2022年储能行业之重力储能技术专题研究.docx

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1、2022年储能行业之重力储能技术专题研究1.储能行业：重力储能新技术种类多样，发展潜力巨大重力储能是一种机械储能，通过电力将重物提升至高处，以增加其重力势能完 成储能过程，通过重物下落过程将重力势能转化为动能，进而转化为电能。重力储能的储能介质主要分为水和固体物质。水介质型重力储能系统可以借助 密封良好的管道、竖井等结构，其选址的灵活性和储能容量受地形和水源限制，在自 然水源附近更易建成大规模的储能系统。固体重物型重力储能主要借助山体、地下竖 井、人工构筑物等结构，重物一般选择密度较高的物质，如金属、水泥、砂石等以实 现较高的能量密度。水介质储能系统主要采用电动发电机和水泵涡轮机进行势能和电能

2、转换，一般 通过水阀、电动发电机的电流等参数进行控制以实现充放电过程。固体重物型的储 能系统主要利用起重机、缆车、有轨列车、绞盘、吊车等结构实现对重物提升和下落 控制，功率变换系统主要包括电动发电机以及机械传动系统，通过电动发电机的电流 等参数进行控制以实现充放电过程。重力储能发电单机容量不大，但“总量”空间较大。由于重物质量流量可能达 不到抽水蓄能机组引用流量的量级，且重力储能发电的应用高差小于抽水蓄能电站的 发电水头，重力储能电站单机容量量级低于抽水蓄能。但考虑到重力储能受选址条件 的限制小，仍有很大的发展空间。重力储能优势较多，主要包括以下几下：纯物理储能、安全性高、环境友好。重力储能在

3、重物输送、势能储存、机 械能发电等工作流程中，不涉及化学反应，运行安全可靠。重力储能发电 清洁低碳，对自然环境影响小。强环境适应性，适宜“分布式”储能。重物的存储、输送及发电过程没有 特殊条件和要求，因此，重力储能电站基本无选址、天气等外部条件限制， 应用很灵活，可以实现按电力系统的需求在电网侧、电源侧灵活布局。抽 水蓄能站点规划需要有适宜的地理条件和水资源为基础，充分利用重力储 能电站布置便利的优势可以形成互补，以支撑大规模分布式、波动性电源 的接入，保障电网运行稳定、安全，也有利于提升电力系统的整体效益。发电循环寿命长、成本低。重物以混凝土或当地材料为主材，或者利用其 他再生材料，能循环使

4、用数十年，运行过程中重物损耗小。若取材利用合 适，重物成本可以大大降低。可以预见，技术发展成熟后，重力储能发电 的成本有望处于相对较低的水平。时间长且无自放电问题。重力储能电站上下仓扩展相对容易，重物势能储 存期间不会有损失，具备长时间储能的便利条件和先天优势。种类技术种类多样。目前，重力储能技术类型主要有活塞式重力储能、悬挂式 重力储能、混凝土砌块储能塔和山地重力储能四种重力储能发电技术。重力储能发电原理简单，如果不考虑效率指标、调节性能等，仅为小型重物发 电是容易实现的。但要实现规模化、产业化开发重力储能电站，仍有较多困难需要 克服。1）重力轮机研制重物势能转化为机械能的设备是重力储能发电

5、的核心技术。开发电网储 能级别的重力储能电站需要一定的容量规模，如何稳定、高效运行是需要解 决的关键技术和难题。重物势能首先转化为机械能，且宜为旋转机械能，以 方便利用成熟的发电机技术设备；作为储能电站需要响应快、调节灵敏。因 此，重力轮机概念应是一个可行的思路。2）上下仓布置形式上下仓布置形式直接影响重力储能电站的土地占用、空间利用等情况，需重 点研究、规划方案。重力储能电站上下仓分别高位、低位独立布置使得占地 较大，可能在一些山地区域较适合。由于重物存放较为灵活，针对充分利用 上下仓之间的空间的问题，Energy Vault 公司设计的混凝土储能塔为上下仓 一体形式，能够节省占地面积，但需

6、要解决吊运准确、结构可靠等问题，可 以作为进一步研究的参考方案。3）重物输送系统若上下仓分别高位、低位独立布置，重物输送系统涉及下仓吊运至上仓，以 及上仓和下仓内的输运。若上下仓设计为一体化，低位到高位吊运可统一归 入仓内输送系统。重力储能电站可参考借鉴抽水蓄能电站目前多采用的抽水 /发电双向运行的可逆式机组，可减小工程布置规模，节省投资，降低成本。4）重物重力储能电站的重物数量较大，综合考虑各因素，重物材料及来源采用混凝 土为主材较为合适。应该尽量利用已有废弃材料或就地取材，如建筑垃圾、 砂石等，以降低对环境的不利影响，还能大幅降低成本。另外，在风力发电 站附近，将现场处理、加工废弃的风机作

