中國儲能網訊：受可再生能源裝機比例持續(xù)增加、電網穩(wěn)定性需求不斷提升、政策支持力度加大等因素的驅動，具備長時屬性的重力儲能技術將迎來廣闊的市場發(fā)展空間。隨著技術的成熟和成本的降低，重力儲能有望在未來的能源存儲市場中扮演重要角色。
但這項正在嶄露頭角的儲能技術仍面臨技術提升和更多的項目示范應用等挑戰(zhàn)。
長時儲能賽道的“潛力股”
近年來，全球氣候變化以及國家能源戰(zhàn)略轉型，使得我國的電源結構出現(xiàn)深刻的變化，以風光發(fā)電為代表的新能源裝機規(guī)模占比逐年大幅上升，由此帶來的問題是電力系統(tǒng)靈活性調節(jié)能力不足，無法消納隨機性、波動性和間歇性強的風光發(fā)電。
因此，建設儲能，特別是長時儲能設施，能夠在更長時間維度調節(jié)整個系統(tǒng)的電力、電量平衡和頻率穩(wěn)定，避免出現(xiàn)潮流擁堵、系統(tǒng)失穩(wěn)，提高風光發(fā)電并網和消納能力，增加風光綠電開發(fā)消費占比。
研究表明，在新能源裝機占比達到15-20%時，4小時以上的長時儲能需求將成為剛需，當風光發(fā)電占比達到50%-80%時，儲能時長需要達到10小時以上。
2023年以來，國家和地方層面均加快了對于長時儲能的支持力度。
2023年6月國家能源局發(fā)布的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》明確了2030～2045年，規(guī)?；L時儲能技術取得重大突破，滿足日以上平衡調節(jié)需求。
各地對于長時儲能的支持政策也在持續(xù)加碼，河北、西藏、內蒙古、寧夏等10個多省份明確提出配置4小時以上長時儲能，推動4小時以上儲能技術實現(xiàn)規(guī)?；瘧?。
在越來越火熱的長時儲能賽道，包括液流電池儲能、壓縮空氣儲能、抽水蓄能等技術路線在近兩年都取得了較快的發(fā)展，重力儲能技術憑借其獨有的優(yōu)勢被認為是這個領域的“潛力股”。
重力儲能是一種借助山體、地下豎井、人工構筑物等結構，利用重力勢能來儲存和釋放能量的技術，通常通過提升和下降重物來實現(xiàn)能量的存儲和釋放。
不同于抽蓄使用液體作為介質，重力儲能使用固體（重力塊）作為介質，核心原理是利用地球重力場，通過機械系統(tǒng)將重物提升到較高的高度儲存能量，待需要時再通過重物下落的方式釋放儲存的能量，驅動發(fā)電機產生電力。
目前，重力儲能主要分為塔式重力儲能、斜坡式重力儲能、豎井式重力儲能以及活塞式重力儲能。
這項儲能技術具備多個優(yōu)點，比如經濟性較好，相比抽水蓄能和壓縮空氣儲能，重力儲能的建設成本較低，在建的如東25MW/100MWh重力儲能全球首臺套示范項目，初步測算全生命周期度電平準化儲能成本約0.3-0.4元，且進一步降本空間較大。
安全性高、環(huán)境友好，由于其機械特性，重力儲能系統(tǒng)在運行過程中幾乎不存在化學反應帶來的安全隱患，其提升模塊可利用粉煤灰、報廢的風力渦輪機葉片等建造，在降低重力儲能項目建設成本的同時消納固廢垃圾，帶來環(huán)境效益和經濟效益。
選址無地域限制，不像抽水蓄能需要特定地理條件，重力儲能可以在更多樣化的地點部署。
長壽命，重力儲能系統(tǒng)設備主要由機械構件和重力模塊構成，項目耐久性好，技術系統(tǒng)壽命與建筑壽命一致，可達50年以上，接近甚至超過抽水蓄能和壓縮空氣儲能。
能量轉換效率高，重力儲能與抽水蓄能的技術原理相近，目前已經驗證的重力儲能系統(tǒng)能量轉換效率可達到75.3%，超過抽水蓄能，建設中的新型重力儲能技術設計轉換效率可達到80%-85%。
響應能力快，重力儲能系統(tǒng)能夠提供亞秒級的全功率響應，對于電網的快速頻率響應至關重要，尤其是在面對突發(fā)的電網負荷變化時。
大功率輸出，重力儲能系統(tǒng)可以提供大功率輸出，這對于快速頻率響應來說非常重要，因為它需要在短時間內提供大量的能量來穩(wěn)定電網。
長時性，重力儲能系統(tǒng)能夠提供數小時至數天的儲能服務，這使得它在日間調節(jié)中可以存儲大量能量，以備不時之需。
基于以上優(yōu)點，重力儲能可以在清潔能源大基地、電網側調頻、分布式儲能、工商業(yè)儲能、退役火電機組替代、風光儲氫一體化、尾礦綜合治理等諸多場景中應用。
圖為中國天楹江蘇如東100MWh重力儲能項目
國內現(xiàn)有項目共計8GWh
從政策力度、項目示范、國外應用等方面看，近兩年，重力儲能正在多元化的儲能技術競爭中嶄露頭角。
據CESA儲能應用分會產業(yè)數據庫不完全統(tǒng)計，截至2024年10月底，國內共28個重力儲能項目，總規(guī)劃達7.856GWh，計劃總投資超200億元。
其中，新增備案項目15個，達1.128GWh，占比14.36%；簽約/擬建項目9個，達6.06GWh，占比77.14%；開工/在建項目4個，達668MWh，占比8.5%。
一個顯著的特點是，這28個項目中，容量百兆瓦時規(guī)模的共有17個，占比超過60%，國內電力儲能領域代表企業(yè)中國天楹項目最多，共6個，規(guī)模超4.5GWh。
