近日，全球首個(gè)豎井式重力儲能工程化應用項目——張家口赤城重力儲能示范項目，地質(zhì)勘探的單個(gè)鉆孔突破1000米大關(guān)，標志著(zhù)項目在勘察領(lǐng)域取得顯著(zhù)進(jìn)展。
什么是重力儲能？今天，就讓中國能建華北院工程師劉偉民，帶你了解這個(gè)儲存新能源的“乾坤袋”和“玉凈瓶”如何發(fā)揮作用。
提到重力，大家可能都會(huì )想到著(zhù)名物理學(xué)家牛頓和那顆掉落的蘋(píng)果。但是，大家知道重力也可以進(jìn)行儲能和發(fā)電嗎？
“雙碳”目標背景下，以新能源為主體的新型電力系統正在加快構建，重力儲能作為新型電力系統需要的優(yōu)勢儲能型式可為新型儲能開(kāi)辟新的方向。
重力儲能是什么？
重力儲能是一種機械式儲能，是利用重力進(jìn)行勢能和電能轉換的新型儲能技術(shù)。與其他儲能形式相比，作為一種純物理儲能，重力儲能的重心便在于收集“蘋(píng)果”墜落所產(chǎn)生的勢能這一物理過(guò)程。
按照傳統分類(lèi)，重力儲能是一種物理儲能，通過(guò)對儲能介質(zhì)進(jìn)行高度或壓力的升降來(lái)實(shí)現儲能系統的充放電過(guò)程。根據介質(zhì)不同，可以分為液體介質(zhì)儲能系統和固體介質(zhì)儲能系統。
固體介質(zhì)儲能系統是基于高度落差，通過(guò)山體、豎井、構筑物等重物升降來(lái)實(shí)現充放電，重物一般選擇密度較高的金屬、水泥、砂石等材質(zhì)。液體介質(zhì)儲能系統是基于高度差或壓力差，通過(guò)水閥、電動(dòng)發(fā)電機的電流等參數進(jìn)行控制以實(shí)現充放電過(guò)程。
重力儲能優(yōu)勢
作為一種純物理儲能，重力儲能具有系統安全性高、轉換效率高、電網(wǎng)友好、選址靈活等多種優(yōu)勢，兼顧系統穩定性和經(jīng)濟性。
在當前電化學(xué)成本偏高、抽水蓄能建設周期長(cháng)的背景下，重力儲能技術(shù)型式眾多，一定程度上因地制宜建設可有效填補低成本+快裝機+大容量?jì)δ艿募夹g(shù)空白，與其他儲能技術(shù)形成技術(shù)補位，尤其適用于為西部國家“沙戈荒”大基地缺水地區可再生能源的大規模消納提供支撐。
重力儲能系統中的重物可大量回收利用建筑垃圾、礦渣、粉煤灰、風(fēng)電廢棄葉片、廢棄混凝土等固廢材料，實(shí)現資源的綜合利用，是一種具有綜合比較優(yōu)勢的新型儲能。
重力儲能基本原理
重力儲能系統主要由三個(gè)部分組成，分別是上倉、下倉，以及在上倉、下倉間實(shí)現重物落差變化的重力輪機。其工作原理是利用天然或人工造就的高度差，通過(guò)重物升降來(lái)實(shí)現儲能和發(fā)電。
在電力過(guò)剩時(shí)，重力輪機將處于下倉的重物提升至上倉，在此過(guò)程中將電能轉化為重物的勢能儲存起來(lái)；當需要電力補充時(shí)，重力輪機又可以通過(guò)控制重物下降驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，將其勢能轉化為電能，從而實(shí)現能源的不斷再生。不同于傳統的水能發(fā)電只能向下流動(dòng)，重力儲能裝置就像是一個(gè)可以自主調控“水流”向上或向下的“永動(dòng)機”。
重力儲能典型分類(lèi)
根據重力儲能的儲能介質(zhì)和落差實(shí)現路徑的不同，新型重力儲能可分為基于構筑物高度差的重力儲能、基于山體落差的重力儲能和基于地下豎井的重力儲能等技術(shù)路線(xiàn)。不同技術(shù)路線(xiàn)均具有一定的應用場(chǎng)景。
目前在建的世界最大的重力儲能電站單機容量達兩萬(wàn)千瓦，同時(shí)可通過(guò)多模塊集群運行實(shí)現百萬(wàn)千瓦級容量，連續放電時(shí)長(cháng)6小時(shí)以上，其年發(fā)電量能滿(mǎn)足70萬(wàn)個(gè)家庭一年的生活用電需求，若以新能源汽車(chē)年行駛一萬(wàn)五千公里為例，則能支持80萬(wàn)輛普通新能源汽車(chē)行駛一年。
產(chǎn)業(yè)鏈及工程項目布局
在探索可持續能源解決方案的征途中，重力儲能正逐漸嶄露頭角，有望在未來(lái)能源存儲領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。張家口赤城重力儲能?chē)沂痉俄椖渴侨蚴讉€(gè)豎井式重力儲能工程化應用項目，建成后將實(shí)現單機功率、單模塊功率、單體項目裝機規模三項世界第一。
中國能建華北院首創(chuàng )300MWh豎井式重力儲能技術(shù)，構建超重載運輸系統、研制國內首臺高效重力發(fā)電機組、自主開(kāi)發(fā)仿真平臺、研發(fā)多機協(xié)同控制系統等，形成了重力儲能模塊化工程方案。
同時(shí)，華北院牽頭建立了包括院士、院士增選有效候選人、勘察設計大師以及相關(guān)領(lǐng)域有影響力專(zhuān)家的技術(shù)團隊，形成了基于多目標尋優(yōu)的重力儲能工藝包、邏輯建模及動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、損耗優(yōu)化技術(shù)、智慧安全技術(shù)等十余種基礎和工程技術(shù)。今后，華北院將繼續深耕重力儲能領(lǐng)域，通過(guò)核心系統、技術(shù)和裝備研發(fā)，實(shí)現成套業(yè)務(wù)、系統集成全產(chǎn)業(yè)鏈競爭優(yōu)勢。
