初創(chuàng)企業(yè)正在開創(chuàng)一種可替代電池的全新電網儲能方式。

在幾乎每座城市，起重機都是一種很常見的設備，但在靠近意大利邊境的瑞士城市提契諾，有一臺起重機卻非常特別：它有六只手臂。這只110米高的天際線“海星”并非用于建筑，而是為了證明可再生能源能通過升舉重物來儲存，通過放下重物來輸送。建造這個結構的瑞士公司Energy Vault已經開始實施一個測試項目，并將在2021年進行首次商業(yè)部署。

目前該公司至少有一個旗鼓相當?shù)母偁帉κ郑刺K格蘭的Gravitricity公司；另外至少還有兩家有類似想法的公司New Energy Let’s Go和Gravity Power，正在尋找資金準備推進。可以肯定的是，目前世界上運行中儲能設施的總發(fā)電功率可達174千兆瓦，幾乎都是依賴重力進行發(fā)電的。

長期以來占據(jù)主導地位的抽水蓄能，將水抽到更高的海拔，然后回流，通過渦輪機發(fā)電。但是抽水需要一些非常特殊的地理條件——兩個海拔高度不同的大水庫，它們的垂直間距要大，但又不能太大，所以建立新的抽水蓄能站點很困難。Energy Vault、Gravity Power及其競爭對手都在追求利用同一個基本原理，即提起重物并讓它下落，建造一個幾乎可以安裝在任何地方的能量儲存設施。此外，它們希望通過降低長期成本和減少環(huán)境問題來擊敗可再生能源儲存的新寵——電池。

在實際運行中，Energy Vault的塔吊連續(xù)不斷地將每個重35噸、呈同心圓排列的混凝土塊進行堆疊和拆卸。例如，將混凝土塊在內圈堆疊起來，可以儲存35兆瓦時的能量。然后塔吊的六只手臂會系統(tǒng)地拆卸這個內圈，將混凝土塊從高處放到低處，建造一個外圈，并在這個過程中釋放能量。

這個儲存能量的搭積木游戲可能很復雜。為了保持恒定的輸出，當一塊混凝土塊需要加速時，另一塊就需要減速。“這就是為什么我們要使用六只手臂。” Energy Vault公司的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人羅伯特?皮科尼（Robert Piconi）解釋道。更重要的是，控制系統(tǒng)必須補償陣風、起重機在提升和放下混凝土塊時的偏轉、纜繩的伸長、鐘擺效應等影響，他說。皮科尼認為這與電池相比有幾個優(yōu)勢。第一個優(yōu)勢是環(huán)保。與鋰離子電池依賴化學反應且難以回收不同，Energy Vault的主要支出是混凝土塊本身，它可以利用現(xiàn)有的泥土和廢料與墨西哥水泥巨頭Cemex公司生產的一種新聚合物混合，現(xiàn)場制作混凝土塊。

皮科尼說，另一個優(yōu)勢是較低的運營費用。經該公司計算，其運營費用約為具有同等儲能容量的電池裝置的一半。電池儲能設施必須不斷更換退化的電池芯，但Energy Vault的基礎設施并不需要。這家初創(chuàng)公司對自己的數(shù)據(jù)有足夠的信心，它聲稱將在2021年投入使用多臺商用設施。皮科尼表示，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和為“跨洲建設”做準備。

與Energy Vault的努力相比，Gravitricity的儲能方案似乎更簡單。該公司并沒有使用六臂起重機往復移動混凝土塊，而是在千米深的廢棄礦井中上下移動一個或幾個很重的重物。

這些巨大的重物，每一個的重量都在500到5000噸之間，只要以每秒幾厘米的速度移動就可以產生兆瓦級的輸出功率。Gravitricity的項目開發(fā)經理克里斯?延德爾（Chris Yendell）解釋說，單個重物適用于短時間、快速、高功率的應用，例如處理電網瞬間的波動和保持電網頻率。而多重物系統(tǒng)更適合儲存更多的能量和長期發(fā)電，他說。

為了驗證它的秒級響應，Gravitricity正在蘇格蘭建造一臺250千瓦的概念演示機。它將50噸的重物懸掛在7米高的格子塔上。測試將于2021年第一季度開始。“我們希望能在收到信號不到1秒鐘內圓滿地完成發(fā)電。”延德爾說。

該公司在2021年還將開發(fā)幾套全尺寸原型系統(tǒng)。“我們目前正與歐洲和南非的礦主聯(lián)絡，（我們）當然也對美國感興趣。”延德爾說。這個全尺寸系統(tǒng)將在2023年開始運行。Gravity Power及其競爭對手New Energy Let’s Go，從現(xiàn)已破產的Heindl Energy公司那里獲得了所需技術，同時還在研究地下儲能，這也許是受抽水蓄能的啟發(fā)。但它們并不是用不同海拔高度的水庫來儲存能量，而是用泵把水壓到地下，舉起一個非常重的活塞，然后讓活塞落下，把水推過渦輪機進行發(fā)電。

“水庫是抽水蓄能的致命弱點。”Gravity Power公司的創(chuàng)始人吉姆?菲斯克（Jim Fiske）說，“Gravity Power發(fā)電廠的主要意圖是擺脫對水庫的需求。（我們的發(fā)電廠）能夠在3到5英畝（1到2公頃）的平地上實現(xiàn)抽水蓄能規(guī)模的發(fā)電和蓄能。”菲斯克估計，一個400兆瓦、能夠儲能16小時（即6.4千兆瓦時能量）的發(fā)電廠，將需要一個800多萬噸重的活塞。他說，這可能聽起來很可笑，但完全在當今水泵的提升能力和施工工藝的能力范圍之內。

雖然這些公司期望這樣的地下儲能設施比電池設備更經濟，但它們仍然很昂貴。不過，當擔心氣候變化的國家意識到危機的嚴重性時，它們很可能愿意為這些儲能方式買單。

原文標題：2021頂尖技術專題報道 11：重力儲能的盛衰

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責任編輯：haq