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用重力来储能

作者:袁素 来源:能源评论•首席能源观 发布时间:2022-07-20 浏览:

中国储能网讯:6月1日,跨行进入能源行业的环保上市公司中国天楹股份有限公司(以下简称“中国天楹”)发布公告称,公司控股子公司阿特拉斯(江苏)新能源科技有限公司(以下简称“阿特拉斯”)与中电建水电开发集团有限公司(以下简称“中电建水电”)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。

根据协议,“十四五”期间双方力争在全国共同开发投资不少于2吉瓦的重力储能电站。同时,中电建水电将支持中电建集团体系内储能开发项目在同等条件下优先与阿特拉斯合作重力储能项目。

这并不是中国天楹第一次通过公告发布重力储能开发的计划,今年以来中国天楹多次发布联合央企开发重力储能的项目。

作为一种新型的机械储能技术,重力储能在2019年之前主要是一种理论构想,经过了两年的技术试验期之后,它在今年有望步入产业化的初期,迎来技术验证元年。

经前期项目初步检验,全球重力储能领域领先的两家公司——瑞士的EnergyVault(以下简称“EV”)和英国的Gravitricity的重力储能项目将于今年率先落地商用。

取得EV技术授权的中国天楹旗下的江苏省如东县100兆瓦时的重力储能示范项目,预计将于近期投入商业运营。这是全球最大的重力储能项目,也是全球首个100兆瓦时规模的重力储能项目。

适宜分布式储能

与目前主流的抽水蓄能和锂电池储能相比,重力储能具有占地面积小(主要利用高度方向上的空间)、转化效率高、相对安全(没有爆炸、溃坝风险)、存储时间长(重力势能维持时间理论上无限长且不存在损耗)等优势。

重力储能的工作过程如下:首先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;再通过重物下落过程将重力势能转化为动能,进而转化为电能输出。

根据储能介质的不同,国内外将重力储能进一步划分为水介质型和固体重物型两类技术路线。

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从各种重力储能性能比较来看,水介质型重力储能系统在功率和储能容量方面不及传统的抽水蓄能,但响应时间短、选址更灵活,海下储能系统可以合理利用海洋空间,活塞水泵系统可以为城市提供储能服务,储能成本和效率也与抽水蓄能相当。

固体重物型重力储能系统的储能容量和功率由大到小排列为:基于山体落差系统>基于地下竖井系统>基于构筑物系统。固体重物型储能系统由于不需要水泵、水轮机结构,理论上可以实现比抽水蓄能更高的储能效率,响应时间也更短,可以根据不同地形和需求灵活选择不同储能结构。

总体来看,尽管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。充分利用这一优势可以支撑大规模新能源的接入,保障电网运行安全,利于提升电力系统的整体效益。

从示范到商用

从全球来看,重力储能行业的应用整体还处于早期,百兆瓦级应用的技术可行性和经济性有待验证。

目前,全球进行重力储能产业化的创业公司并不多,主要是瑞士的EV公司、美国的GravityPower公司、英国的Gravitricity公司等,最值得关注的是EV公司,它已实现特殊目的收购公司(SpecialPurposeAcquisitionCompany,SPAC)上市。

EV公司成立于2017年1月1日,是瑞士的一家可再生能源存储技术和产品研发企业,曾完成多轮融资,其中分别于2019年和2021年获软银愿景基金1.1亿美元和沙特阿美能源风投机构的投资,并推出首个储能吊塔产品EV1。

EV公司提出以混凝土砌块储能塔为基础的重力储能发电方案,目标是将成本降至现有电网规模电池储能解决方案成本的一半。

其原理是:电力充裕时,起重机将混凝土砌块从地上吊起,像积木一样往高处堆放,将能量转化为混凝土砌块塔的势能,完成储能;需要发电时,将混凝土砌块依次落下,释放重物势能,并转化为电能。混凝土砌块塔看起来是比较简单的储能方式,但主要存在以下问题:由于循环上下起吊重块,整个“塔”不是固定的,属于一种变动结构,其稳定性、可靠性、安全性等需要仔细设计;考虑到自身结构特征,单个混凝土储能塔的规模可能不大且储能容量受限。

