再生能源革命:重力电池能解决我们的能源问题吗对吗「动力电池产能过剩」

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利用宇宙基本力量之一的尖端技术是否有助于解决我们的储能挑战？

再生能源革命的核心有一个谜语。当风吹，太阳照射，海浪滚滚时，就会产生丰富的绿色电力。但是，当天空变暗，条件平静时，我们该怎么办？

今天，答案是提高传统电力生产，通过燃烧化石燃料为电网供电。这是20世纪解决21世纪问题的解决方案 -与碳中和计划形成鲜明对比。

一些能源专家说，更清洁的未来将意味着专注于越来越大的锂离子电池。其他人则认为，绿色氢气是世界上最大的希望。还有一些人把赌注押在化学上，而不是围绕着我们所有人的无限力量：重力。

“什么上升，什么就必须下降”——这是支撑重力电池的不变的牛顿逻辑。这个新的储能技术领域在原则上非常简单。当绿色能源充足时，用它来将巨大的重量拖到预定的高度。当可再生能源受到限制时，释放负载，用向下的重力拉力为发电机供电。

类似的方法，“抽水蓄能”，占全球当前高容量储能的90%以上。使用多余的电力将水漏斗上坡，然后在需要时通过水力发电机将其引导下来。这是一个久经考验的系统。但是，在可伸缩性方面存在重大问题。水电项目规模庞大，成本高昂，资本成本高昂，而且它们有严格的地理要求 - 令人眩晕的地形和丰富的水果。如果世界要实现零排放，它需要一个几乎可以位于任何地方的大规模储能系统。

重力蓄电池的工作方式与抽水蓄能电池类似，包括将水输送上坡，然后通过涡轮机释放水以产生能量（

总部位于爱丁堡的绿色工程初创公司Graavitricity正在努力实现这一目标。去年4月，该集团成功试用了其首个重力电池原型：一座15米（49英尺）的钢塔，悬挂着50吨重的铁。电动机一寸一寸地将巨大的金属箱举向天空，然后逐渐将其释放回地球，为一系列具有向下阻力的发电机供电。

Gravitricity的高级测试和仿真工程师Jill Macpherson说，演示器安装是“小规模的”，但仍然产生了250kW的瞬时功率，足以短暂维持大约750个家庭。同样令人鼓舞的是，该团队了解到他们的系统具有潜在的寿命。

“我们证明，我们可以控制系统以延长某些机械部件的使用寿命，例如起重电缆，”Macpherson说。“该系统的设计还使单个组件可以轻松更换，而不是在整个生命周期内更换整个系统。因此，拥有长达数十年的使用寿命确实有空间。

虽然重力原型指向上方，但该公司的重点现在位于地下。去年，工程师们一直在英国、东欧、南非和智利寻找退役煤矿。其基本原理非常简单：“当我们能够利用地球的地质来支撑我们的重量时，为什么要建造塔楼呢？

这似乎是一个巧妙的解决方案。地球被废弃的矿井标记，足够深，可以容纳一个全尺寸的重力装置，该装置将向下延伸至少300米（984英尺），甚至可能更远。布莱尔说，也有实现这一目标的政治意愿，政策制定者热衷于利用公众对所谓“公正过渡”的热情 - 一种新的低碳经济的概念，以确保化石燃料工人及其社区的生计。因此，在有足够的资金的情况下，地下原型（最有可能位于捷克共和国）应该在2024年之前投入使用。但首先，必须克服一系列挑战。

“我们需要仔细观察现有的土木结构 - 竖井衬砌，竖井的周围环境 - 并确保它们绝对健全，能够承受数千吨，”布莱尔解释说。“甲烷气体和被洪水淹没的矿山也存在潜在的安全问题。

考虑到这一点，Gravitricity也在考虑凿沉自己的专用竖井：这项工作将花费更多的前期成本，但有望进一步提高统一性。

然而，并非所有创新者都看到了表面下解决方案的优点。在瑞士南部的一个山谷中，来自重力电池领域的另一个领导者Energy Vault的引人注目的钢铁和混凝土原型高20多层。当绿色电源超过需求时，几个AI控制的起重机中的一个将一对30吨的块向上提升。当需求超过供应时，它们就会回落，为成千上万的家庭产生足够的能量。

