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在能源領(lǐng)域，重力儲(chǔ)能技術(shù)正逐漸受到關(guān)注。其中，“搬磚儲(chǔ)能”是一種常見的應(yīng)用方式，但目前仍處于起步階段。9月26日，全國(guó)首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目——如東100兆瓦時(shí)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目主體工程正式封頂。這個(gè)項(xiàng)目的主體建筑是一座高達(dá)148米、寬110米、長(zhǎng)122米的35層儲(chǔ)能塔。這座塔將用于存放和升降重力塊，以實(shí)現(xiàn)能源的儲(chǔ)存和釋放。

全球首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目封頂

在風(fēng)光資源優(yōu)渥的江蘇省如東縣海濱，一座長(zhǎng)110米、寬120米、高148米的儲(chǔ)能塔拔地而起。9月26日8點(diǎn)18分，中國(guó)天楹股份有限公司投資建設(shè)的個(gè)重力儲(chǔ)能示范項(xiàng)目——如東100MWh重力儲(chǔ)能項(xiàng)目主體工程順利封頂，正式步入并網(wǎng)倒計(jì)時(shí)。

中國(guó)天楹如東重力儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為25MW/100MWh，創(chuàng)新采用基于人工智能控制的高效機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)，將風(fēng)、光等新能源電能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰時(shí)，將重力塊從預(yù)定高度下放，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)放電，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程由人工智能算法及其系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化運(yùn)作。

中國(guó)天楹的重力儲(chǔ)能技術(shù)能夠充分整合電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)資源，發(fā)揮其削峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓、保障電力系統(tǒng)安全等多方面的功能作用。在電源側(cè)，重力儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠平抑新能源出力波動(dòng)，吸納盈余電力，減少“棄風(fēng)棄光”，從而提高風(fēng)光系統(tǒng)的電能并網(wǎng)質(zhì)量和穩(wěn)定性。在電網(wǎng)側(cè)，重力儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷特性，優(yōu)化運(yùn)行策略，并可以作為緊急狀態(tài)下快速啟動(dòng)的備用電源，保障區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)供電安全。在用戶側(cè)，重力儲(chǔ)能運(yùn)用場(chǎng)景多樣，可靈活搭配各類終端用電設(shè)備，組成能源互聯(lián)網(wǎng)，提升用電安全性和經(jīng)濟(jì)性。

中國(guó)天楹100MWh如東重力儲(chǔ)能項(xiàng)目的順利封頂，無(wú)疑是中國(guó)天楹“環(huán)保+新能源”雙輪驅(qū)動(dòng)發(fā)展道路上的重要“里程碑”，是中國(guó)天楹重力儲(chǔ)能技術(shù)、新能源裝備制造能力、零碳能源技術(shù)攻關(guān)實(shí)力擲地有聲的印證。項(xiàng)目建成投運(yùn)后，將成為個(gè)商業(yè)規(guī)模重力儲(chǔ)能級(jí)案例。

什么是重力儲(chǔ)能？

技術(shù)原理。重力儲(chǔ)能是利用建筑物、山體、地形等高度差，利用電動(dòng)機(jī)將固體重物抬升至一定高度，當(dāng)重物下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)可逆向操作并轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生電力。重力儲(chǔ)能是一種非常簡(jiǎn)單的儲(chǔ)能方式，其原理類似于抽水蓄能，即通過(guò)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，也可以認(rèn)為抽水蓄能是以水為介質(zhì)的重力儲(chǔ)能，但為了區(qū)分傳統(tǒng)抽水蓄能與新型重力儲(chǔ)能，通常認(rèn)為重力儲(chǔ)能是除抽水蓄能以外的通過(guò)重力勢(shì)能充放電的儲(chǔ)能方式。重物一般選擇密度較高的物質(zhì)，如金屬、水泥、砂石等，以實(shí)現(xiàn)較高的能量密度。

應(yīng)用類型。目前常見的重力儲(chǔ)能形式有混凝土砌塊重力儲(chǔ)能（俗稱“搬磚儲(chǔ)能”）、山體斜坡儲(chǔ)能、礦井儲(chǔ)能（地下豎井重力儲(chǔ)能）、活塞式重力儲(chǔ)能、懸掛式重力儲(chǔ)能等，其中混凝土砌塊重力儲(chǔ)能已經(jīng)從理論研究、小規(guī)模試驗(yàn)發(fā)展到商業(yè)化項(xiàng)目落地階段，應(yīng)用示范相對(duì)靠前。

砌塊重力儲(chǔ)能：電力充裕時(shí)，利用起重機(jī)將混凝土砌塊（可達(dá)數(shù)十噸重）吊起，像積木一樣堆疊成塔，通過(guò)砌塊的升降過(guò)程進(jìn)行充放電。該技術(shù)主要由瑞士Energy Vault公司提出，并開始在我國(guó)應(yīng)用示范,其規(guī)劃在中國(guó)建設(shè)5個(gè)項(xiàng)目，總儲(chǔ)能容量2GWh。目前Energy Vault與中國(guó)天楹（控股子公司阿特拉斯）合作，Energy Vault提供授權(quán)技術(shù)支持，由中國(guó)天楹在南通市如東縣、張家口市懷來(lái)縣分別投資建設(shè)100MWh項(xiàng)目。

