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目前利用空氣和重力來儲存太陽能及風(fēng)能等可再生能源的新一代技術(shù)離實用化越來越近。

其中提到，初創(chuàng)企業(yè)Energy Vault使用了高度超過100米的塔，利用可再生能源電力驅(qū)動起重機(jī)，將使用土、灰燼、廢棄物等制成的每個重35噸的磚塊提升至高處進(jìn)行堆放。需要電的時候，再把磚塊放下去，利用此時的推動力來驅(qū)動馬達(dá)發(fā)電。

據(jù)悉，抽水蓄能發(fā)電的發(fā)電效率為70％，而重力儲能的發(fā)電效率達(dá)80％以上，Energy Vault還表示“其成本是鋰電池的一半”。另外據(jù)估算在塔高120米、使用約6000個磚塊的情況下，可以儲存3.5萬千瓦時的能量。

趁此機(jī)會，跟大家一起來聊一聊重力儲能。

什么是重力儲能？

根據(jù)技術(shù)特點的不同，儲能可劃分為機(jī)械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能。


其中重力儲能原理與抽水儲能類似，目前正處于從理論研究、小規(guī)模試驗到大型商業(yè)化項目落地階段，其通過電力將重物提升至高處，以增加其重力勢能完成儲能過程，通過重物下落過程將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。

這里面重力儲能的儲能介質(zhì)“重物”主要分為水和固體物質(zhì)。

水介質(zhì)型重儲能系統(tǒng)可以借助密封良好的管道、豎井等結(jié)構(gòu)，其選址的靈活性和儲能容量受地形和水源限制，在自然水源附近更易建成大規(guī)模的儲能系統(tǒng)。

固體重物型重力儲能主要借助山體、地下豎井、人工構(gòu)筑物等結(jié)構(gòu)，重物一般選擇密度較高的物質(zhì)，如金屬、水泥、砂石等以實現(xiàn)較高的能量密度。

目前，重力儲能技術(shù)類型主要有活塞式重力儲能、懸掛式重力儲能、混凝土砌塊儲能塔和山地重力儲能四種重力儲能發(fā)電技術(shù)。


重力儲能有哪些優(yōu)勢？

據(jù)華西證券研報，重力儲能優(yōu)勢較多，主要包括：

1）純物理儲能、安全性高、環(huán)境友好。

重力儲能在重物輸送、勢能儲存、機(jī)械能發(fā)電等工作流程中，不涉及化學(xué)反應(yīng)，運(yùn)行安全可靠。重力儲能發(fā)電清潔低碳，對自然環(huán)境影響小。

2）強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性，適宜“分布式”儲能。

重物的存儲、輸送及發(fā)電過程沒有特殊條件和要求，因此重力儲能電站基本無選址、天氣等外部條件限制，應(yīng)用很靈活，可以實現(xiàn)按電力系統(tǒng)的需求在電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)靈活布局。

3）發(fā)電循環(huán)壽命長、成本低。

重物以混凝土或當(dāng)?shù)夭牧蠟橹鞑?，或者利用其他再生材料，能循環(huán)使用數(shù)十年，運(yùn)行過程中重物損耗小。若取材利用合適，重物成本可以大大降低。

4）時間長且無自放電問題。

重力儲能電站上下倉擴(kuò)展相對容易，重物勢能儲存期間不會有損失，具備長時間儲能的便利條件和先天優(yōu)勢。

當(dāng)時其也有面臨的困難，國聯(lián)證券指出，擁有與抽水蓄能同樣簡單的原理，但實現(xiàn)起來卻困難重重，導(dǎo)致這項技術(shù)的研發(fā)晚于抽水蓄能十幾年，主要難點主要體現(xiàn)在2個方面：1）如何升降單個重力塊充放電；2）如何升降數(shù)千個重力塊充放電。

行業(yè)發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段

據(jù)中信證券統(tǒng)計，第一階段（2019年以前）為技術(shù)探討期。為尋找高性價比的儲能方式，海內(nèi)外提出了基于抽水蓄能、構(gòu)筑物高度差、山體落差、地下豎井等多種重力儲能技術(shù)路線。

第二階段（2020-2021年）為技術(shù)實驗期。2020年7月，應(yīng)用EV1技術(shù)的瑞士的5MW商業(yè)示范單元(CDU)完工并網(wǎng)，成功實現(xiàn)商業(yè)規(guī)模部署?；谠撌痉俄椖拷?jīng)驗，2021年，EV陸續(xù)推出二代EVx技術(shù)模塊和EVS儲能管理集成平臺。

第三階段（2022年至今）為技術(shù)商用期。經(jīng)前期項目檢驗，EV和Gravitricity重力儲能項目預(yù)計于2022年率先落地商用。2022年1月，公司子公司Atlas獲得EV技術(shù)授權(quán)用于江蘇如東100MWh的重力儲能示范項目，該項目預(yù)計于2022年7月投入商業(yè)運(yùn)營。此外，EV與DG Fuels的路易斯安那州500 MWh合作項目預(yù)計于2022年年中開始建設(shè)。

如上文所述，目前行業(yè)正處于從理論研究、小規(guī)模試驗到大型商業(yè)化項目落地階段。

有望填補(bǔ)低成本+快裝機(jī)儲能技術(shù)空白

與電化學(xué)儲能相比，其上游材料價格承壓電池成本較高，質(zhì)量良莠不齊。而重力儲能介質(zhì)主要為重力塊，重力塊介質(zhì)將電能存儲為勢能，不會隨著時間衰退，重力塊材料來源廣泛，主要來自粉煤灰、風(fēng)電廢棄葉片、生活垃圾、固廢等，兼顧經(jīng)濟(jì)性同時更具有環(huán)境效益，重力儲能在常溫常壓下進(jìn)行，安全性高。

而與抽水蓄能相比，抽水蓄能存在水頭損失，選址困難，建造周期長的問題，而重力儲能轉(zhuǎn)化效率理論接近100%，選址容易，建設(shè)周期約1年以內(nèi)。


國聯(lián)證券表示，總體上來看，當(dāng)前電化學(xué)成本偏高、抽蓄建設(shè)緩慢的情況下，重力儲能形成技術(shù)補(bǔ)位的功能。

其指出，重力儲能技術(shù)可行性高，轉(zhuǎn)化效率在85%以上。通過比對抽蓄、電化學(xué)儲能等，重力儲能成本介于抽蓄與電化學(xué)之間，裝機(jī)速度1年以內(nèi)，可以追趕風(fēng)光速度助力雙碳目標(biāo)，同時具有安全、可拓展、長時儲能、選址靈活等優(yōu)點，極具應(yīng)用價值。

中信證券也指出，隨著風(fēng)光裝機(jī)規(guī)模持續(xù)提升，儲能將成為必然選擇，與抽水蓄能、電化學(xué)儲能（以鋰電池為例）等技術(shù)相比，重力儲能具備安全性、長壽命等優(yōu)點，重力儲能蓄勢待發(fā)。

原標(biāo)題：“成本是鋰電池的一半”，重力儲能是什么？