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重力储能经济效益如何?号称度电成本5美分

作者:中国储能网新闻中心 来源:洛奇马的能源转型日记 发布时间:2022-03-14 浏览:

中国储能网讯:3月7日晚,中国天楹(000035,SZ)公告称,全资子公司江苏能楹新能源科技发展有限公司(以下简称江苏能楹)拟与江苏天勤投资有限公司(以下简称天勤投资)、天空塔(北京)储能科技有限公司(以下简称天空塔)以及 Atlas Renewable Inc.(以下简称Atlas) 共同投资设立合资公司阿特拉斯(江苏)新能源科技有限公司(暂定名称,以下简称阿特拉斯)。独家开拓基于EnergyVault 的重力储能系统(“GESS”)技术的重力储能项目建设运营业务。

阿特拉斯的经营范围为储能技术开发和应用,储能技术服务等。记者注意到,中国天楹今年以来一直在布局重力储能领域,股权收购、投资公司、购买技术许可……重力储能这门生意究竟能否做成?

想象一个这样“疯狂”的储能技术:用多余电能驱动吊塔,将数千吨重的砖头垒成高塔,缺电时,再利用砖头的重力驱动连接吊塔的发电机,由此实现储电放电。这种基于初中物理理论,宛若少年科学狂想的“搭积木”储能技术,竟然已经要落地了。

目前EnergyVault的重力储能技术在全球范围内尚无商业化应用案例,中国天楹能否成为第一个成功吃螃蟹的人,尚无定数。

“搬砖”储能?

那么,什么是重力储能技术“GESS”?根据 EnergyVault 官方网页介绍,公司主营的重力储能解决方案与抽水蓄电在理论上类似,主要是将特制的复合砖,通过物理升降的过程牵引发电设施,实现储电放电。此外,与其他环境限制较大的储能方案相比, EnergyVault 重力储能解决方案的特色在于作为储能单元的砖头材料主要采用项目所在地的砂石土壤,燃料残渣或风扇叶片等废弃零件。中国天楹新公司与 EnergyVault 的技术合作方式又是如何推进的?21世纪经济报道记者以投资者身份致电公司证券部了解到,中国天楹的技术授权主要系公司控股海外子公司 Atlas Renewable LLC 与 Energy Vault 签订技术授权协议的方式获得。根据公告,Atlas Renewable LLC 与 EnergyVault 于在2022年1月31日签订技术授权协议,允许Atlas在中国区直接间接授予许可,上市公司中国天楹则直接获得许可,相关许可期限为附带三项条件的15年协议。Atlas将向 EnergyVault 支付合计5000万美元的授权费用。据悉,此次中国天楹拟成立的阿特拉斯由四家公司合资成立,其中除中国天楹全资控股的江苏能楹持股50%外,中国天楹实控人夫妇严圣军与茅洪菊控制的江苏天勤投资有限公司将持股10%,中国天楹关联人合计持有公司权益达60%。此外,21世纪经济报道记者了解到,EnergyVault 疑似通过 Atlas Renewable Inc 持有阿特拉斯公司10%股权,也参与进入了重力储能在中国区的落地。

