···工程14（2022）3新闻亮点基于重量的重力储能有望扩大规模肖恩高级技术作家基于提升和降低重物以高度可持续的方式存储和释放能量的重力储能（GES）创新技术现已登上全球舞台。于二零二二年二月十四日，Energy Vault Holdings，Inc.，在与一家特殊目的收购公司NovusCapital Corporation II合并后，开始在纽约证券交易所交易;该交易筹集了2.35亿美元[1]。Energy Vault拥有演员和环保活动家Leonardo DiCaprio等知名支持者[2]，旨在通过其Energy Vault弹性中心（EVRC）加速当电力生产超过需求或价格较低时，电力被消耗以将这些重物提升到建筑物的上部，在那里它们被存储在架子上。当需求或价格高时，重量下降以发电。2021年10月，该公司宣布与总部位于美国华盛顿特区的DG Fuels达成协议，在多个项目中提供1.6吉瓦时的储能，其中一个项目是两家公司声称，合作伙伴关系可能带来5亿美元的收入[3]。Energy Vault在美国加利福尼亚州西湖村和瑞士卢加诺设有办事处，已与澳大利亚墨尔本的矿业巨头Broken Hill Propriety Company，Ltd.（BHP），澳大利亚昆士兰州的锌精炼厂Sun Metals以及沙特阿拉伯的石油和天然气公司沙特阿美公司签署了额外的协议。能源保险库首席执行官罗伯特？皮科尼（Robert Piconi）表示，今年早些时候，该公司还开始在上海附近的江苏省如东市与中国天鹰（China Tianying）合作建设第一座100兆瓦的EVRC设施皮科尼说：“我们3月份在那里破土动工。”‘‘And we have afew more facilities在一个较小的阶段，但也是在2021年，总部位于英国爱丁堡的GES公司Gravitricity在爱丁堡完成了一个并网250千瓦演示器的工作，该演示器使用两个25吨重的重物悬挂在一个15米高的塔内（图1）。 2）的情况。Gravitricity现在计划开始在捷克共和国开发一个全面的GES工厂，在一个报废煤矿的竖井中提升和降低一个1000吨的单一质量，以提供高达8兆瓦的电力和2兆瓦·小时的储能[6]。Fig. 1. （a）艺术家对Energy Vault的“EVx”GES模块的说明，每个模块可以存储10兆瓦·小时。至少有四个这样的模块化单元并排建造，形成该公司所谓的“EVRC”，最高可达120米;在这些尺寸下，100兆瓦·小时的存储将需要约9713平方大约1300个约30吨的质量（蓝色显示）将存储在每个EVx模块结构内的当“充电”时当放电时，过程相反。（b）一个太阳能发电设施的艺术家EVRC将通过在发电量高时储存重力势能，并在太阳下山时将其转化为电力来释放，从而图片来源：Energy Vault，with permission.https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.05.0072095-8099/©2022 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engS.工程14（2022）34·××Gravitricity的项目开发经理Chris Yendell说：”该项目位于摩拉维亚-西里西亚地区，那里的一些煤矿目前正在退役 对于后一项活动，Gravitricity于2022年2月从英国政府获得了115万美元的资金，用于研究在英格兰北部建立一个专用的多重量储能设施。GES的概念并不新鲜。抽水蓄能水电的工作原理与此相同，并且已经得到了很好的发展。当电力供应超过需求时，抽水蓄能电站将水从较低的水库提升到较高的水库，并在需要时通过涡轮机将水释放回发电。这种充电/放电过程的Piconi声称Energy Vault的第一个商业示范装置的往返效率为75%-这世界上大约96%的从历史上看，抽水蓄能与燃煤和核电系统结合得很好，这些系统在恒定的输出下更有效地运行，而不与电力需求的每日升降相匹配[10]。现在，随着对气候变化的关注推动了脱碳和减少化石燃料消耗，预计未来几十年将急剧转向可再生能源，特别是风能和太阳能[11，12]。但由于这些能源本质上是可变的，因此预计对储能容量的需求也将大幅增加。事实上，如果不大幅增加能源储存能力，一些专家警告说，可再生能源的发展可能会受到阻碍。国际能源协会预计，对储能的需求将在本十年内推动抽水蓄能项目的创纪录增长，尽管这些项目成本高昂，并取决于特定的地理条件。化学储能是另一个正在加紧满足预期需求的行业，锂离子（Li离子）电池，包括特斯拉Megapack公用事业规模电池等产品，预计将发挥重要作用。BloombergNEF预测，到2030年，全球储能（不包括抽水蓄能）的容量将达到1 TW h，是2020年可用容量的20倍以上。 