就纯理论上,重力储能应该是开发成本最低的能源储存方式,事实上,目前储能成本最低的抽蓄水力发电,广义来说就正是一种重力储能。而抽蓄水力发电的重力储能媒介是液体的水,需要建设水坝而有环保顾虑与工期长种种问题,重力储能在理论上,应该比抽蓄水力发电更为经济,却至今没有太多发展。2019 年 6 月瑞士、美国合资公司能源库(Energy Vault)获得建材大厂墨西哥西麦斯集团(Cemex)旗下的西麦斯创投投资,可说重力储能的发展露出一线曙光。
重力储能顾名思义,就是以重力造成的位能来储存能源,当电力有多余的时候,驱动马达将重物吊至高处,需要电力的时候,再利用重物下降的力量来驱动发电机发电。能源库是采用混凝土块为重物,以吊车将混凝土块吊至 33 层楼高来储存能源;英国诺丁汉大学研究团队推出的概念技术 EarthPumpStore,则是采用装满土的货柜为重物,拉上露天矿场的斜坡来储存能源,诺丁汉大学与世界永续能源科技学会(World Society of Sustainable Energy Technologies)已经为 EarthPumpStore 技术申请专利。
重力储能在理论上成本应该比抽蓄水力发电以及电池储能更低,诺丁汉大学研究团队估计 EarthPumpStore 每度电储能容量的成本为 50 美元,低于抽蓄水力发电的 200 美元,以及电池储能的 400 美元,诺丁汉大学研究团队估计 EarthPumpStore 充放电循环的效率在 90%,远高于抽蓄水力发电的 50%~70%,而储存能源的能量密度又是抽蓄水力发电的 8 倍以上。
伦敦帝国学院在 2017 年为德国重力储能公司 Heindl Energy 所做的研究则估计,使用 Heindl Energy 的技术,储能使用每度电的均化成本为 0.148 美元,相当于新台币 4.67 元,相对的抽蓄水力发电则要 0.206 美元,相当于新台币 6.5 元。研究结论认为重力储能是成本效益最好的大量储能方式,其次才是抽蓄水力发电,之后是压缩空气储能。
尽管理论上重力储能有经济效益,实际上的发展却非常缓慢,主因是电网等级大规模储能的概念尚未广为保守的电力产业接受,限制了市场的发展。重力储能的先锋,美国新创公司先进轨道能源储存(Advanced Rail Energy Storage,ARES)成立于 2010 年,是以轨道车为重物,将之拉上斜坡顶来储能,先进轨道能源储存在内华达州进行 50 百万瓦发电容量,1.25 万度储能容量的重力储能计划,原本计划要在 2019 年初完工营运,却在 2018 年 8 月宣布因许可因素延后到 2020 年。
其他重力储能计划也有类似的延后情况,让重力储能发展似乎蒙上阴霾,不过,如今资金开始注入,让重力储能有了一线生机,除了西麦斯集团投资能源库以外,英国-也注资 2 家新创企业。5 家英国新创企业与布里斯托大学合作成立的 Energy SRS,从英国创新局(Innovate UK)得到 72.7 万英镑注资,以建立原型装置;另一家重力储能新创企业重电(Gravitricity),开发利用矿坑的技术,则得到英国创新局 65 万英镑资金,以建立 250 千瓦容量的原型机,计划于 2020 年完工使用。
锂电池是当前主流的能源储存技术,尽管锂电池成本的确也正不断下降,不过技术上,锂电池并不适合长时间、大量转移能源使用时间的用途,许多产业界专家质疑未来能源储存普及时,是否仍会由锂电池完全主导,未来考虑到大量储能的规模性以及安全性问题,产业界认为应该有部分市场会转移到重力储能等其他储能方式,不过,是和大量、长时间储能的技术也不仅只有重力储能,谁能胜出,就看何者能先规模化、降低成本,以达到经济效益了。
- Energy Vault Funding Breathes Life Into Gravity Storage
(首图来源:Energy Vault)
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