存储技术：利用重力存储能量是否可行？

工程师知道，大型能源系统包含三个主要部分：发电，存储和交付。每个阶段都有其独特的特征，并且它们之间通常存在一些重叠和相互作用。但是，储能是一个迫切需要可行选择的领域，尤其是当间歇性可再生能源（例如风能和太阳能）无法立即使用或将其存储以备后用时，就会浪费能源。

其中的存储选项包括电化学电池，超级电容器，飞轮，电解产生的氢，可逆盐态，压缩空气和抽出的储水。如您所料，没有“最佳”的电能存储方式，每种技术都有其优缺点，这取决于许多因素。这包括大小和规模问题（因为存储几千瓦时与千兆瓦时甚至兆瓦时，可用空间大不相同），安全问题等等。长话短说：以网格级别的容量进行存储很困难。

许多活跃的大型网格级存储设施都是基于水库的，在有电时将水抽到更高的高度，并在需要电源时通过发电机排空。从原理上讲，这似乎很简单，但是此方案需要两个足够大的垂直距离的大型油藏。

提出的其他替代方案处于原型和试运行的各个阶段。一些是纯机械的，不涉及水，而其他一些则以与经典的两水库技术不同的方式使用水。

来自瑞士的Energy Vault的全机械系统使用重量为35吨（一吨为1,000千克，约2,200磅）的木块的自动堆放，所有块都放置在具有六个吊臂的空旷区域（图1）。）。复杂的系统使用先进的算法来决定在何处堆叠以及最佳堆叠顺序。在必须解决的问题中，风在移动时对砌块和起重机的影响，摆锤效应，电缆拉伸以及通过对砌块“掉落”进行排序来保持恒定的输出。该公司声称，该设备是模块化的，存储容量为20至80 MWh，连续放电4至8 MW，可持续8至16个小时。Energy Vault正在瑞士提契诺州建造一个110米高的大型演示系统。

相比之下，重力系统将500至5,000吨的单个重量悬挂在各自的竖井中，而不是将它们露天堆放（图2）。每个重物都有一个绞盘，可以举起重物或释放重物，因此下降的重物可以为发电机供电。该公司声称，每个装置可产生1至20 MW的峰值功率，输出持续时间为15分钟至8小时。苏格兰正在使用25吨重的砝码建造和测试一个额定功率为250 kW的演示装置。

图2重力存储系统可悬挂500至5,000吨的单个重量，每个竖井只有一个重量。资料来源：重力

《新能源让我们一起去》使用重物和水。电动泵和液压系统将一块巨大的岩体提起，并靠在可移动的活塞上以存储能量（图3）。为了释放动力，将来自岩体的高压水输送到涡轮机和发电机。声称的储能能力将在1至10 GWh之间。

图3该存储系统的设计基于重物和水的组合，其中较大的质量放置在可移动的活塞上。资料来源：新能源走吧

的重力功率的方法还使用水，具有大活塞悬浮在深，充满水的轴，与滑动密封件以防止活塞周围泄漏和返回配管连接在地电平（一泵用水轮机沿图4）。在操作开始时，轴只注满一次水，然后将其密封，不需要额外的水。为了存储能量，动力驱动电动/发电机泵将水压下回水管并进入轴，从而抬起活塞。为了发电，活塞下降，迫使水沿着储水轴下降，沿着回水管向上并穿过涡轮，从而转动电动机/发电机。该公司表示，每个竖井可以存储数百兆瓦时。巴伐利亚州魏尔海姆市正在建设兆瓦级示范工厂。

图4此存储方法基于大活塞在闭环，充满水的轴和返回路径中的运动。资料来源：引力

这些设计中的一个重要考虑因素是它们能够在大约一秒钟的时间内提升至全部输出。这对于源和负载都无法预测的许多网格应用程序非常有用。

这些选项中的每一个都在大小，选址问题，复杂性，成本，潜在的可靠性和容量以及可感知的和实际的安全问题上进行了有趣的权衡。有趣的是，哪一个获得最大的吸引力，或者也许它们都会做得更好，这取决于位置，功率水平，本地成本，能源需求和替代方案的具体情况。

完全基于我的“直觉”，没有任何数据，我对多起重机方法持怀疑态度，因为它看起来是如此复杂，暴露于外部环境，并且需要最复杂的管理和算法。但是我以前做错了：当引入USB端口时，我说：“谁需要这个？我们已经有足够的I / O选项。” 我们知道USB的结果。

您对这些用于电网级储能的选择的大规模实用性有何看法？您是否将它们视为替代电池场，水库，压缩空气或其他正在使用或建议使用的方法的可行替代方案？

编辑：hfy