尚无商业化案例

资料显示,EnergyVault 公司曾于2019年获软银愿景风险投资1.1亿,公司后于2020年9月正式成立,并推出首个储能吊塔产品EV1。2021年6月,EnergyVault 获得沙特阿美能源风险投资机构注资,此后公司开始启动SPAC上市计划。2022年1月,中国天楹公告公司通过持有51%股权的 Atlas Renewable LLC 海外实体对 EnergyVault 拟借壳公司投资5000万美元。2月14日,EnergyVault 正式完成SPAC上市流程。或许是因为重力储能在美股也是十分时髦的概念——EnergyVault 上市后从8.96美元一度上涨至18.57美元,最大涨幅一度达到107.25%。但是,落实到公司的具体业务上,EnergyVault 则是乏善可陈。21世纪经济报道记者了解到,在产品上,该公司在初期储电吊塔EV1产品的基础上研发了可以进行机组模块拼装的EVRC储能产品,并在瑞士当地建设了一些项目示范中心,与当地电网嫁接进行项目试验。根据EnergyVault官网提供的储能示范中心数据,其储能模组EVx和弹性中心EVRC储能容量在10MWh以上,满足电网2~12小时的弹性储能。然而,这些并非具体的商业化落地项目。2018年,有消息显示印度塔塔电力公司计划从EnergyVault购买35MWh的重力储能,峰值功率输出为4MW,在2.9秒内启动和毫秒级的响应时间内实现100%的全功率。但该消息并无后续进展。财报方面,EnergyVault招股书显示,公司截至2020年12月合计亏损3760万美元,其2020年亏损2420万美元,2021年截至9月底亏损1860万美元,收入则均为零。公司还表示,在可预见的未来还会继续亏损,即便未来获得收入,也无法保证公司能立即实现盈利。一位一级市场人士在接受21世纪经济报道记者采访时表示:“通过美股SPAC借壳的企业,大部分没有实质业务用于对标估值,往往只要一个亮眼的技术路线就会到股票市场众筹,普通投资者一般不会接触该类公司。”对于中国天楹来说,投入这个前途未卜的领域,未来能否实现可观收入,客户资源从何而来,这些问题其实都有待解决。今年1月30日,EnergyVault与中国天楹订立合同,于江苏如东建造一个100MWh的重力储能示范项目,并于2022年内完结并投入商业运营,实现招商引资。EnergyVault 方面则将垫付2500万美金用于该项目的建设。而对于此次成立阿特拉斯公司,中国天楹证券部则表示,“阿特拉斯母公司(江苏能楹)主要负责的都是储能业务,中国天楹储能都放在那块,而且之前已经有一些储能业务储备,非其首次进入储能板块”。

重力储能经济效益如何?

关于重力储能的商业化前景与经济效益,市场没有太多明确或统一的观点。有专家指出,中国天楹目前的示范项目,尚无法评价其商业前景,而可行性要看项目方案落地方式与难度。根据彭博新能源金融报告数据,EnergyVault重力储电技术平准化成本是锂离子电池的60%(2021年)。21世纪经济报道记者查询资料发现,在目前比较常见的几个储能技术路线下,化学能储电(锂电等)平准化成本在0.64元~1.26元,而抽水蓄能成本低至0.21元~0.25元。这意味着,EnergyVault重力储电技术的成本介于两者之间,但对地理位置的要求偏低。而国泰君安证券则认为,重力储能技术相比锂电和抽水蓄能,更易扩展和模块化,也不会诞生有害物质,或依赖压缩空气与飞轮等带来安全隐患或火灾风险。而对于中国天楹来说,重力储能项目主要收入来源项目建设,其未必承担运营责任与结果。而据中国天楹证券部则向记者表示,一般一个重力储能项目的建设周期半年左右。预计重力储电命题能否作实,将很快见分晓。

时下,锂离子电池由于其单位体积的储存能量高、能量转换率高、没有记忆效应、自放电率低、使用寿命长等特有的技术优势,成为当前储能市场赢家。

但随着美国、韩国等多地储能电站频频发生爆炸事故,锂离子电池储能安全性较差的问题又重新回到公众的视野。并且,Wood Mackenzie的研究报告显示,锂离子电池系统的寿命每延长一倍,其成本就会增加一倍。

于是,随着可再生能源发电的规模越来越大,要想真正使储能技术在能源结构转型中起到助推作用,人们不得不寻找新的储能形式。其中,比较有代表性的便是:重力储能、压缩空气储能和氢气储能。

重力储能

(1)基本原理

如果就纯理论来讲,重力储能是最简单的一种储能方式,其原理类似抽水蓄能,就是以重力造成的位能来储存能源。当电力有多余的时候,驱动马达将重物吊至高处,需要电力的时候,再利用重物下降的力量来驱动发电机发电。图片