其中，計劃于今年年底并網的中國天楹江蘇如東100MWh重力儲能項目是國內首個重力儲能技術應用示范項目、全球首個百兆瓦級的重力儲能項目，項目采用重力儲能技術，建設一座長120米、寬110米、高148米的儲能塔，利用重力塊做功發(fā)電。
中國天楹2022年和2024年還分別在內蒙古烏拉特中旗和通遼市簽約了2個2GWh。
另外，由中電工程及所屬華北院建設的規(guī)模為360MW/1080MWh的河北張家口赤城縣重力儲能一體化項目在今年4月簽約落地，是全球首個豎井式重力儲能工程化應用項目，在重力儲能領域將實現(xiàn)單機功率世界第一、單模塊功率世界第一、單體項目裝機容量規(guī)模世界第一。
項目占地面積400畝，投資總額26億元，一期工程建設60MW/360MWh豎井式重力儲能，占地面積120畝，一期工程建成將成為規(guī)模最大的重力儲能電站。該項目已納入國家能源局新型儲能試點示范項目清單及全國新型儲能大數據平臺和國家有關重大工程項目庫。
政策層面看，對于重力儲能的支持方向愈發(fā)明確，力度也在加大。
2023年4月，國家標準委等11部門發(fā)布《碳達峰碳中和標準體系建設指南》指出，儲能領域重點制修訂抽水蓄能標準，電化學、壓縮空氣、飛輪、重力、二氧化碳、熱（冷）、氫（氨）、超導等新型儲能標準，儲能系統(tǒng)接入電網、儲能系統(tǒng)安全管理與應急處置標準。
2023年10月，國家能源局公布了第三批58個能源領域首臺（套）重大技術裝備（項目）名單，，其中儲能領域8個入選，涉及固態(tài)電池、飛輪儲能、液流電池、壓縮空氣、重力儲能以及3S融合新型儲能系統(tǒng)、高壓級聯(lián)直掛式儲能系統(tǒng)。
2023年12月，國家發(fā)改委發(fā)布的《產業(yè)結構調整指導目錄（2024年本）》，新型電力系統(tǒng)技術及裝備包括電化學儲能、壓縮空氣儲能、重力儲能、飛輪儲能、氫（氨）儲能、熱儲能等各類新型儲能技術及應用。
2024年3月，國家發(fā)改委關于印發(fā)《綠色低碳先進技術示范項目清單（第一批）》的通知，國能宿州熱電有限公司實施的100MWh重力儲能示范項目納入其中。
國外技術應用方面，全球重力儲能領域領先的兩家公司，Energy Vault 和 Gravitricity 重力儲能項目于 2021 年率先落地商用。
今年以來，國際市場也迎來了GWh級別的重力儲能項目，前不久，澳大利亞重力儲能初創(chuàng)廠商Green Gravity公司啟動在昆士蘭州西北部地區(qū)開發(fā)2GWh重力儲能項目研究，11月初，該公司獲得了900萬澳元資金，用于完成其基于重力儲能技術的產品開發(fā)。
規(guī)模應用仍需克服多個挑戰(zhàn)
盡管重力儲能的前景光明，目前國內外關于重力儲能系統(tǒng)的研究仍處于探索階段，項目應用多處于在建、擬建階段，大規(guī)模應用面臨不小挑戰(zhàn)。
今年8月，由深圳市發(fā)展和改革委員會指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會與南方科技大學碳中和能源研究院聯(lián)合主辦，100余家機構共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會與新型儲能技術青年科學家論壇在深圳召開。
中國電力顧問工程集團華北電力設計院重力儲能公司副總工程師史沁鵬以《重力儲能技術發(fā)展與工程應用》為題進行了演講。
他認為，在當前新型電力系統(tǒng)建設的背景下，重力儲能作為一種長時、大容量、安全性高、具有構網特性的儲能形式，因地制宜建設，可為新型儲能發(fā)展開辟新的方向，尤其適合為“沙戈荒”大基地可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐。
他還認為，規(guī)?；亓δ茈娬咀畲蟮募夹g難點是能量密度低，能量密度和轉換效率都與電化學儲能技術低；另外，重力儲能是離散化的物理場景，和電力系統(tǒng)的大容量以及連續(xù)性的需求存在矛盾；作為一種機械系統(tǒng)，運行本身具有不確定性，和電力系統(tǒng)要求的確定性是根本性的矛盾。
他表示，要解決上述矛盾，要針對不同的應用場景，從0到1建立對應關系聚焦對象，搭建效率、投資水平等關鍵指標的模型，從而優(yōu)化系統(tǒng)結構、工藝程度和損耗等指標。
另外，目前，重力儲能沒有相關的產業(yè)鏈，要工程化落地的相關解決方案以及供應鏈。
還有，在當前沒有成型的設備和工程的情況下，為了降低研發(fā)風險，要創(chuàng)新一些新的設計手段，進行仿真分析和虛擬調試，從而優(yōu)化技術方案，降低研發(fā)周期和研發(fā)成本。
對于未來重力儲能的發(fā)展方向，史沁鵬認為，首先是進行工程化、商業(yè)化的運行示范；其次是要針對新型電力系統(tǒng)對長時儲能的高轉換效率，高經濟性和構網要求，在大單機容量、大能量通道密度、超大落差構建路徑和超大型配套裝備，以及系統(tǒng)集成方面進行一些研究。
