初创企业正在开创一种可替代电池的全新电网储能方式

初创企业正在开创一种可替代电池的全新电网储能方式。

在几乎每座城市，起重机都是一种很常见的设备，但在靠近意大利边境的瑞士城市提契诺，有一台起重机却非常特别：它有六只手臂。这只110米高的天际线“海星”并非用于建筑，而是为了证明可再生能源能通过升举重物来储存，通过放下重物来输送。建造这个结构的瑞士公司Energy Vault已经开始实施一个测试项目，并将在2021年进行首次商业部署。

目前该公司至少有一个旗鼓相当的竞争对手，即苏格兰的Gravitricity公司；另外至少还有两家有类似想法的公司New Energy Let’s Go和Gravity Power，正在寻找资金准备推进。可以肯定的是，目前世界上运行中储能设施的总发电功率可达174千兆瓦，几乎都是依赖重力进行发电的。

长期以来占据主导地位的抽水蓄能，将水抽到更高的海拔，然后回流，通过涡轮机发电。但是抽水需要一些非常特殊的地理条件——两个海拔高度不同的大水库，它们的垂直间距要大，但又不能太大，所以建立新的抽水蓄能站点很困难。Energy Vault、Gravity Power及其竞争对手都在追求利用同一个基本原理，即提起重物并让它下落，建造一个几乎可以安装在任何地方的能量储存设施。此外，它们希望通过降低长期成本和减少环境问题来击败可再生能源储存的新宠——电池。

在实际运行中，Energy Vault的塔吊连续不断地将每个重35吨、呈同心圆排列的混凝土块进行堆叠和拆卸。例如，将混凝土块在内圈堆叠起来，可以储存35兆瓦时的能量。然后塔吊的六只手臂会系统地拆卸这个内圈，将混凝土块从高处放到低处，建造一个外圈，并在这个过程中释放能量。

这个储存能量的搭积木游戏可能很复杂。为了保持恒定的输出，当一块混凝土块需要加速时，另一块就需要减速。“这就是为什么我们要使用六只手臂。” Energy Vault公司的首席执行官兼联合创始人罗伯特•皮科尼（Robert Piconi）解释道。更重要的是，控制系统必须补偿阵风、起重机在提升和放下混凝土块时的偏转、缆绳的伸长、钟摆效应等影响，他说。皮科尼认为这与电池相比有几个优势。第一个优势是环保。与锂离子电池依赖化学反应且难以回收不同，Energy Vault的主要支出是混凝土块本身，它可以利用现有的泥土和废料与墨西哥水泥巨头Cemex公司生产的一种新聚合物混合，现场制作混凝土块。

皮科尼说，另一个优势是较低的运营费用。经该公司计算，其运营费用约为具有同等储能容量的电池装置的一半。电池储能设施必须不断更换退化的电池芯，但Energy Vault的基础设施并不需要。这家初创公司对自己的数据有足够的信心，它声称将在2021年投入使用多台商用设施。皮科尼表示，Energy Vault在2019年筹集了1.1亿美元，用于在提契诺建造示范装置和为“跨洲建设”做准备。

与Energy Vault的努力相比，Gravitricity的储能方案似乎更简单。该公司并没有使用六臂起重机往复移动混凝土块，而是在千米深的废弃矿井中上下移动一个或几个很重的重物。

这些巨大的重物，每一个的重量都在500到5000吨之间，只要以每秒几厘米的速度移动就可以产生兆瓦级的输出功率。Gravitricity的项目开发经理克里斯•延德尔（Chris Yendell）解释说，单个重物适用于短时间、快速、高功率的应用，例如处理电网瞬间的波动和保持电网频率。而多重物系统更适合储存更多的能量和长期发电，他说。

为了验证它的秒级响应，Gravitricity正在苏格兰建造一台250千瓦的概念演示机。它将50吨的重物悬挂在7米高的格子塔上。测试将于2021年第一季度开始。“我们希望能在收到信号不到1秒钟内圆满地完成发电。”延德尔说。

该公司在2021年还将开发几套全尺寸原型系统。“我们目前正与欧洲和南非的矿主联络，（我们）当然也对美国感兴趣。”延德尔说。这个全尺寸系统将在2023年开始运行。Gravity Power及其竞争对手New Energy Let’s Go，从现已破产的Heindl Energy公司那里获得了所需技术，同时还在研究地下储能，这也许是受抽水蓄能的启发。但它们并不是用不同海拔高度的水库来储存能量，而是用泵把水压到地下，举起一个非常重的活塞，然后让活塞落下，把水推过涡轮机进行发电。

“水库是抽水蓄能的致命弱点。”Gravity Power公司的创始人吉姆•菲斯克（Jim Fiske）说，“Gravity Power发电厂的主要意图是摆脱对水库的需求。（我们的发电厂）能够在3到5英亩（1到2公顷）的平地上实现抽水蓄能规模的发电和蓄能。”菲斯克估计，一个400兆瓦、能够储能16小时（即6.4千兆瓦时能量）的发电厂，将需要一个800多万吨重的活塞。他说，这可能听起来很可笑，但完全在当今水泵的提升能力和施工工艺的能力范围之内。

虽然这些公司期望这样的地下储能设施比电池设备更经济，但它们仍然很昂贵。不过，当担心气候变化的国家意识到危机的严重性时，它们很可能愿意为这些储能方式买单。

原文标题：2021顶尖技术专题报道 11：重力储能的盛衰

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责任编辑：haq