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重力儲能的8大應用場景

作者:數(shù)字儲能網(wǎng)新聞中心 來源:儲能盒子 發(fā)布時間:2023-10-30 瀏覽:

中國儲能網(wǎng)訊:經(jīng)過幾年的沉淀,重力儲能逐漸向靈活發(fā)展,場景運用更趨多元化,衍生的“名詞”也是奇絕冠眾生。

重力儲能之“搬磚儲能”

  一臺70米的起重機在無垠的沙漠中矗立,6條機械吊臂懸掛著約30噸的磚頭,由高到低緩緩落下,磚塊由礦山尾料、燃煤灰渣等廢棄物組成。這是位于瑞士Arbedo-Castione市的第一個重力儲能原型,系Energy Valut公司的偉大創(chuàng)舉。

  2022年,EV公司從高塔,轉向20層高的龐然大物——模塊化建筑(EVRC)。這個像積木一樣壘起的晶瑩堡壘,通過“上升”、“下降”的機械化流程、以及能量管理系統(tǒng)來控制電的輸入和輸出,從而儲存和釋放電力。

  當電能充足時,EVRC利用能量將30噸的磚塊“搬”到120m高處,將電能存儲起來,當需要用電時,EVRC通過控制磚塊“下降”,經(jīng)由動能轉化為的電能,源源不斷地流回電網(wǎng)。

圖片

  EVx是EVRC的模塊磚,每個EVx模塊磚大概有1300個30噸左右的重物,可以轉化的電能為10MW。重力儲能項目不僅成本低,而且壽命長。初始投入成本約3000元/kWh,度電成本在0.5元/kWh,系統(tǒng)轉換效率為85%以上,壽命可達25-40年。

  如今,中國江蘇如東地區(qū),由中國天楹投資建造的電網(wǎng)級重力儲能電站目前正在調試階段,預計于今年四季度并網(wǎng)、商用。

  這個帶有東方遠古氣息的幽綠“魔方”,總投資為10億元,建設規(guī)模是100 MWh,發(fā)電功率達25 MW,將成為全球首個商用級的重力儲能電站。

重力儲能之“電梯儲能”

  去年,奧地利國際應用分析研究所的科學家,提出了“電梯”儲能技術(LEST)概念。電梯儲能一般有2個相互連接的存儲站點,一個位于高層建筑的底部,另一個位于建筑物頂部。在電梯下降時收集能量,在電梯上升時,釋放能量。

  一般而言,電梯搭載的物體越重,重力勢能就越大,轉換的電能也就越多。所以,電梯里需要存儲一些重物。有人會說,這也太麻煩了:一是重物會擠占人的時間和空間,二是電梯要進行一系列拖入拖出的工作,根本不可行。

  其實不然,電梯儲能系統(tǒng)十分智能。它會判斷電梯的日常使用情況。當電梯使用較少的時候,或者處于空窗期,才進行重物的運載,而配備的拖車機器人也會負責拾撿重物,重物一般會存放在一些偏僻的空間里。

重力儲能之“礦井儲能”

  今年2月,同樣是上面提到的奧地利的團隊,他們提出了一種基于礦井的地下重力儲能系統(tǒng)(UGES),可在電價居高的時候,向地下礦井填充沙子發(fā)電,在電價便宜時,又從礦井中取出沙子儲存能量。

  但有人不免發(fā)問?光靠人力去填沙,不僅耗人,肯定也發(fā)不出電。其實,地下重力儲能系統(tǒng)是由豎井、電動機、發(fā)電機、上下存儲點和采礦設備構成的一個整體。豎井兩側的發(fā)電機組將每部電梯上下移動,在下降過程中發(fā)電,在返回的過程中使用部分電力。

  為了獲得最大效率,升降機會在地面裝載沙子,在礦井底部移除沙子,然后空載而歸。當電網(wǎng)中的能量過剩時,電梯也會攜帶部分沙子返回地面。

  一般而言,礦井越深、越寬,體積越大,儲能能力就越強,可獲得的電力也就越多。

重力儲能之“鐵路儲能”

  2016年4月,美國能源公司Advanced Rail Energy Storage (ARES) 拿下了內華達土地管理局5500萬美元的項目,旨在利用軌道機車儲能。

  公司建造了一條6英里長的上坡鐵路軌道,配有重裝機車,機車是實心機混凝土,每輛重約4300噸,最高時速達16英里。儲電時,利用余電推動機車至坡頂“車站”,電能儲存為重力勢能;發(fā)電時,釋放機車下坡,重力勢能轉化為電能,開始發(fā)電。

