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全球储能新技术"新贵":“重力储能”研报

日期:2022-05-31    来源:新型储能资本

国际储能网

2022
05/31
13:51
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关键词: 重力储能 储能技术 储能投资

作为一种新型的机械式储能,重力储能在2022年有望迎来技术验证的元年。所谓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。

在2019年之前,重力储能主要是一种理论构想,经过了两年的技术试验期之后,它在2022年有望走向产业化的初期。

经前期项目初步检验,全球重力储能领域领先的两家公司-- Energy Vault(以下简称“EV”) 和 Gravitricity 重力储能项目预计于 2022 年率先落地商用。

取得EV技术授权的中国天楹旗下的中国江苏如东 100MWh 的重力储能示范项目,预计将于 2022 年 7 月投入商业运营。这是全球最大的重力储能项目,也是全球首个100MWh规模重力储能项目。

重力储能的优点和缺点

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。

资料来源:公开资料整理

根据储能截止到不同,国内外将重力储能进一步提出了水质型和固体重物型两大类重力储能技术路线。

从各种重力储能性能比较上来看,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。

资料来源:公开资料整理

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、美国加州的Gravity Power公司、苏格兰的Gravitricity等公司,但最值得关注的是EV公司,它已实现SPAC上市。

EV成立于2017年1月1日,是瑞士一家可再生能源存储技术和产品研发商。曾完成多伦融资,其中于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头机构等机投资,并推出首个储能吊塔产品EV1。

EV提出以混凝土砌块储能塔为基础的重力储能发电方案,目标是成本将达到现有电网规模电池储能解决方案成本的一半。

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,也就是储能阶段;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,没有相关技术报道。

根据公开报道,2018年,印度塔塔电力公司计划从EV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。但没有看到该项目的后续进展。

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

2021年,EV公司与再生氢和基于生物的合成可持续航空燃料和柴油燃料的新兴领导者DG Fuels公司签署的一份1.6GWh储能部署协议,Energy Vault公司开发的储能系统将用于DG Fuels公司生产合成的可持续航空燃料。DG Fuels公司希望在其多个生产设施中部署该储能技术,首先是在美国路易斯安那州部署的一个500MWh储能项目,于2022年中开始动工建设。

EV公司于2022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(股票代码:NRGV)公布财报,公司2022财年第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。截止5月25日晚,公司市值17.24亿美元。

2022年5月17日,EV和DG Fuels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500MWh扩大至1,168MWh。双方计划在路易斯安那州项目之后,在不列颠哥伦比亚省和俄亥俄州开启新的项目,预计将实现2,234兆瓦时的总储能容量。

此外,值得关注的是,Gravitricity提出悬挂式重力势能技术,并在2021年10月提出,计划在爱丁堡利斯港建造一座250 kW的重力储能先导电厂,存储当地多余的电力能源。

该工程主要拟利用废弃钻井平台和矿井,采用500~5 000 t重的钻机作为重物,通过在150~1 500 m长的钻井中重复吊起与放下钻机,实现电能的存储与释放。电能富裕时,通过电动绞盘将钻机拉到废弃矿井上方,把电能存储为重物势能;需要发电时,通过让钻机落下驱动发电机发电。

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