7、为重物，也是一种可选择的方式。从方便重物输送系统设计、提高效率的角度，重物采用规格相同的标准件较 为合理，同时加工也最为方便，有利于降低重物成本。重物的结构强度也相对重要。在能量存储、转化的整个输送过程中，重物处 于运动状态，结构可靠性将直接影响机组运行和电力生产安全。另外，重物 可循环使用，保证足够的结构强度，可减小磨损、延长寿命，降低重物维护 费用。2.深绑龙头 EV 公司，率先布局重力储能储能塔结构由 Energy Vault 公司提出，是一种利用起重机将混凝土块堆叠成塔 的结构，利用混凝土块的吊起和吊落进行储能和释能。2019年，EV公司利用这一独 特技术于在印度部署了第一台 35MW

8、h 的系统。这个储能系统包含一台超大型六臂式 起重机和大量重达 35t 的混凝土块。混凝土砖塔的容量可达 35 MWh、峰值功率可达 4MW，能源效率能够达到 90%。这一系统可以在 816h 内 48MW 连续功率放电， 实现对电网需求的高速响应。根据 EV 官网，该技术平准化成本约为 0.32 元/kWh。Energy Vault 公司成立于 2017年，是瑞士一家可再生能源储存技术和产品研发 商，主要产品包括六臂起重机、模块化组件和 EVRC 产品线。EV 公司的产品组合可 以满足大型抽水蓄能系统的所有优点，但成本要低得多，往返效率更高，并且可以克 服地形和环境因素的影响。作为重力储能领

9、域的龙头公司，EV 公司具有极大的技术优势。凭借储能塔结构 的独特优势，EV 公司获得了日本软银集团愿景基金 1.1 亿美元的投资，并于 2022 年 2 月在纽约证券交易所合并上市。EV 公司于 2019 年在印度部署了第一台 35MWh 的 系统。2020 年，EV 集团的全球首个 35MWh 项目 CDU实现并网。实施循环经济方法，提高储能系统可持续性。Energy Vault 在其供应链上实施了 循环经济方法，该方法尽可能采用现场材料生产，减少运输环节的温室气体排放。 EV 研发的复合储能块使多种工业和能源废料得到有益的再利用，如煤灰、回收的风 力叶片等。2022 年 1 月 30 日

10、，公司与 EV 公司签署了技术许可使用协议。公司控股子 公司 Atlas Renewable LLC 与 Energy Vault 公司正式签署 5000 万美元的技术授权许 可协议，以PIPE的形式向其投资5000万美元。EV公司授权公司的控股子公司Atlas 在中国区使用相关重力储能系统的许可技术。另外， EV 将垫付 2500 万美金用于在 江苏如东建设一个 100MWh 的重力储能示范项目，并于 2022 年内完成，投入商业运 营。“环保+新能源”双轮驱动，进军重力储能领域。2021 年 11 月，公司与如东县 政府签署了新能源产业投资协议，优先将如东县十四五规划新增的滩涂光伏发电 资

11、源的 20%配置给乙方，并且储能中心是其中的重点建设内容之一；公司成立全资 子公司负责公司新能源相关领域的业务。根据公司官网，2021 年 12 月，公司与中国 投资协会能源投资专业委员会、美国 STERA 能源公司、天空塔（北京）储能科技有 限公司正式签订中国境内首个 100MWh 重力储能项目战略合作协议，位于江苏省如 东县的该储能项目将采用 EV 公司的重力储能技术，利用其创新存储方式和能源管理 平台，提升可再生能源的发电及使用品质，实现可再生能源的高质利用。携手央企和政府，大力发展新能源业务。2022 年 4 月，公司控股子公司阿特拉 斯（江苏）新能源科技有限公司与中国投资协会能源投资专业委员会、中国三峡建工 （集团）有限公司、中建七局新能（上海）建设有限公司签署了战略合作协议， 就能源市场开发相关事宜达成战略合作；6 月与中电建水电开发集团有限公司签署了 战略合作协议，双方围绕重力储能+光伏、风电、水电、核电、生态修复、尾矿 治理、建筑垃圾等零碳能源+资源综合利用的解决方案，全面开展合作，力争在“十 四五”期间在全国共同开发投资不少于2GW+的重力储能电站，并支持电建集团体系 内储能开发项目在同等条件下优先与公司合作重力储能。