挑战化学电池！科学家开发基于重力的储能方案，每兆瓦时的成本仅171美元

在码头冰冷、钢灰色的海水旁边，矗立着一个看起来像是赤裸的四层电梯竖井的东西——除了电梯的地方是一个绿色的、重达50吨的铁，由钢缆悬挂着。一点一点地，电动机将重量提升到轴的一半。这其实是一个巨大的重力动力电池，储存的势能可以在需要时定制释放。反转方向后，电动机变成发电机，将250千瓦的电力送回电网。苏格兰创业公司Gravitricity的项目工程师道格拉斯·希区柯克(Douglas Hitchcock)说，对于峰值功率，重量可以在11秒内下降，但为了测试目的，它只以“缓慢速度”移动几米。

该公司上周宣布，它的小型演示装置现在已经开始运行，能够在几秒钟内从电网获取能源和将其送回之间进行切换。该设计提供了一种化学电池的替代方案——目前，化学电池仍在全球能源存储市场中占主导地位。

Gravitricity是少数几个基于重力的能源存储公司之一，他们试图改进一个旧的想法：抽水水力发电存储。工程师们会在山上筑起一座水库，在需求较低的时候(通常是在晚上)将水抽到水库，然后释放出来发电。但这些系统需要特定的地形、昂贵的基础设施以及越来越难以获得的规划批准。如今，储存能源通常意味着将可再生能源与巨型电池连接起来。

然而，伦敦帝国理工学院(Imperial College London)的清洁能源顾问和访问研究员奥利弗·施密特(Oliver Schmidt)说，基于重力的存储有一些独特的优势。锂离子电池是实用规模的能源存储技术的选择，在失去容量之前只能进行多次充放电——通常在几年之内。

但是重力存储器的组成部分——绞车、钢缆和重物——可以很好地支撑数十年。这会带来成本价格方面的优势。Gravitricity的首席工程师迈尔斯·富兰克林(Miles Franklin)说，尽管开采锂离子电池的矿物会带来环境和人权问题，回收电池也很困难，但一桶铁的足迹要轻得多。

根据Gravitricity公司自己的成本和性能估算，施密特为该公司编制了一份2019年的报告，报告显示，包括建设、运行成本和维护成本在内，重力存储比锂离子电池更便宜。对于一个25年的项目，他估计引力公司每兆瓦时的成本是171美元。麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的能源存储研究员杰西卡·特兰西克(jessica Trancik)说，这个数字是理想的，仍然需要现场数据的支持。但根据施密特的计算，锂离子电池每兆瓦时的寿命成本为367美元，是这个数字的两倍多。液流电池是一种很有前景的电网规模的技术，它可以将电量储存在大型电解液罐中，每兆瓦时的价格为274美元。

其他基于重力的存储公司也有自己的技术。总部位于加州的Gravity Power的想法与抽水发电只是一步之遥：它使用可再生能源在一个沉重的活塞下抽水并将水提升。当需要动力时，活塞重量被释放，迫使水通过一个水力发电机。德国公司New Energy Let’s Go也采用了类似的设计。总部位于瑞士的Energy Vault公司希望使用一种多臂起重机和发电机来堆叠和拆卸一座120米高的塔，这座塔由数百块35吨重的砖块组成，就像一座随着变幻莫测的能源需求而升降的巴别塔。

而Gravitricity公司用了电梯一样的竖井，使它保持简单。它计划扩大到500吨的重量，这将需要巨大的基础来建立一个塔——因此最好的部署位置应该是地下，该公司业务发展经理Ruth Apps说。该公司正在捷克共和国、波兰和南非的废弃矿山进行其第一个商业项目。

施密特警告说，这项技术仍然“难以置信地不成熟”，尽管电池价格持续下降，但Gravitricity公司几乎没有取得进展。Energy Vault可能是其中的领军企业，该公司在2019年宣布已筹集1.1亿美元投资，并计划在今年开始商业开发。兰开斯特大学(Lancaster University)环境政策研究员丽贝卡·威利斯(Rebecca Willis)说，与所有存储技术一样，如果气候法规不能为无碳能源创造激励机制，基于重力的存储技术也将陷入困境。她说，在大多数地方，可以轻松开关的小型天然气厂仍然是应对需求波动的最廉价方式。

公司只有14名员工，投资只有300万英镑，因此Gravitricity对未来面临的障碍并不敢轻视。他们已经遇到了意想不到的困难——比如钢索产生的扭矩，就像任何绳索一样，在举起重物时，钢索会想要松开。在解决了这些初期问题后，该公司计划在2023年之前建造一个全尺寸的核电站——重量更重，还有一个近1公里深的深井，最高能产生4兆瓦的电力。

上述研究在线发表在《科学》（Science）杂志“工程”（Engineering）栏目上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://www.sciencemag.org/news/2021/04/gravity-based-batteries-try-beat-their-chemical-cousins-winches-weights-and-mine-shafts