从塔底到塔顶位置各个混凝土砌块存储的势能不同,关于如何设计吊运、堆放及能量转换,以及能否实现预想效果等问题,目前尚无相关技术报道。

根据公开信息,2018年,印度塔塔电力公司计划从EV公司购买35兆瓦时的重力储能,峰值功率输出为4兆瓦,在2.9秒内启动和毫秒级的响应时间内实现100%的全功率。但后续没有看到该项目的进展情况。

2020年7月,应用EV1技术的瑞士5兆瓦商业示范单元(CDU)完工并网,成功实现商业规模部署。根据该示范项目经验,2021年,EV公司陆续推出二代EVx技术模块和EVS储能管理集成平台。

2021年,EV公司与美国再生氢和生物合成燃料公司DGFuels公司签署1.6吉瓦时的储能部署协议,EV公司开发的储能系统将用于DGFuels公司生产合成的可持续航空燃料。DGFuels公司将在其多个生产设施中应用该储能技术,首个项目是在美国路易斯安那州部署的500兆瓦时储能项目,于今年年中开始动工建设。

EV公司于今年2月14日正式完成SPAC上市流程。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。

5月16日,EV公司(股票代码:NRGV)公布财报,公司2022财年一财季归属于母公司普通股股东净利润为-2007.90万美元,同比下降1133.33%;营业收入为4288.40万美元。截至5月25日晚,公司市值17.24亿美元。

5月17日,EV公司和DGFuels联合宣布,将位于路易斯安那州的首个项目工厂的储能规模从500兆瓦时扩大至1168兆瓦时。双方还计划在加拿大不列颠哥伦比亚省和美国俄亥俄州开启新的项目,预计将实现2234兆瓦时的总储能容量。

此外,值得关注的是,Gravitricity公司推出悬挂式重力储能技术,并在英国爱丁堡利斯港建造一个250千瓦的重力储能示范项目,存储当地富余的能源电力。

该工程主要是利用废弃钻井平台和矿井,采用500~5000吨重的钻机作为重物,通过在150~1500米长的钻井中重复吊起与放下钻机,实现电能的存储与释放。

跨界式“豪赌”

国内从事重力储能的公司主要是上市公司中国天楹。

公开资料显示,中国天楹的前身启东市天楹环保有限责任公司于2006年成立,主营城市生活垃圾焚烧、环保设备生产制造等环境服务业务。2014年,公司借壳中国科健股份有限公司上市,并更名为中国天楹,致力成为城市环境综合服务全产业链服务商。

2021年,它开始涉足储能业务,开启环保业务之外的“第二增长曲线”。当年,公司以20亿元人民币注册了江苏能楹新能源科技发展有限公司(以下简称“江苏能楹”),力求打造长三角零碳产业中心,形成新的增长点。

今年1月,中国天楹成立控股子公司阿特拉斯,该子公司与海外重力储能技术开发商EV签署技术许可使用协议,获得中国区独家使用许可技术建造和运营重力储能系统(GESS)设施授权。

公开信息显示,阿特拉斯注册资本为人民币2亿元,其中江苏能楹持股50%,天勤投资持股10%,天空塔持股30%,阿特拉斯持股10%。

中国天楹正在引进EV公司的储能技术,推动重力储能项目在中国的迅速落地。江苏省如东县的100兆瓦时重力储能及成套设备制造项目已于今年一季度启动建设。

4月,阿特拉斯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,就重力储能与新能源开发等相关事宜达成战略合作。

中国天楹5月15日发布公告称,中国天楹与国网江苏综合能源服务有限公司(以下简称“国网江苏综能”)签署了《战略合作协议》,就重力储能技术研究与项目开发相关事宜达成战略合作。

合作内容包括:共同推进建设如东100兆瓦时用户侧重力储能示范项目;中国天楹向国网江苏综能提供重力储能项目与技术支持,国网江苏综能向中国天楹提供接入系统设计规划审查、并网准入、涉网试验等方面的咨询与协调服务。

截至目前,中国天楹已经与多家电力企业达成合作协议,商讨如何推进重力储能。但重力储能能否顺利实现商业化应用,仍存在诸多不确定性。

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关键字:重力储能

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