凭借其技术经过试验和测试， 并获得了价值约4.02亿美元（3.25亿英镑）的投资 – Energy Vault已准备好开始商业推广。为此，该公司设计了比棱角分明的瑞士原型更美观的东西：一个名为“EVx”的模块化建筑，在手推车系统上存储数千个重量。

“把它想象成一个能源电梯的仓库“当清洁电力进入时，由回收材料制成地块上升，当电网需要供应时，它们会回落。存储容量为100MWh的EVx可以每天为大约25，000个家庭供电。

每个装置的大小和布局将决定其整体存储容量，但即使在低端，建筑物也将覆盖数十英亩。这会有问题吗？Piconi说，不，因为这些系统可能位于远离城市中心的风能和太阳能农场附近。

“我们也不必挖任何深洞，也不必在现场有任何其他重大的限制因素。基本上，任何可以建造20层建筑的地方都会起作用，

这一信息似乎引起了共鸣：Energy Vault的订单正在迅速填满，来自欧洲，美国，中东，澳大利亚和中国的兴趣来自世界各地。后者特别令人兴奋，他希望这可能意味着世界上最大的温室气体排放国改变方向。

平衡电网

这可能是一厢情愿的想法，但迟早，所有国家都必须接受某种形式的绿色储能。这包括长时间存储，在可再生能源发电量低时长时间保持灯关闭，以及在电网需要额外供应时短时间发电。

第二点与绿色能源开发商面临的一个严重问题有关：电网被设计为与传统发电站合作，而不是可再生能源。

“在任何时候，电网都需要平衡，”“运营商必须不断匹配供需，但当你拥有像风能或太阳能这样固有的间歇性的东西时，这很棘手，它们容易受到突然变化的影响。

重力电池的绝对重量加上其令人难以置信地缓慢下降会产生巨大的扭矩，使系统几乎可以瞬间提供最大功率。这使得该技术特别擅长维持电网平衡，通过消除逐秒波动来降低严重基础设施损坏和停电的风险。

锂呢？

然而，为我们的手机，笔记本电脑和电动汽车提供动力的锂离子电池可以同样快速地增加，并且具有与重力解决方案相似的往返效率数据。近年来，锂电池的成本也大幅度下降。那么，为什么不简单地制造更大的化学电池呢？

在回答这个问题时，重要的是不仅要考虑前期支出，还要考虑系统的总生命周期成本。重力电池是机械装置，因此，它们可以破裂。也许是电缆卡住，或者变速箱卡住，或者出现一片生锈。这些问题是有问题的，但它们并不是致命的 - 单个组件可以相对容易地更换。这种“可修复性”意味着重力电池可以使用长达50年，

这与他们的化学对应物是不同的故事。“锂离子电池会退化，这意味着它们的存储容量会随着时间的推移而不可挽回地下降，”他的研究发现锂电池的寿命成本是机械替代品的两倍。“如果你试图保持寿命，化学电池每天可以循环多少次也受到限制，这是重力系统不必担心的事情，因为它们的部件可以更容易地更换。

再加上对人权滥用的担忧，钴矿开采与童工和环境破坏有关，贝拉达确信储存绿色能源的非锂手段至关重要。因此，她和她的团队正在研究自己的水基重力电池原型，由西班牙和摩洛哥政府资助。

多余的绿色动力将用于向上移动淹没的活塞，而不是举起大的固体重量，回程迫使高压水通过发电机。加利福尼亚州和德国正在开发类似的系统，而内华达州的研究人员正在探索一种独特的，受铁路启发的解决方案。

其中有多少会实现，很难说。毫无疑问，世界需要大胆而富有创意的气候解决方案。重力电池，利用一种真正无限的，无处不在的力量，几乎肯定可以发挥作用。