  據(jù)估算,該系統(tǒng)配置成本約為性能相當?shù)某樗娬镜?0%,使用壽命為40年,更有公司披露,系統(tǒng)的轉換效率高達86%。

  項目早就2017年第二季度就開始動工,建設工期為9個月。目前首個軌道機車儲能商業(yè)項目正在推進,將在美國內華達州帕倫普以南落地,建成“風光儲”一體化電站。

重力儲能之“飛車儲能”

  遠遠看來,“纜車儲能” 就好像高山纜車。纜車儲能解決方案最早在2019年提出,由陡峭山坡、起重機、儲存容器(廢料、砂石)、電纜等組成。

  存儲電的原理與“鐵路式儲能”大同小異。儲電時,利用余電驅動發(fā)動機將裝滿砂石的纜車從山坡底移至山頂,電能轉化為重力勢能。發(fā)電時,將纜車從山坡頂部下降到底部,勢能轉化為電能。

  另外,還可與水力發(fā)電相結合,在用電高峰期用水填充儲存容器,可以實現(xiàn)長時儲能,連續(xù)存儲能量數(shù)月。公開數(shù)據(jù)顯示,儲能容量可達到0.5-20MWh,發(fā)電功率500~5000kW。

重力儲能之“深?!眱δ?/strong>

  2016年,德國弗勞恩霍夫風能和能源系統(tǒng)技術研究所(IWES)開發(fā)的新型海洋泵浦存儲系統(tǒng),在德國邊境的博登湖開展了第一次水上測試。

  工作原理是:直徑為30米、壁厚2.7米、存儲容量為12000立方米的中空球體,被放置海底,利用深海里的高壓海水存儲能量。儲能時,海水被電泵抽取到球體之外,發(fā)電時,高壓海水從管道中流入空心的球體中,推動水輪機發(fā)電。

  屆時,研究人員在博登湖展開了為期4周的深海測試。實驗結果表明:在相同容積增量下,儲電能力隨著深度線性增加,在700米深度時,30米直徑的海上儲能系統(tǒng)的儲電能力大約為20MWh。

  在沿海地區(qū),特別是在人口稠密地區(qū)的海岸附近,例如環(huán)渤海地區(qū),使用海洋泵浦存儲系統(tǒng)就有很大的潛力。

重力儲能之儲能燈

  重力儲能不僅應用于工商業(yè)領域,也旨在挖掘生活空間。

  當我們享受著電的便利,全世界仍有超過13億的民眾、約18%的人口無電可用,大多數(shù)只能靠煤油照明。有人用重力儲能系統(tǒng),發(fā)明了重力燈,僅僅依靠一塊磚頭就能實現(xiàn)儲能。

  重力燈懸吊著裝滿石頭、砂土的袋子,透過地心引力向下牽引來驅動裝置以產(chǎn)生電力,下墜3秒可產(chǎn)生25分鐘的光,該項計劃仍在全球25個地區(qū)試行,步入商業(yè)化指日可待。

重力儲能之“抽水蓄能”

  抽水蓄能,是古老而常見的儲能方式,選用的重物是天然的水。通過水勢能和電能的互相轉換,進行能量的存儲和轉換,具有儲電容量大(100-3000MW)、效率高(65-85%)、壽命長(40-60年)、儲能周期不受限制等優(yōu)點。

  1882年,瑞士建造了世界第一座抽水蓄能電站。往后,抽水蓄能裝機量在全球范圍內持續(xù)增長。

  近期,水電水利規(guī)劃設計總院和中國水力發(fā)電工程學會抽水蓄能行業(yè)分會近日聯(lián)合發(fā)布的《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》顯示,截至2022年底,我國已建抽水蓄能裝機容量4579萬KW。目前,已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點資源總量約8.23億KW,其中已建、核準在建裝機規(guī)模1.67億KW,未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?

  不過,選址問題、投入產(chǎn)出失衡、審批流程繁瑣等問題凸顯,嚴重限制了抽水蓄能電站的發(fā)展。

最后提到

  重力儲能是長時儲能的一種。這種持續(xù)時間更長、規(guī)模更大的儲能技術,未來的發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒俊?

  正如馬斯克說的那句話,這些看似新奇的儲能技術,日后不久,也許能真正改變世界。也正如近期發(fā)布的儲能政策警醒:沒有長時儲能,將無法完成碳中和。

  可見,重力儲能是時候顯露頭角了!


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關鍵字:重力儲能

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