Gravitricity和Energy Vault正在開創(chuàng)一種全新的電池替代品，用于電網(wǎng)存儲(chǔ)。

起重機(jī)幾乎是任何城市天際線中熟悉的固定裝置，但在靠近意大利邊境的瑞士城市提契諾（Ticino），這個(gè)起重機(jī)比其他地方的都引人注目：它有六只手臂 -- 這個(gè)110米高的“海星”不是用來建造的。這是為了證明可再生能源可以通過裝載重物來儲(chǔ)存，也可以通過釋放它們來調(diào)度。

建造這座建筑的瑞士公司Energy Vault已經(jīng)開始了一項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目，該項(xiàng)目將在2021年實(shí)現(xiàn)首次商業(yè)化部署。其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一，是蘇格蘭的Gravitricity。可以肯定的是，目前世界上幾乎所有運(yùn)行中的儲(chǔ)能設(shè)施，其總發(fā)電量可達(dá)174千兆瓦，都依賴重力。抽水蓄能，即將水抽到更高的海拔，然后通過渦輪機(jī)回流發(fā)電，長(zhǎng)期以來一直主導(dǎo)著儲(chǔ)能領(lǐng)域。但是抽水需要一些非常特殊的地理位置，兩個(gè)大的水庫在海拔高度有一個(gè)垂直的間隔，這個(gè)間隔很大，但不會(huì)太大。因此，建立新的站點(diǎn)是困難的。

Energy Vault，Gravity Power，和他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手尋求使用相同的基本原理，即提升質(zhì)量，讓質(zhì)量下降，同時(shí)制造一個(gè)幾乎可以安裝在任何地方的能量?jī)?chǔ)存設(shè)施。同時(shí)，他們希望通過提供較低的長(zhǎng)期成本和造成較少的環(huán)境問題，使電池成為可再生能源儲(chǔ)存的新寵。

在執(zhí)行中，Energy Vault的塔樓不斷堆放和拆散35公噸的磚，這些磚排列成同心圓。例如，內(nèi)環(huán)中的磚塊可以堆起來儲(chǔ)存35兆瓦時(shí)的能量。然后系統(tǒng)的六個(gè)臂將系統(tǒng)地分解它，降低磚塊來建造一個(gè)外圈，并在這個(gè)過程中釋放能量。

這個(gè)儲(chǔ)存焦耳的Jenga游戲可能很復(fù)雜。為了保持恒定的輸出，一個(gè)塊需要加速，而另一個(gè)塊需要減速。該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Robert Piconi解釋說：“這就是我們使用六只手臂的原因。”

他說，此外，控制系統(tǒng)還必須補(bǔ)償陣風(fēng)、起重機(jī)在撿起和放下磚塊時(shí)的偏轉(zhuǎn)、電纜的伸長(zhǎng)、擺錘效應(yīng)等等。

Piconi看到了電池的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一優(yōu)勢(shì)是環(huán)保。Energy Vault的主要支出不是化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、難以回收的鋰離子電池，而是磚塊本身，這些磚塊可以在現(xiàn)場(chǎng)使用可用的泥土和廢料與墨西哥水泥巨頭Cemex的一種新聚合物混合制成。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，據(jù)Piconi說，是較低的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，該公司計(jì)算約為一半的電池安裝同等存儲(chǔ)容量。電池儲(chǔ)存設(shè)施必須在電池退化時(shí)不斷更換電池。但Energy Vault的基礎(chǔ)設(shè)施并非如此。

這家初創(chuàng)公司對(duì)自己的數(shù)字有足夠的信心，聲稱2021年將開始多個(gè)商業(yè)設(shè)施。Piconi說，Energy Vault在2019年籌集了1.1億美元，用于在提契諾建造示范裝置，并為“多大陸擴(kuò)建”做準(zhǔn)備。

Illustration: GravitricityEnergy Mine:Raising and lowering weights of hundreds of metric tons in a kilometer-deep abandoned mine shaft, as shown in this artist’s rendering, could store and deliver energy quickly.

與Energy Vault的努力相比，Gravitricity的儲(chǔ)能方案似乎簡(jiǎn)單些。Gravitricity公司計(jì)劃用一個(gè)或幾個(gè)更重的重物在一公里深的廢棄礦井上下移動(dòng)，而不是用一個(gè)六臂起重機(jī)來回穿梭。

這些巨大的質(zhì)量，每一個(gè)都在500到5000公噸之間，只需要以每秒厘米的速度移動(dòng)就可以產(chǎn)生兆瓦級(jí)的輸出。Gravitricity的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)理Chris Yendell解釋說，使用單一權(quán)重有助于快速、短時(shí)間地應(yīng)用高功率，例如處理電網(wǎng)中的逐秒波動(dòng)和保持電網(wǎng)頻率。他說，多重重量系統(tǒng)更適合儲(chǔ)存更多的能量，并能維持更長(zhǎng)的時(shí)間。

證明second-to-second的反應(yīng)是一個(gè)250千瓦的概念演示器的主要目標(biāo)，Gravitricity正在蘇格蘭建造。它50公噸的重量將懸掛在7米高的格子塔上。測(cè)試應(yīng)該在2021年第一季度開始。“我們希望能夠在收到信號(hào)后不到一秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)完整的發(fā)電量，”Yendell說。

該公司還將在2021年為一個(gè)全尺寸的原型開發(fā)場(chǎng)地。“我們目前正在與歐洲和南非的礦主聯(lián)絡(luò)，當(dāng)然也對(duì)美國(guó)感興趣，”Yendell說。這樣一個(gè)完整的系統(tǒng)將在2023年上線。

Gravity Power公司和它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手New Energy Let’s Go公司從現(xiàn)已破產(chǎn)的Heindl Energy公司那里獲得了技術(shù)，他們也在尋找地下儲(chǔ)能，但他們的靈感更多地來自抽水蓄能。他們不是用不同海拔的水庫儲(chǔ)存能量，而是把水抽到地下，以提升一個(gè)非常重的活塞，讓活塞下落推動(dòng)水通過渦輪發(fā)電。

“水庫是抽水蓄能的致命弱點(diǎn)，”該公司創(chuàng)始人Jim Fiske說。“Gravity Power的全部目的是消除對(duì)水庫的需求。[我們的工廠]允許我們?cè)?到5英畝（1到2公頃）的平地上提供抽水水力發(fā)電和儲(chǔ)能能力。”

Fiske估計(jì)，一個(gè)400兆瓦、儲(chǔ)存時(shí)間為16小時(shí)（即6.4千兆瓦時(shí)）的發(fā)電廠，其活塞的重量將超過800萬公噸。他說，這聽起來可能很可笑，但這完全符合當(dāng)今水泵的提升能力和施工工藝的限制。

雖然這些公司希望這種地下儲(chǔ)存場(chǎng)所比電池裝置更經(jīng)濟(jì)，但它們?nèi)匀缓馨嘿F。但是，當(dāng)關(guān)注氣候變化的國(guó)家意識(shí)到危機(jī)的嚴(yán)重性時(shí)，他們可能愿意為這些儲(chǔ)存選擇買單。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：重力儲(chǔ)能將在2021年展現(xiàn)其潛力

文章出處：【微信公眾號(hào)：IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。