新型重力储能技术研究现状与发展趋势

新型重力储能技术研究现状与发展趋势

刘彪,王志博

沈阳恒久安泰环保与节能科技有限公司 辽宁 沈阳110000

摘要：随着对低碳目标的不断探索，国内外电力企业为改善能源结构和重塑能源格局，正努力推动新一轮电力能源技术革命的快速发展，逐步减小化石能源在能源结构中的占比，以谋求构建新的安全高效、绿色低碳、清洁环保的能源体系。由于我国能源供应和能源需求呈逆向分布，风能主要集中在华北、西北、东北地区，太阳能主要集中在西部高原地区，而绝大部分的能源需求集中在人口密集、工业集中的中、东部地区，清洁能源技术与储能产业的健康发展，对于提高能量利用效率、增加可再生能源利用比例、保障国家能源安全和推动能源技术革命具有重大战略意义。基于此，对新型重力储能技术研究现状与发展趋势进行研究，以供参考。

关键词：重力储能技术；重力储能发电；现状；机械储能；发展趋势

引言

近年来，“生态优先、绿色发展”的理念逐步深入人心，大力发展可再生能源、加快能源转型发展已成为全球共识，而风电、光伏等新能源本身的波动性和间歇性决定了灵活性，将是以新能源为主体的新型电力系统必不可少的组成部分。储能作为灵活性调节资源在新型电力系统中发挥着至关重要的作用，是新能源成为主体电源后系统调节的必然选择。

1重力储能发电的优势

(1)安全、环保的纯物理能量存储。在重型运输、潜在能量储存和机械能源生产等工作流程中，没有化学反应，运行是安全可靠的。重力储能产生低碳清洁电力，对自然环境影响较小。(2)具有适应环境的能力，可根据需要灵活处置，应储存分布式能源。储能、运输和发电工艺没有特殊的条件和要求，因此重力式储能设施基本上不受外界限制，并且它们的应用是灵活的。除了电力负荷集中的地区之外，还可以在风力、太阳能和核电等电厂附近安装重力式储能设施，以便根据电力系统的需要灵活地安排电网和电力方面的工作。抽水蓄能场的规划应以适当的地理条件和水资源为基础。充分利用重力式储能设施的实际布局，可以相辅相成，支持获取大规模、波动性大的分布式电力，确保电网运行的稳定性和安全性，并有助于提高电力系统的总体效率。(3)储存的能源生产周期长，成本低。重型材料主要由混凝土或当地材料或其他再生材料组成，可在运行中低损耗的情况下回收数十年。如果正确使用材料，重型设备的成本可以大大降低。

2重力储能技术发展现状

重力存储系统是一种驱动引擎，当网络中的电流不足时，它会将重力移动到较高的值，然后在需要网络中的电流时，将重力转换为驱动发电机。它具有高容量、清洁环境、简单逻辑、高效过渡、快速、高安全性、高寿命等优点，可以长期使用可再生能源、电网、侧用电源等。结合风能等临时节能功能，重力存储技术通过规划风电场电网，解决重大供电问题，可以有效稳定风电场的整体性能。对于许多重力存储方法而言，吸收器是目前应用最广泛、技术最先进的重力存储方法，通过水和电的相互转换，提供了节能和释放、高容量(100-3000瓦)、高效率(65-85%)、长寿命(40-60年)、无限多个存储循环(分钟快速响应)等优点。

3新型重力储能技术

2.1重力活塞驱动式抽水蓄能技术

虽然这种储能技术也利用水力和涡轮机输送水和发电，但储能环境发生了质的变化。在传统的抽水蓄能技术中，水被用作储能介质，水库之间的输水由压力泵或水轮机机组进行，从而实现储能和释放；重力活塞式抽水技术使用质量活塞作为主要的储能材料，而水柱只会上下移动质量活塞作为水力发电的传输方式，而不会提供储能。重力动力活塞重力式储能技术的储能能量水平因活塞大小和实际位移而异，大规模储能方案预计功率40MW至1.6GW。体积越大，储存能源的水平越高，储存能源的成本约为145美元/兆瓦(每兆瓦123欧元)。考虑到成本和生产密度的差异，铁质材料可能是重力活塞最有效和最经济的原材料，因此建议使用铁质重力活塞。为了进一步提高重力活塞的储能能力，提出了一种牵引重力活塞储能方法，用绳子控制重质的增减。仿真结果表明，添加牵引丝可以显着增加活塞的重力能量存储容量，计算结果可以达到原容量的两倍，平整成本更低。