(2)优点

原理简单,技术门槛较低;

同时由于采用物理介质储存能量,所以其储能效率高达90%,输出功率从0增加到100%只需要2.9秒,使用寿命在30年以上;

并且不需要像抽水蓄能电站那样对选址有较高要求,所以其建设成本仅为抽水蓄能的三分之一,度电成本也只有抽水蓄能的三分之二。

(3)缺点

能量密度低,建设规模过大。重力储能所需的高塔平均在百米以上,而其输出功率仅相当于一个同等高度的风力发电机;

此外,这项技术对塔吊的精度要求非常高。几十米长的缆绳,需要做到让5000块砖,每一块的位置误差都小于几毫米;

每座高塔需要上千个水泥块,而浇筑水泥块则需要排放大量的二氧化碳,稍不注意就会造成碳排放比提高新能源发电比例省下来的还多。

(4)应用

重力储能虽然原理很简单,但受到保守观念影响,电网配备大规模储能设施进展缓慢。所以重力储能直到2018年才真正作为一种储能方式出现在公众视野。其中,最具代表性的便是孙正义的“水泥块”储能项目。

2018年11月,瑞士的Energy Vault公司推出了重力储能系统,这是储能市场的最新进入者之一。

该系统由一台安装在90-140米高的格状钢塔上的二至六臂起重机组成。起重机的工作原理与抽水蓄能系统相同,它将35公吨的混凝土吊入塔周围的堆垛中,为系统充电。该系统可以在几毫秒内响应电力需求的波动或电网运营商需要的其他支持,并能为可再生能源24小时提供基本负载。

2019年8月,孙正义软银集团旗下的“愿景基金”向该公司豪掷1.1亿美元,同时这也是愿景基金首次投资能源企业。

此外,一些公司还开发出原理类似的铁路储能、山脊线储能等储能系统。

压缩空气储能

(1)基本原理

压缩空气储能采用空气作为能量的载体,大型的压缩空气储能利用过剩电力将空气压缩并储存在一个地下的结构(如地下洞穴),当需要时再将压缩空气与天然气混合,燃烧膨胀以推动燃气轮机发电。图片

(2)优点

有调峰功能,适合用于大规模风场,因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转,减少了中间转换成电的环节,从而提高效率。

(3)缺点

需要大的洞穴以存储压缩空气,与地理条件密切相关,适合地点非常有限;

需要燃气轮机配合,并要一定量的燃气作燃料,适合于用作能量管理、负荷调平和削峰;以往开发的是一种非绝热(diabatic)的压缩空气储能技术。空气在压缩时所释放的热,并没有储存起来,通过冷却消散了,而压缩的空气在进入透平前还需要再加热。因此全过程效率较低,通常低于50%。

(4)应用

德国 Hundorf 站,1978年投运,压缩功率60MW,发电功率290MW(后经改造提高到321MW), 压缩时间/发电时间=4,2小时连续运行,启动过上万次,启动可靠率达97%。

美国Mcintosh站,1991年投运,110MW,压缩时间/发电时间=1.6,如连续输出100MW可维持26小时,曾因地质不稳定而发生过坍塌事故。

近年来压缩空气储能的研究和开发热度在不断上升,我国于2016年在贵州毕节建成国际首套也是目前唯一一套10MW新型压缩空气储能示范系统,效率达60.2%,是全球目前效率最高的压缩空气储能系统。

据清华大学教授梅生伟介绍,在发展过程中,压缩空气储能经历了三次更新换代,分别是补燃式压缩空气储能、常规压缩空气储能和复合式压缩空气储能。

目前最新的复合式压缩空气储能技术,不仅输入端包含风电、光伏、热、气等多种能源形式,而且输出端也可以做到冷、热、电联产的多样化输出。

未来,如果复合式压缩空气储能技术有条件普及,将使其成为能源互联网建设的重要抓手。

氢气储能

(1)基本原理

利用待弃掉的风电制氢,通过电解水,将水分解为氢气和氧气,从而获得氢。以后可直接用氢作为能量的载体,再将氢与二氧化碳反应成为合成天然气(甲烷),以合成天然气作为另一种二次能量载体。图片