4）[16]。多图二. Gravitricity的并网250千瓦GES演示器使用两个25吨重的物体悬挂在一个15米高的塔内。图片来源：Gravitricity，with permission.预计其中的一部分将由锂离子电池提供，尽管新型的实用规模的但锂离子电池是一种不完美的存储解决方案，Gravitricity首席工程师MilesFranklin说：“锂离子电池对于手机和电动汽车来说很好，但对于高能量密度不太重要的静态电网连接应用来说就不太好了。基于重量的GES的倡导者声称，它不仅可以提供电池的响应能力，还可以提供抽水蓄能的许多好处，而不会带来巨大的资本支出和特定地理位置的需求。原理很简单：储存的能量=提升的质量高度重力.在重力不变的情况下，挑战变成了最大化质量或高度，理想情况下两者兼而有之。Energy Vault的计划承诺从不超过120米的适度高度落下许多30吨重的物体。 相比之下，通过将报废矿井转换为储能设施（图5），Gravitricity的目标是将单个或两个质量为1000吨的钢制品与高密度压载物一起下降一个非常大的距离，富兰克林说：新的一个”。GES设施可以促进平衡需求和供应的一个重要方面是“调峰”，这使得电厂运营商能够在需求较低时廉价购买电力，将其存储为重力势能，然后在成本较高的高峰时段释放电力。富兰克林说，引力的演示塔表明，该装置可以在不到一秒钟的时间内达到全功率输出。他说：“我们爱丁堡演示器中下降质量的峰值速度为0.62 mps（mps =米每秒）。”我们实现的加速度使它迅速达到了最大功率。这一响应水平意味着此类GES工厂可以图三. 照片的（a）顶部和（b）基地的商业示范的早期迭代能源跳马的技术，涉及起重机，升降块重35吨。该项目于2020年在瑞士提契诺州完成，并连接到国家电网。 该公司后来决定改用封闭的模块化格式，如图所示。1.一、图片来源：Energy Vault，withpermission.S.工程14（2022）35见图4。以GW为单位的全球累计储能部署（不包括抽水蓄能）预计将在未来几十年内飙升，部分原因是公用事业规模的锂离子电池储能成本预计将下降。图片来源：BloombergNEF，经许可。为更广泛的电网系统提供短期频率平衡服务，在需求超过发电量时保持最佳状态，反之亦然。但是，由Gravitricity和Energy Vault开发的GES技术将不足以满足预期的巨大需求美国加州圣巴巴拉GES初创公司Gravity Power的首席技术官Jim Fiske表示菲斯克的解决方案‘‘With hydraulics,重力动力公司设计了一个系统，在这个系统中，一个由加固岩石制成的大型活塞被上下移动，活塞在一个密封的、充满水的竖井中上下移动，高度约为活塞的两倍活塞是通过泵水提升到竖井底部的，技术与抽水相同当需要电力时，活塞下沉，推动水通过涡轮机发电（图6）。‘‘It is essentially pumped hydro-the powerhouse isidentical to pumped hydro, 在全尺寸，菲斯克设想活塞500米高，直径50米。16小时，”他说。然而，这一概念仍在绘图板上，而重力动力公司正在寻找商业合作伙伴和投资者。南非独立研究员和工程师Christoff Botha评论了GES的各种设计[18]，他说：然后你告诉他们它需要多大的重量，突然人们会说这是行不通的。“重力动力模型很有吸引力，因为它不需要电缆，水可以支持你想放在它身上的重量。图五、艺术家对GravitricityGES设施的说明，该设施建在现有矿井或专用挖掘井的顶部。一个重约1000吨的大型物体在竖井内升起以储存能量，并下降以发电。图片来源：Gravitricity，with permission.图六、GES 的重力发电概念涉及类似于抽水水电所用的技术。一个由加固岩石制成的大活塞，高约500米，直径约50米，垂直放置在一个被水包围的密封系统中（图未按比例绘制）。当储存能量时，电力被消耗，将水泵入底部腔室，推动活塞上升。为了排放，活塞被允许下降，推动水通过涡轮机发电。图片来源：Gravity Power，withpermission.无论GES类型如何，该技术的倡导者都声称有两个关键卖点，第一个是环境：GES工厂原则上具有然而，另一方面，目前尚不清楚Energy Vault大型地上设施及其众多质量的制造过程中的碳排放将如何第二个被广泛宣称的卖点是低水平化存储成本（LCOS）[20]，即在GES工厂的生命周期内必须支付的每单位存储/释放能量的价格，以满足其建设和运行成本。GES系统（例如Gravitricity）的工程简单性意味着生产力可以持续很长时间，所需的维护相对较少。推动LCOS数量下降的原因并不是资本支出低。 