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7種重力儲(chǔ)能,你都見過嗎?

作者:數(shù)字儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 來源:能源電力說 發(fā)布時(shí)間:2023-05-04 瀏覽:

中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:通過抽水、搬磚、運(yùn)砂石、吊重物來儲(chǔ)能?

這是一種新型儲(chǔ)能技術(shù)——重力儲(chǔ)能。利用建筑物、山體、地形等高度差,通過將“重物”運(yùn)上運(yùn)下,實(shí)現(xiàn)電能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換,進(jìn)而儲(chǔ)電與發(fā)電。

1.“搬磚”儲(chǔ)能

2020年Energy Vault公司在瑞士Arbedo-Castione市,建立了“搬磚儲(chǔ)能”的原型——“塔式搬磚儲(chǔ)能”。一臺(tái)70米的起重機(jī)高高聳立,六條吊臂從頂部伸出,上下搬動(dòng)每塊重35噸的磚塊,這些磚塊由土壤和廢品制成。

2022年EV公司從高塔,轉(zhuǎn)向20層的模塊化建筑,它將其稱之為“Energy Vault Resiliency Center”(EVRC)。EVRC采用建筑機(jī)械流程和能源管理系統(tǒng)來儲(chǔ)存和釋放電力。當(dāng)可再生能源發(fā)電高時(shí),EVRC利用能量將30噸的磚塊“搬”到120m高處,將勢(shì)能存儲(chǔ)起來,當(dāng)需要電時(shí),EVRC通過控制磚塊下降,將動(dòng)能釋放回電網(wǎng)。

“搬磚儲(chǔ)能”系統(tǒng)可與可再生能源系統(tǒng)協(xié)作,也可以作為獨(dú)立儲(chǔ)能系統(tǒng)。EVx是EVRC系統(tǒng)的模塊化建筑磚,每個(gè)EVx模塊磚大概有1300個(gè)30噸左右的重物被放置在支架上,可以轉(zhuǎn)化電量10MWh。據(jù)公開數(shù)據(jù),儲(chǔ)存100MWh能量大概需要9713m2土地?!鞍岽u儲(chǔ)能”系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率為85%以上,壽命達(dá)25-40年。據(jù)EV公司公開數(shù)據(jù),重力儲(chǔ)能項(xiàng)目初始投入成本在3000元/kWh左右,度電成本在0.5元/kWh左右,具備一定成本優(yōu)勢(shì)。

中國首個(gè)25MW/100MWh“搬磚儲(chǔ)能”項(xiàng)目計(jì)劃于2023年三季度并網(wǎng)發(fā)電。

2.電梯儲(chǔ)能

今年,奧地利維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)在《能源》雜志上,提出一種通過重力存儲(chǔ)技術(shù),將摩天大樓變身為巨型電池的解決方案——電梯儲(chǔ)能系統(tǒng)(LEST),利用電梯和高層建筑的垂直高度來儲(chǔ)存和釋放能量。

3.“海底巨蛋”儲(chǔ)能

2021年,德國法蘭克福歌德大學(xué)榮譽(yù)教授Horst Schmidt-B?cking和薩爾布呂肯大學(xué)Gerhard Luther博士于提出了形似海底“巨蛋”的儲(chǔ)能方式。2016年,德國弗勞恩霍夫風(fēng)能和能源系統(tǒng)技術(shù)研究所(IWES)進(jìn)行了20MWh“海底巨蛋”儲(chǔ)能的水下測(cè)試。

這種儲(chǔ)能方式工作原理是:制造直徑30米、壁厚3米的混凝土空心球,將其放置海底,球的中心是真空的。儲(chǔ)能時(shí),海水被電泵抽到球體之外;發(fā)電時(shí),高壓海水從管道中流入空心球體中,水流推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。在海下,完成電能的存儲(chǔ)和釋放。

2016年IWES在博登湖進(jìn)行了持續(xù)四周的試驗(yàn),系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安裝深度大約在600~800米。相同容積增量下,儲(chǔ)電能力隨著深度線性增加,在700米深度時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)電能力大約為20兆瓦時(shí),轉(zhuǎn)換效率為65%~70%。

4.活塞式儲(chǔ)能

2016年,美國Gravity Power公司基于抽水蓄能機(jī)組提出活塞式重力儲(chǔ)能,2021年Gravity Power開始在巴伐利亞建設(shè)兆瓦級(jí)示范工程。

活塞式儲(chǔ)能,可以看做一個(gè)“水電池”,按采礦業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)挖出豎井,在豎井中建造一個(gè)由加固巖石制成的活塞,在豎井中添加水并密封,形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)電力富裕時(shí),由水泵水輪機(jī)抽水加壓,提升活塞,存儲(chǔ)能量;發(fā)電時(shí),活塞下落,其勢(shì)能傳遞給水流,由水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