(2)优点

采用这两种物质作能量载体的好处是储存的能量很大,可达TWh级;

储存的时间也很长,可达几个月;

另外氢和合成天然气除了可用于发电外,还可有其他利用方式,如交通等。

(3)缺点

全周期效率较低,制氢效率只有70%左右,而制合成天然气的效率60-65%,从发电到用电的全周期效率更低,只有30%-40%;

同时,虽然目前电解水制氢可以实现零碳,但是由于技术不够成熟,所以导致成本太高。并且,在电解水过程中,需要大量电能,而如果从宏观角度看,目前煤电的高占比也使得其难以做到真正的“零碳”。

(4)应用

将氢与二氧化碳合成为甲烷的过程也被称作为P2G技术(power to gas)。德国热衷于推动此项技术,已有示范项目在德国投入运行。以天然气为燃料的热电联产或冷、热、电联产系统已成为分布式发电和微电网的重要组成部分,在智能配电网中发挥着重要的作用,氢和合成天然气为分布式发电提供了充足的燃料。

同时,氢燃料电池汽车也受到多家汽车巨头的重视,比较有代表性的便是丰田集团的Mirai系列。

综上所述,虽然目前对于谁能替代锂离子电池、成为新的储能“王者”,尚无法定论,且现在仍然有许多潜在的储能技术有待开发。但可以肯定的是,未来的储能市场一定是一个多种形式互补、百花齐放的情景,众多储能方式也一定会在未来的能源结构中拥有适合自己的天地。而到那时,是或不是“王者”,又有什么分别呢?

软银1.1亿美元豪赌水泥块“叠叠乐”储能技术,在国内外都引起热议,在各种质疑背后、建筑和能源行业也纷纷提出解决办法与支持的声音。

8 月 15 日,软银旗下规模达千亿美元的“愿景基金”(Vision Fund)宣布,向新型储能技术公司 Energy Vault投资1.1 亿美元。

这一次软银投资的公司叫做Energy Vault,这家公司的技术叫做重力储能(混凝土塔储能),在先进的软件系统控制下,使用大型的塔吊,根据蓄电放电的需要,把每个重达35吨的混凝土块,在塔吊周围吊起最高可以堆砌到33层、120米高,这样就把电能转化成为混凝土块的重力势能。那电力短缺的时再把混凝土块从高处放到低处,下落时候的重力势能通过发电机重新转化为电能。简单说来这个过程有点像“搭积木”一样,实现重力势能和电能之间的转换。

Energy Vault表示这套储能系统寿命长、大于30年,且技术成本仅为抽水蓄能三分之一,度电成本为5美分。

初中物理“低技术”创新 软银豪赌亏不亏?

这家公司是“搬砖”的?!这项技术的原理这么简单吗?

你可能无语了,还真就这么简单。这家公司正在利用初中物理就能理解的“低技术”创新,为人类未来储存巨量能源。但软银却为此投资了1.1亿美元。对于软银来说,投资 Energy Vault 也是一场豪赌。成功了,回报率不可想象;失败了,1.1 亿美元也就打水漂了。

不稳定、精度高等质疑重重 不如改成挖深坑?