事实上，第一天的成本是没有预期的比锂离子电池的低。”富兰克林说。关键因素是GES系统的寿命将与现有电网基础设施相似，如果不是更长的话。相比之下，锂离子电池的充电和放电会导致电池寿命下降，将其寿命限制在10至15年左右，或3000次循环[21]，更不用说与锂离子电池所需元素的开采和回收相关的环境问题[22，23]。尽管其绿色证书和潜在的长期利益，新兴的GES行业将如何继续发展尚不清楚。除了Energy Vault之外，对GES的投资仍然相对较小。 ‘‘It’s a very difficult problem to solve both sustainably and锂离子电池和液流电池的成本下降[24]，以及它们越来越多地被市场采用也无济于事。S.工程14（2022）36英国爱丁堡大学电力电子和智能电网讲师Thomas Morstyn说：“有很多原因可以解释为什么一种特定类型的储能技术是可行的，并且具有潜在的价值，其中只有一些是纯粹的技术性的。”‘‘Only 我们还需要GES吗？或者一旦有更多的可再生能源发电，我们还需要它吗？引用[1] 能源保险库控股公司，开始在纽约证券交易所[互联网]交易。旧金山：商业资讯;2022 年 2 月 14 日 [ 引 用 2022 年 3 月 31 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 取 ：https://www.businesswire.com/news/home/20220214005285/en/Energy-Vault-Holdings-Inc.-开始在纽约证券交易所交易[2] Energy Vault宣布任命其董事会成员并成立新的战略咨询委员会。旧金山：商业资 讯 ;2022 年 2 月 24 日 [ 引 用 2022 年 3 月 31 日 ] 。 可 从 ：https://www.businesswire.com/news/home/20220224005343/en/Energy-Vault-Announces-Admissions-to-Its-Board-of-Directors-and-Formation-of-New-Strategic-Advisory-Board获得。[3] Energy Vault宣布与DG燃料达成储能协议，提供1.6 GWh的储能容量，以支持可持续航空燃料项目。旧金山：商业资讯; 2021年10月27日[引用2022年3月31日]。可从以下网站获取：https://www.businesswire.com/news/home/20211027005554/en/Energy-Vault-Announces-Energy-Bull-Agreement-with-DG-Fuels-to-Provide-1.6-GWh-of-Energy-Storage-Capacity-In-Support-of-Sustainable-Aviation-Fuel-Projects。[4] Energy Vault宣布与必和必拓达成战略协议，支持自然资源生产的脱碳。旧金山：商业资讯; 2021年12月15日[引用2022年3月31日]。可从以下网址获得：https ： //www.businesswire.com/news/home/20211215005317/en/Energy-Vault-Announces-与必和必拓达成战略协议，支持自然资源生产脱碳。[5] Saudi Aramco Energy Ventures 投 资 Energy Vault 。 旧 金 山 ： 商 业 资 讯 ;2021 年 6 月 2 日 [ 引 用 2022 年 3 月 31 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 ：https://www.businesswire.com/news/home/20210602005350/en/Saudi-Aramco-能源风险投资-投资能源保险库。[6] 重力工程-可再生能源储存[互联网].伦敦：引力;[引用2022年3月31日]。可从以下网址获得：https://gravitricity.com/projects/[7] 长期能源储存示范方案[互联网]。伦敦：英国政府; 2022年2月23日[引用2022年3月31日]。可从以下网址获得：https：//www.gov.uk/government/publications/longer-duration-energy-storage-demonstration-programme-successful-projects/longer-duration-energy-storage-demonstration-programme-stream-1-phase-1-details-of-successful-projects.