據(jù)Gravity Power的公開數(shù)據(jù),活塞式儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)等級(jí)的長時(shí)間(約 6~14h)儲(chǔ)能目標(biāo)提供40MW/160MWh至1.6GW/6.4GWh電量,轉(zhuǎn)換效率可達(dá)75%-80%。

5.軌道機(jī)車儲(chǔ)能

2014年,美國能源公司Advanced Rail Energy Storage(ARES)提出了軌道機(jī)車儲(chǔ)能解決方案。

ARES公司建造了一條6英里長的上坡軌道,配有重裝機(jī)車,機(jī)車是實(shí)心機(jī)混凝土,每輛重達(dá)300噸,最高時(shí)速為16英里。儲(chǔ)電時(shí),利用余電將推動(dòng)高效電機(jī)將機(jī)車推至坡頂“車站”,電能儲(chǔ)存為重力勢(shì)能;發(fā)電時(shí),釋放機(jī)車下坡,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能,開始發(fā)電。

據(jù)ARES公司公開數(shù)據(jù),軌道機(jī)車儲(chǔ)能系統(tǒng)單站容量可在100-3000MW,儲(chǔ)能時(shí)長2-24小時(shí),轉(zhuǎn)換效率高達(dá)86%。系統(tǒng)具備快速響應(yīng)能力,最快5秒完成充電,25秒可完成放電。系統(tǒng)壽命達(dá)40年以上。

目前首個(gè)軌道機(jī)車儲(chǔ)能商業(yè)項(xiàng)目正在推進(jìn),將在美國內(nèi)華達(dá)州帕倫普以南落地,與風(fēng)電、光伏電站集成。

6.纜車儲(chǔ)能

2019年,奧地利維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)提出了一項(xiàng)纜車儲(chǔ)能解決方案(MGES)。

MGES由陡峭山坡、起重機(jī)、儲(chǔ)存容器(可以裝砂石或水)、電纜等組成。儲(chǔ)電時(shí),利用余電驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)將裝滿沙石的纜車從山坡底部移動(dòng)到頂部,電能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。發(fā)電時(shí),將纜車從山坡頂部下降到底部,勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。

MGES還可與水力發(fā)電相結(jié)合,在用電高峰期,用水填充儲(chǔ)存容器,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可任何高度在儲(chǔ)存容器中添加水。MGES可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)儲(chǔ)能,連續(xù)存儲(chǔ)能量數(shù)月,儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)為0.5-20MWh,發(fā)電功率500~5000kW。

7.礦井儲(chǔ)能

2016年,英國Gravitricity公司提出鉆井儲(chǔ)能解決方案。Gravitricity主要瞄準(zhǔn)廢棄鉆井平臺(tái)與礦坑,重力媒介是500噸的“砝碼”,在深度超300米的豎井中重復(fù)吊起與放下鉆機(jī),通過電動(dòng)絞盤,先將鉆機(jī)拉到廢棄礦井上方,需要用電時(shí)再讓鉆機(jī)放下,如此進(jìn)行儲(chǔ)存和釋放電能。

礦井儲(chǔ)能使用壽命在50年左右;該解決方案響應(yīng)速度快,能在不到1秒內(nèi)從零功率變?yōu)槿β?;電能轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%,儲(chǔ)能容量可自由配置1-20MW,輸出持續(xù)時(shí)間為15分鐘-8小時(shí)。

2021年4月,Gravitricity在愛丁堡利斯完成了250KW示范項(xiàng)目,已連接至電網(wǎng),利用兩個(gè)25噸重物存儲(chǔ)能量。目前該公司正在研究在英國、東歐、南非、智利等國家的廢棄礦井中應(yīng)用其重力儲(chǔ)能解決方案。

英國愛丁堡250kW示范項(xiàng)目

今年2月,Gravitricity公開表示,已獲得英國政府150萬英鎊的支持,將在英格蘭北部的一個(gè)電網(wǎng)連接地點(diǎn)開發(fā)建設(shè)一個(gè)4MWh的商業(yè)用重力儲(chǔ)能系統(tǒng)。未來,Gravitricity及其合作伙伴計(jì)劃生產(chǎn)模塊化系統(tǒng),以降低項(xiàng)目建造成本。

重力儲(chǔ)能系統(tǒng),不僅具備電池的響應(yīng)速度,也具備抽水蓄能的優(yōu)點(diǎn),此外重力儲(chǔ)能系統(tǒng)并不需要巨額的資本支出或特定地理?xiàng)l件。工作原理也很簡單:儲(chǔ)存的能源=質(zhì)量×抬升高度×重力,重力為常量,問題在于如何最大化質(zhì)量或高度,最好兩者均能實(shí)現(xiàn)最大化。

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