但你别看技术原理简单,这种储能方式还就恰恰能符合电网的高要求。Energy Vault公司宣称,这项技术的输出功率从0增加到100%只需要2.9秒,而且储能效率高达90%,这对于电网储能十分理想。

但Energy Vault 这个重力储能的概念从诞生之初就饱受争议。许多科学家、工程师都提出了自己的质疑,指出了这项技术真正应用时,所可能面临的各种艰巨的挑战。不过,大多数对 Energy Vault 提出质疑的人,都非常期待 Energy Vault 能把上面这些工程挑战一个接一个地全部解决掉,把真正的完整规模的项目建造出来。

1、占地面积大,能量密度低。

120 米高、5000 多块 35 吨重的混凝土砖,输出的功率却和一座同等高度的风力发电机在同一个级别。换句话说,如果想摆脱锂电池只能提供辅助服务的“尴尬”境遇,他们似乎需要给每一台风机都配备一座高塔。

2、稳定性、精度要求高

如果遇到强风、地震,高塔会不会塌?30年的时间里,35吨重的塔基会不会发生沉降、歪斜?这项技术对塔吊的精度要求非常高。几十米长、迎风飘摆的缆绳,需要做到让5000块砖,每一块的位置误差都小于几毫米。

Energy Vault 发布的视频中只有 20 米高的塔,为了提高稳定性他们把塔的主体用一道道钢箍紧紧绑牢。可能他们自己也担心,如果上面的没放稳,下面的就会塌。而且视频中钢缆的抖动幅度明显很大,远不止几毫米。

对此不少网友提议将“叠叠乐”改为“挖深坑”。

除此之外还有一些其他的疑问:

3、碳排放

但是也有人指出生产普通的水泥会产生大量的二氧化碳,用二手原材料能避免吗?会不会排放的二氧化碳比提高新能源发电比例省下来的还多?

4、寿命能不能达到30年?

就算他们的新型混凝土块材料可以受得了风吹雨淋和日日摔打,但是起重机行吗?每天不停地搬运35吨重的重物上下几十米,能坚持多久?

从这两位朋友对话来看,他们可能不知道这种利用水的势能发电技术学名叫“抽水蓄能。

Energy Vault表示做重物的混凝土材料是由建筑垃圾、煤灰、泥土制成的,这些原材料基本都是免费的,甚至建筑工地还愿意倒贴钱请人帮忙处理掉。用这些二手材料制成的新型混凝土块,成本很低、连抽水蓄能的三分之一都不到,每度电只需要5美分,还能摆脱抽水蓄能的地域限制。此外,他们还可以根据客户的需求,订制规模正好满足要求的储能设施。

这里插播的德国人发明的另一种重力储能技术,原理类似一个活塞系统:

用圆柱体的岩石嵌放在形状相同的储水池中,白天有光伏发电富余电力时,泵会把水压入储水池中,岩石活塞就会被水压提起,即电能转化成了重力势能。而当夜晚无光伏发电、电网需要电能供应时,闸门会打开、岩石活塞下降,挤压储水池中的水流经泵来发电,此时重力势能会转化成电能。

这种技术发明公司Heindl Energy GmbH,位于斯图加特。据称该技术可以实现电网等级的大容量、长时间(6~14h)储能,能量转换效率可以达到80%左右,对于电网削峰填谷、消纳大量的可再生能源非常有用。而且只要在自然条件,施工能力允许的条件下,岩石块半径r越大,单位电量储能成本就越有优势,如果按岩石密度2600kg/m3来折算,直径125米的储能电站可以储电8GWh。但这种技术关键在于密封要求和选址要求,但据公司在网站显示,该想法是2010年提出的,现在还没有建成相关的项目,目前还正在国际上选址,寻找合适的建造地,他们的目标是在2020年建成示范站。

低成本、响应快 没那么低科技!

其实业界认为这个技术,一点都没有看上去那么“低科技”。

Energy Vault曾在9个月内用不到200万美元建成了第一个主要利用混凝土块来储存能源的原型机。并已开始与印度公司Tata Power建立合作伙伴关系,以在2019年建造其第一座工厂,一个35兆瓦时的系统。根据Energy Vault的数据,其35MWh存储系统的峰值功率输出为4MW,在2.9秒内启动和毫秒级的响应时间内实现100%的全功率。这使其能够提供关键的辅助服务,如旋转备用和频率响应。

据报道Energy Vault 目前正在意大利北部兴建他们的第一座全规模储能电站,预计今年年底完工。

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