山體斜坡儲(chǔ)能：利用陡峭山區(qū)的地勢(shì)，通過(guò)砂石的勢(shì)能儲(chǔ)能，電力充裕時(shí)，應(yīng)用類似于滑雪纜車的電動(dòng)系統(tǒng)將裝滿砂石的容器提升到山頂存放；用電高峰時(shí)，依靠重力將砂石從上頂運(yùn)回地面，通過(guò)釋放砂石勢(shì)能發(fā)電。相比人工構(gòu)筑物，該方式的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，承重能力更強(qiáng)，缺點(diǎn)是占地面積較大。用于提升重物的傳送方式包括軌道機(jī)車、纜車、絞盤機(jī)、直線電機(jī)和傳送鏈等。

地下豎井重力儲(chǔ)能：利用廢棄的礦井平臺(tái)和礦井，采用500-5000噸重的鉆機(jī)（鐵塊）作為重物，通過(guò)在150-1500米長(zhǎng)的鉆井中重復(fù)吊起與放下重物，實(shí)現(xiàn)充放電，是一種懸掛式重力儲(chǔ)能。該技術(shù)由英國(guó)Gravitricity公司首次提出，2022年開始在英國(guó)建設(shè)第一個(gè)2MWh商業(yè)化儲(chǔ)能項(xiàng)目，同時(shí)在捷克、南非、德國(guó)等地，利用廢棄礦井開展應(yīng)用試點(diǎn)。地下豎井重力儲(chǔ)能建設(shè)成本較低，但選址不夠靈活，井口尺寸限制了儲(chǔ)能規(guī)模。

重力儲(chǔ)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

目前大家常聽到的儲(chǔ)能方式有「抽水蓄能」「化學(xué)儲(chǔ)能」，三者各有各的特點(diǎn)，咱們一先看一張表。

在原理上，重力儲(chǔ)能與現(xiàn)有成熟的抽水蓄能技術(shù)相近，一個(gè)抽水一個(gè)抽儲(chǔ)能質(zhì)量塊。

但抽水蓄能電站建設(shè)周期長(zhǎng)，對(duì)地形、環(huán)境要求更高；電化學(xué)儲(chǔ)能功率范圍較廣?能量密度高，相較其他新型儲(chǔ)能技術(shù)成熟度更高，但其在大規(guī)模應(yīng)用過(guò)程中也存在熱失控、易燃等安全隱患，且淘汰的電池組件對(duì)環(huán)境影響大。

因此，綜合來(lái)看，在南通這類平原地區(qū)，重力儲(chǔ)能是最佳選擇。它的充放電次數(shù)不受限制，儲(chǔ)能安全性和穩(wěn)定性更高,且無(wú)化學(xué)原料泄露和污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

如東重力儲(chǔ)能項(xiàng)目設(shè)計(jì)配置的4臺(tái)6.5兆瓦發(fā)電機(jī)，總計(jì)功率為26兆瓦。這個(gè)發(fā)電量可供夏季約4000戶居民正常使用空調(diào)等家電。按照設(shè)計(jì)，充電和放電周期都為4小時(shí)，儲(chǔ)能項(xiàng)目所有重力塊升降一個(gè)來(lái)回，能夠儲(chǔ)存釋放10萬(wàn)度電。

“看天吃飯”需要“調(diào)節(jié)器”

除了地形原因外，還有一個(gè)重要的原因就是新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性。

南通如東縣是全國(guó)海上風(fēng)電第一縣，并建有全國(guó)首個(gè)漁光互補(bǔ)一體化示范項(xiàng)目，風(fēng)電、光伏等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。截至目前，如東地區(qū)風(fēng)電、光伏并網(wǎng)規(guī)模超600萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)“十四五”末將超過(guò)千萬(wàn)千瓦。

然而新能源“看天吃飯”的特性，使得峰谷差本來(lái)就大的電網(wǎng)，面臨巨大的新能源消納和電力供需平衡壓力。

重力儲(chǔ)能技術(shù)作為新能源優(yōu)化配置儲(chǔ)能，是促進(jìn)新能源消納的有效手段之一，可在更大時(shí)間尺度和空間范圍內(nèi)調(diào)節(jié)互濟(jì)，實(shí)現(xiàn)高效利用，同時(shí)能有效平抑風(fēng)電、光伏發(fā)電的出力波動(dòng)，提升電網(wǎng)接納可再生能源能力。

如何用好重力儲(chǔ)能？

利用儲(chǔ)能，一是“儲(chǔ)”，二是“用”。

存儲(chǔ)方面，在項(xiàng)目落地前，國(guó)網(wǎng)如東縣供電公司為項(xiàng)目選址出謀劃策，建議選擇落戶風(fēng)電、光伏密集區(qū)域，最終為企業(yè)線路規(guī)劃減少近400米電纜通道距離，成本投入大大降低。

同時(shí)創(chuàng)新打造“綠色智聯(lián)”管服平臺(tái)，分析實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)重力儲(chǔ)能容量和用戶負(fù)荷引導(dǎo)用戶調(diào)節(jié)和建議儲(chǔ)能運(yùn)行方式，在電網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”友好互動(dòng)，提升綠色電能在能源消耗中的占比。

使用上，目前，國(guó)網(wǎng)南通供電公司正在全省率先利用重力儲(chǔ)能在內(nèi)的電網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)資源，開發(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)效益測(cè)算功能平臺(tái)，以如東重力儲(chǔ)能項(xiàng)目為樣本，收集儲(chǔ)能運(yùn)行信息、測(cè)試儲(chǔ)能調(diào)峰能力，并進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也為重力儲(chǔ)能技術(shù)的推廣、應(yīng)用提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

原標(biāo)題：全球首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目封頂：重力儲(chǔ)能的潛力與運(yùn)用探索