重力储能目前市场参与者较少,EV 公司有望脱颖而出。
1)2016 年美国 Gravity Power 公司基于抽水蓄能机组提出活塞式重力储能,其原理是 用圆柱状的活塞嵌放在形状相同的储水池中,当电力充足时,由水泵水轮机抽水加压,此 时岩石活塞就会被水压提起,即电能转化成了重力势能。而当电网需要电力供应时,闸门 会打开,此时活塞下降,其势能传递给水流,经泵带动发电机发电。2021 年开始在巴伐利 亚建设兆瓦级示范工程,使用直径 30-100 m 的活塞,轴深 500-1000 m,功率密度 191 kW/m 3 ,目标提供 40 MW/160 MWh 至 1.6 GW/6.4 GWh 电量,效率可达 75%-80%,平准化储 能成本约 0.38 元/kWh。
2)苏格兰 Gravitricity 公司提出了一种在废弃钻井平台利用绞盘吊钻机进行储能的 解决方案,利用废弃钻井平台与矿井,在 150-1500 m 长的钻井中重复吊起与放下 16 m 长、 500-5000 吨的钻机,通过电动绞盘,来实现充放电的功能,该系统可以控制重物下落速度 改变发电时间和发电功率。矿井储能使用寿命在 50 年,该解决方案响应速度快,电能转换 效率最高可达 90%,储能容量可自由配置 1-20MW,输出持续时间为 15 分钟-8 小时。2021 年 4 月,Gravitricity 在爱丁堡利斯完成了 250KW 示范项目,2022 年 2 月,Gravitricity 获得英国政府 150 万英镑的支持,将在英格兰北部的一个电网连接地点开发建设一个 4MWh 的商业用重力储能系统。

3)2014 年,美国能源公司 ARES 提出了轨道机车储能解决方案,ARES 公司建造了一条 6 英里长的上坡轨道,配有重装机车,机车是实心机混凝土,每辆重达 300 吨。放电时利用 余电将推动高效电机将机车推至坡顶“车站”,电能储存为重力势能;发电时释放机车下 坡,重力势能转化为电能,开始发电。据 ARES 公司的数据,该轨道机车储能系统单站容量 可在 100-3000MW,储能时长 2-24 小时,转换效率高达 86%。系统具备快速响应能力,最快 5 秒完成充电,25 秒可完成放电。系统寿命达 40 年以上。目前该技术已在加州特哈查皮的 一个试点项目中测试成功,其首个商业部署正在内华达州帕伦普市开发,并将与加州电网 连接。
4)Energy Vault 经过技术迭代,示范项目已并网。Energy Vault 2017 年在瑞士成立, 是一家可再生能源存储技术和产品研发商,主营业务为重力储能系统。2017-2018 年公司基 于抽水蓄能原理提出了重力储能的解决方案,并进行了概念设计和 1/4 比例模型建设, 2019 年运用计算机人工智能智能算法和机器视觉推出了 EV1 电网级商业示范单元 CDU, 2020 年在瑞士 Ticino 建造的第一个 35MWh 重力储能系统并网发电,实现商业化运营,并得 到了美国三大公用事业公司的首次技术验证。2021 年推出重力储能模组 EVx TM产品,并通过 最大的 WWIPP 第二次技术验证。近期又推出了高度可扩展和模块化的 EVRC TM产品,储能容 量从 10MWH 到数 GWH 不等,可满足电网弹性需求。2021 年 11 月,Energy Vault 与中国天 楹合作,在江苏省如东县落地全球首个 EVx TM 项目,目前该示范项目正在建设中,预计 2023 年年初建成投运。

EV 公司在瑞士投产的 35MW 的 EV1 项目已经商业化运营,从运营结果来看是超预期的, 转化效率达到 75.3%,超过预期的 75%;机械强度达到 8Mpa,按压时间 10 分钟,误差为 0.2%,均取得预期效果。EV 公司表示下一代 EVx 储能塔能量转化率将达 80%-85%,使用寿 命长达 35 年,整个模组将降低