[8] 公用事业规模的电池和抽水蓄能返回约80%的电力，他们存储[互联网]。华盛顿特区：美国能源信息管理局; 2021年2月12日[引用于2022年3月31日]。可从以下网址获得：https：//www. eia.gov/todayinenergy/detail.php? id=46756。[9] EV1商用示范机组[Internet].卢加诺：能源库; [引用2022年3月31日]。可从以下网址获得：https://www.energyvault.com/cdu[10] Blakers A，Stocks M，Lu B，Cheng C.抽水蓄能综述。Prog Energy 2021;3：022003.[11] 奥尼尔巨型涡轮机准备声称海上风力。工程2021;7：894-6.[12] 奥尼尔Perception推动太阳能电池记录效率。工程2021;7：1037-40.[13] Leonard MD，Michaelides EE，Michaelides DN.用可再生能源替代化石燃料发电厂的能源储存需求。更新能源2020;145：951-62。[14] 执行摘要-水电特别市场报告-分析[互联网]。巴黎：国际能源署; 2021年7月[引用2022 年 3 月 31 日 ] 可 从 ： https://www.iea.org/reports/hydropower-special-market-report/executive-summary。[15] 介绍megapack：公用事业规模的能源存储[互联网]。奥斯汀：特斯拉公司; 2019年7月29日[引用2022年3月31日]。可从：https://www.tesla.com/blog/introducing-megapack-utility-scale-energy-storage获得。[16] 到2030年，全球储能市场将达到1太瓦时。London：BloombergNEF; 2021 Nov15 [cited 2022 Mar 31]. 可 从 ： https://about.bnef.com/blog/global-energy-storage-market-到2030年达到1太瓦小时。[17] 斯托弗湾我们新的铁电池可以帮助互联网。剑桥：麻省理工学院技术评论; 2022年2月23日[引用2022年3月31日]。可查阅：https://www.technologyreview.com/2022/02/23/1046365/grid-storage-iron-batteries-technology。[18] Morstyn T，Botha CD.重力能量储存与重量。在：CabezaLF，编辑.能源储存百科全书。阿姆斯特丹：爱思唯尔; 2022年。p.六十四比七十三[19] 巴纳德，M.能源库损失12亿美元/40%的市值，二氧化碳当量/千瓦时比天然气更糟糕。长滩：CleanTechnica; 2022年4月20日[引用于2022年4月27日]。可查阅：https://cleantechnica.com/2022/04/20/energy-vault-loses-1-2-billion-40-market-cap-co2e-kwh-worse-than-natural-gas/。[20] 基于重力的存储[互联网]。伦敦：存储实验室; 2018年10月[引用日期：2022年3月31 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ： https://www.storage-lab.com/gravity-based-storage[21] daSilva Lima L，Quartier M，Buchmayr A，Sanjuan-Delmás D，Laget H，CorbisierD，et al.基于锂离子电池和钒氧化还原液流电池的可再生能源存储系统的生命周期评估。可 持续能源技术评估2021;46：101286。[22] 奥尼尔随着电动汽车业务的蓬勃发展，电池回收面临挑战 工程2021;7：1657-60.[23] [10] 李 文 辉 ， 李 文 辉 ， 李 文 辉 .研 究 储 能 系 统 和 电 池 的 环 境 挑 战 。 RenewSustainEnergy Rev 2019;104：192-208.[24] SchmidtO，Melchior S，Hawkes A，Staffell I. 预测电力储存技术的未来平准化成本。Joule2019;3：81-100.
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