重力储能系统「重力系统」

今天带来重力储能系统「重力系统」，关于重力储能系统「重力系统」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

随着可再生能源的不断发展，电网对各种储能技术的需求日益增长。重力储能是一种环保性和经济性均具有竞争力的物理储能，近年来受到了越来越广泛的关注。

重力储能是什么？有哪些优势和缺点？目前发展如何？本文将围绕这些问题对其进行介绍。

重力储能示意图 来源：中国储能网

原理

先举个很简单的例子，2022年北京冬奥会期间，世界规模最大的抽水蓄能电站在河北丰宁投产发电。抽水蓄能电站有上、下两个水库，在夜间人们用电较少的低谷期，利用富裕的风电、太阳能生产的电能，将水从下水库抽到上水库储存起来，完成蓄能。到了白天或晚上用电高峰期，再把上水库的水放下去，用水电站的原理发电。丰宁抽水蓄能电站不仅满足了北京冬奥会全部冬奥场馆100%使用绿色电力，未来12台机组全部投运后，总装机规模360万千瓦，每年可消纳过剩电能88亿度，转化发电66亿度，可满足260万户家庭用电，年节约标准煤48万吨。

图为丰宁抽水蓄能电站下水库

丰宁抽水蓄能电站所利用的就是重力储能原理中的液体介质储能，它是一种机械式储能，液体介质储能系统主要采用电动发电机和水泵涡轮机进行势能和电能转换，一般通过水阀、电动发电机的电流等参数进行控制以实现充放电过程。

除液体介质储能之外，根据介质的不同，重力储能还有固体介质储能系统。固体介质储能系统是基于高度落差，通过对储能介质进行升降来实现储能系统的充放电过程。升降主要借助山体、地下竖井、人工构筑物等，重物一般选择密度较高的金属、水泥、砂石等。

除了利用介质不同外，根据发电形式不同还可分为活塞式重力储能、悬挂式重力储能、混凝土砌块储能塔和山地重力储能。

简单而言，利用富余能量，赋予一定质量物体势能并储存，完成蓄能，就是重力储能。之后通过释放物体，势能可以再转化为电能及其他能量，供人们使用。

为了更容易的区分，以下讨论的重力储能为固体介质重力储能，液体介质重力储能称作抽水蓄能。

特点

根据图表能够看出，相比于抽水蓄能、压缩空气储能、点化学储能，重力储能优势更多，具体包含以下几点：

1、安全环保

无论在重物运输还是机械发电过程中，重力储能都是利用物理原理，不涉及化学反应，几乎没有有害物质排放。而且电站建设一般都依托于废弃矿井或高塔，对自然环境影响小。

2、适应性强

就目前相对成熟的储能塔重力储能技术而言，更多利用向上空间，对土地面积要求不高。同时采用混凝土块蓄能模式，不涉及水、石头等自然资源，因此不需要临山或依水而建，在选址上具有更好的适应性。

3、寿命长

发电循环寿命长、成本低。重物以混凝土或当地材料为主材，或者利用其他再生材料，能循环使用数十年，运行过程中重物损耗小。

4、成本较低

由于重力储能电站可利用废弃矿井、废弃高塔为建筑主体，同时蓄能重物也可以采用再生资源，因此建造成本较低。并且电站运行过程中不易受自然环境变化影响，重物势能在储存期间能量不会流失。若取材利用合适，重物成本可以大大降低。技术发展成熟后，重力储能发电的成本相对较低。综上所述重力储能电站在度电成本和综合效率上均具有优势。

5、时间长且无自放电问题。

重力储能电站上下仓扩展相对容易，重物势能储存期间不会有损失，具备长时间储能的便利条件和先天优势。

作为目前尚未成熟的技术，重力储能劣势也较为明显：

1、容量规模小

限于技术的制约，目前已落地的重力储能项目最大功率为100MW，低于电化学储能和压缩空气储能，和抽水蓄能相比更是相形见绌。

2、建设及运维存在安全风险

以目前最成熟的混凝土砌块储能塔来看，在运行过程中需要不断上下吊装大型混凝土块，无论对高塔本身还是周边安全都会产生一定风险。

3、发电稳定性

还是以混凝土砌块储能塔为例，因混凝土块围绕高塔向上堆叠，堆叠高度的不同使得每个混凝土块蕴含的势能不同。在向下释放时起吊时间也不同。因此如何保证发电稳定性还需要不断进行技术完善。

难点

根据目前发展情况，要实现规模化、产业化开发重力储能电站，仍有较多困难需要克服，主要为以下几点：

1、开发电网储能级别的重力储能电站需要一定的容量规模，相关硬件设备需要响应快、调节灵敏。如何稳定、高效运行是研制势能转化设备需要解决的重点之一。

2、重力储能电站上下仓分别高位、低位独立布置，使得占地较大，这也直接影响重力储能电站的土地占用、空间利用等情况，直接影响项目成本，需重点研究和规划。

3、材料和选址应发挥最优效应。重力储能电站的重物数量较大，重物材料采用混凝土为主材较为合适，同时还应该尽量利用已有废弃材料或就地取材，如建筑垃圾、砂石等，以降低对环境的不利影响，还能大幅降低成本。另外，在风力发电站附近，将现场处理、加工废弃的风机作为重物，也是一种可选择的方式。

产业链

在2019年之前，重力储能主要是一种理论构想，经过了两年的技术试验期之后，它在2022年有望走向产业化的初期。初具规模后，产业链上游将以建设原材料（水泥、金属、钢铁等）和装备为主，中游为储能系统集成商，下游应用分布在发电侧、电网侧以及用户侧。而中游储能系统集成商或将成为重力储能产业链主角。

上游原材料价格稳定，重力储能建设设备供给充足。重力储能上游为基建原材料以及机械设备。重力储能需要用到金属、水泥等能量密度较高的物质作为重物，因此所选择的材料以及设备均属于基建类。基建类大宗原材料价格大都处于区间内波动，大幅上涨情况较少。此外，根据2021年数据，我国起重机出口量远高于进口量，因此可以判断我国起重机产量充足，足以满足国内需求。

产业链中游为重力储能产业链的重点，主要以储能系统安装商和运维商组成。重力储能系统安装方面：重力储能对于控制要求较高，储能系统安装存在一定技术壁垒，以“基于高度差的重力储能”为例，该项目对于建筑的稳定性要求较高，且在运行过程中需要对吊塔和行吊进行精准控制，因此，处于中游的储能系统安装商的技术水平将直接影响该储能项目的运行情况；重力储能系统运维方面：重力储能系统运维提高储能项目充放电效率，以“海下储能系统”为例，储能系统位于海洋内，对于该储能系统中空中球体、海缆以及管道的维护均有一定的技术壁垒。

下游应用可围绕发电侧、电网侧、用电侧全方位打开。发电侧：风力电站以及光伏电站等新能源发电比例上涨，发电侧配储需求强烈；电网侧：电力供应以及需求不匹配，叠加新能源发电无法供应稳定电力，电网侧为应对用电峰谷，保证电网电力供应需求相对平稳，导致储能需求爆发；用电侧：峰谷价差拉大，导致用电端套利空间逐步打开，工商业以及户用储能意识增强。

在资源日益匮乏，环境日益恶化的今天，人类对能源的利用方式和利用效率在不断改进，储能也正是人们在不断探索、优化的技术之一。重力储能正是近年来才出现的新技术，也许在未来，在大城市郊区耸立的高塔，不是水塔，不是烟囱，不是电视塔，而是一座座重力储能电站。

来源：中关村硬创空间