞式重力儲(chǔ)能、懸掛式重力儲(chǔ)能、混凝土砌塊儲(chǔ)能塔、山地重力儲(chǔ)能等重力儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)。
優(yōu)點(diǎn):原理簡單,技術(shù)門檻較低;同時(shí)由于采用物理介質(zhì)儲(chǔ)存能量,所以其儲(chǔ)能效率高達(dá)90%,輸出功率從0增加到100%只需要2.9秒,使用壽命在30年以上;并且不需要像抽水蓄能電站那樣對(duì)選址有較高要求,所以其建設(shè)成本僅為抽水蓄能的三分之一,度電成本也只有抽水蓄能的三分之二。
缺點(diǎn):能量密度低,建設(shè)規(guī)模過大。重力儲(chǔ)能所需的高塔平均在百米以上,而其輸出功率僅相當(dāng)于一個(gè)同等高度的風(fēng)力發(fā)電機(jī);此外,這項(xiàng)技術(shù)對(duì)塔吊的精度要求非常高。幾十米長的纜繩,需要做到讓5000塊磚,每一塊的位置誤差都小于幾毫米;每座高塔需要上千個(gè)水泥塊,而澆筑水泥塊則需要排放大量的二氧化碳,稍不注意就會(huì)造成碳排放比提高新能源發(fā)電比例省下來的還多。
原標(biāo)題:重力儲(chǔ)能技術(shù)驗(yàn)證加速