重力儲能

在重力儲能領(lǐng)域，華北院以加速自主創(chuàng)新和生態(tài)合作的方式，通過關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和工程示范工作搶占市場先機。通過革新的工程技術(shù)手段在關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建環(huán)節(jié)進行開創(chuàng)性創(chuàng)新，全面引入項目建設(shè)參數(shù)尋優(yōu)、依托流程及邏輯仿真的工藝包等先進設(shè)計手段，構(gòu)建重力儲能行業(yè)工程建設(shè)模式。

全球首創(chuàng)性提出了單機容量最大，單模塊容量最大、創(chuàng)新設(shè)備應(yīng)用多、系統(tǒng)效率高、經(jīng)濟性優(yōu)、國產(chǎn)自主可控供應(yīng)鏈的基于豎井式模塊化工程方案。

全面布局新建豎井、廢棄礦井、山坡、構(gòu)筑物等技術(shù)路線，在各技術(shù)路線上均形成自主知識產(chǎn)權(quán)的工程技術(shù)儲備和項目規(guī)劃，具備支撐相關(guān)工程落地的能力。

重力儲能是通過在有天然或人造高度差的場景中，將液體或者固體重物上升或下降來實現(xiàn)勢能存儲和釋放發(fā)電。充電時，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)控指令，重力輪機將下倉的重物依次提升至位置較高的上倉，將電能轉(zhuǎn)化為重物的勢能；放電時，將重物依次下降驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，重物的勢能轉(zhuǎn)換為電能。

當(dāng)前常見的抽水蓄能、電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能等規(guī)模化儲能技術(shù)在安全性、經(jīng)濟性、建設(shè)條件等方面存在不同程度的不足，難以滿足新型電力系統(tǒng)中不同場景的需要。近年來，基于抽水蓄能基本原理、具備抽水蓄能優(yōu)點的同時又部分避免了其自然條件限制缺點的新型重力儲能技術(shù)應(yīng)運而生。重力儲能的理論轉(zhuǎn)化效率高于抽水蓄能，同時具有安全性高、環(huán)境友好、適應(yīng)性強、壽命長、選址約束小、功率和容量易擴展、介質(zhì)不易損耗、成本相對低、長時儲能且無自放電等特點，系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性兼顧，對比傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)具有一定競爭優(yōu)勢。在當(dāng)前電化學(xué)成本偏高、抽水蓄能建設(shè)周期長的背景下，重力儲能技術(shù)型式眾多，一定程度上因地制宜建設(shè)可有效填補低成本+快裝機+大容量儲能的技術(shù)空白，與其他儲能技術(shù)形成技術(shù)補位，尤其適用于為西部國家“沙戈荒”大基地缺水地區(qū)可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐，而且系統(tǒng)中的重物可大量回收利用建筑垃圾、礦渣、粉煤灰、風(fēng)電廢棄葉片、廢棄混凝土等固廢材料制，實現(xiàn)資源的綜合利用。

根據(jù)重力儲能的儲能介質(zhì)和落差實現(xiàn)路徑的不同，新型重力儲能可分為基于構(gòu)筑物高度差的重力儲能、基于山體落差的重力儲能和基于地下豎井的重力儲能等技術(shù)路線。不同技術(shù)路線均具有一定的應(yīng)用場景，其中：

基于構(gòu)筑物高度差型式優(yōu)勢在于選址比較靈活、預(yù)期的效率高，但可實現(xiàn)的落差有限，導(dǎo)致單位投資水平和度電成本過高、同容量占地大、安全事故的影響也比較大；

基于山體落差型式具有投資低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)勢，重物的選擇范圍也很大，但其理論效率低，并且選址受限制、運行易受環(huán)境影響；

基于地下豎井的重力儲能可分為利用廢棄礦井和新建礦井兩類，利用廢棄礦井成本較低、廢棄資源可二次利用、對環(huán)境影響小，但同時也受到選址、礦井處理難度差異不同等限制；

新建礦井具有選址靈活、運行環(huán)境較安全穩(wěn)定且受限制小的優(yōu)勢，同規(guī)模容量下投資和效率也比較好，但其周期較長，工程技術(shù)和設(shè)備技術(shù)要求也較高。

04 產(chǎn)業(yè)鏈及工程項目布局

華北院與包括高校等在內(nèi)的研究機構(gòu)合作開展基礎(chǔ)及工程技術(shù)研究，牽頭建立了包括院士、院士增選有效候選人、勘察設(shè)計大師以及相關(guān)領(lǐng)域有影響力專家的技術(shù)團隊，形成了基于多目標(biāo)尋優(yōu)的重力儲能工藝包、邏輯建模及動態(tài)仿真技術(shù)、損耗優(yōu)化技術(shù)、智慧安全技術(shù)等十余種基礎(chǔ)和工程技術(shù)。

與產(chǎn)業(yè)鏈上下游頭部企業(yè)深度合作，通過共同研發(fā)合作構(gòu)建了可逆式重力輪機等關(guān)鍵設(shè)備及環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)，并積極開展建設(shè)各類動模實驗室、檢測檢驗中心等工作，為后期申請重力儲能準(zhǔn)入分析驗證實驗室、國家能源研發(fā)中心(重點實驗室)、國家能源創(chuàng)新平臺等創(chuàng)造條件。

市場開發(fā)方面，在各類技術(shù)路線上均做了一定布局，在華北、西北、云南、福建等地完成了幾十個項目選址、初步方案論證工作，并與多個合作方簽訂合作協(xié)議，開展了方案建議書、項目選址及咨詢等工作；在項目開發(fā)中開放合作平臺，力爭以重力儲能融入地方產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入鏈條，同時利用重力儲能的特點開展固廢處理、尾礦治理、循環(huán)經(jīng)濟的綜合應(yīng)用探索。其中張家口赤城重力儲能項目正積極申報國家能源局新型儲能試點示范項目。

重力儲能是極有前景的長時、大容量、經(jīng)濟性優(yōu)、構(gòu)網(wǎng)特性儲能型式，因地制宜建設(shè)可有效填補相關(guān)技術(shù)空白，尤其適用于為 “沙戈荒”大基地可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐，是一種具有綜合比較優(yōu)勢的新型儲能。

華北院率先開展重力儲能技術(shù)研究及工程化應(yīng)用，通過創(chuàng)新系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)手段，形成了不同技術(shù)路線的重力儲能專有技術(shù)，樹立了重力儲能項目的建設(shè)目標(biāo)。

張家口示范項目建設(shè)將填補豎井式重力儲能空白，作為新型電力系統(tǒng)需要的優(yōu)勢儲能型式可為新型儲能開辟新的方向，致力于與行業(yè)內(nèi)合作方互促共榮開展項目建設(shè)，基于國產(chǎn)技術(shù)和裝備的項目示范將推動機械、傳動、重物塊、電力裝備及工程建設(shè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的工程化、規(guī)模化發(fā)展，助力推動碳達峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。