2.2重力储能式太阳能飞机

太阳能飞机利用太阳辐射作为维持飞行的能量来源。如果除飞行之外还有残馀物，则太阳辐射产生的能量通过能量储存装置储存，从而释放能量，供在没有太阳辐射的夜晚等条件下继续飞行。传统的太阳能飞机以电池的形式储存能量，当电池太小时，无法产生保证飞机正常飞行时间所需的能量。使用高容量电池无疑会增加投入成本，大大增加飞机的重量，同时增加能源消耗。提出了重力式太阳能飞机的概念，该概念利用太阳辐射能量白天使飞机起飞，并在夜间继续使用无人驾驶飞机飞行。

2.3机械储能系统

在新能源电力系统中所使用的储能技术中，机械储能是主要的解决方案之一，机械储能也称为物理储能，是当前电力系统中能够实现能源转化的重要技术，包含了飞轮储能、抽水储能等，这些储能技术因为具有容量大成本低的特点，被广泛的使用。

2.4超导储能技术的应用

风力发电系统是我国最常见的新能源发电系统，在西北区域较常见，其发电过程的随机性较强，对电网的稳定性有较大影响。在实际使用过程中，若风力发电机组的占比在10%以下，不会对电力系统产生较大的影响，若风力发电机组的占比大于20%的，风力发电系统会对整个电力系统产生较大的影响，需要采用储能技术来调整供电稳定性，以避免对电网带来不良影响。可以应用超导储能技术调整风力发电系统的电压和输出功率，从而削弱风速扰动、线路短路等问题对风力发电系统稳定性带来的各种影响。

3新型重力储能技术发展趋势

3.1提升系统运行稳定性

电网侧并网储能系统的作用主要为辅助服务、延缓设备扩容等，此外可以提升新能源消纳、提升供电可靠性、提升电能质量等。大规模储能的双向调节能力，可为电网提供快速有功无功电源，使得系统安全稳定运行，主要包括：调峰、调频、备用支持、安全支撑等。传统的启停调峰机组应对负荷需求与新能源发电波动的方式，不仅不经济、高效，同时也不利于机组的安全稳定运行，储能可以节约传统调峰机组的运行成本、延长使用寿命；新型储能能够灵活响应系统动作特性，实现频率调节；此外，可以减少发电机组的备用容量；当电网面临紧急状态如直流闭锁时，能够快速提供紧急支撑能力。已有研究对储能提供调峰、调频、备用、安全支撑等辅助服务的配置与运行问题开展了相关研究。

3.2改变能源供应结构

因为这些新能源的使用是能够符合当前可持续发展要求的重要途径，所以合理使用这些新能源也成为当前人们研究的重点。随着社会经济的发展，人类对于能源的需求逐渐加大，但是如果只是使用传统的化石能源，不利于我国的可持续发展，并且还会引发严重的环境危机，所以为了能解决这一问题，通过对新能源进行开发和利用，使其能够在建设过程中满足人们的电力能源需求。为了能够使能源得到充分的使用，改变当前能源供应的结构，还需要对储能技术进行合理的使用，能够实现独立运行或者并网运行，同时使用这些新能源的过程中，还可以结合用户的实际能源需求，采用适合的方式对新能源的系统进行科学合理的设计，这对于环境而言是重要的保护手段。

结束语

概括地说，由于机械节能的各种方法，重力共享技术有了很大的发展，大大减少了对地理条件的依赖，具有备用容量大、能量转化率高、运营成本低等优点，为存储行业提供了广泛的应用演讲，但受到当地政策和市场的极大影响。迅速制定和执行低碳能源政策，将有效地促进重力平价和其他存储技术的迅速发展，以抵消或逐步减少目前廉价碳、石油和天然气市场在能源结构中所占的份额。

参考文献

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