重力儲(chǔ)能

在重力儲(chǔ)能領(lǐng)域，華北院以加速自主創(chuàng)新和生態(tài)合作的方式，通過關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和工程示范工作搶占市場(chǎng)先機(jī)。通過革新的工程技術(shù)手段在關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建環(huán)節(jié)進(jìn)行開創(chuàng)性創(chuàng)新，全面引入項(xiàng)目建設(shè)參數(shù)尋優(yōu)、依托流程及邏輯仿真的工藝包等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，構(gòu)建重力儲(chǔ)能行業(yè)工程建設(shè)模式。

全球首創(chuàng)性提出了單機(jī)容量最大，單模塊容量最大、創(chuàng)新設(shè)備應(yīng)用多、系統(tǒng)效率高、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、國(guó)產(chǎn)自主可控供應(yīng)鏈的基于豎井式模塊化工程方案。

全面布局新建豎井、廢棄礦井、山坡、構(gòu)筑物等技術(shù)路線，在各技術(shù)路線上均形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程技術(shù)儲(chǔ)備和項(xiàng)目規(guī)劃，具備支撐相關(guān)工程落地的能力。

重力儲(chǔ)能是通過在有天然或人造高度差的場(chǎng)景中，將液體或者固體重物上升或下降來實(shí)現(xiàn)勢(shì)能存儲(chǔ)和釋放發(fā)電。充電時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)控指令，重力輪機(jī)將下倉(cāng)的重物依次提升至位置較高的上倉(cāng)，將電能轉(zhuǎn)化為重物的勢(shì)能；放電時(shí)，將重物依次下降驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能。

當(dāng)前常見的抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等規(guī)模化儲(chǔ)能技術(shù)在安全性、經(jīng)濟(jì)性、建設(shè)條件等方面存在不同程度的不足，難以滿足新型電力系統(tǒng)中不同場(chǎng)景的需要。近年來，基于抽水蓄能基本原理、具備抽水蓄能優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又部分避免了其自然條件限制缺點(diǎn)的新型重力儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。重力儲(chǔ)能的理論轉(zhuǎn)化效率高于抽水蓄能，同時(shí)具有安全性高、環(huán)境友好、適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、選址約束小、功率和容量易擴(kuò)展、介質(zhì)不易損耗、成本相對(duì)低、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能且無自放電等特點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性兼顧，對(duì)比傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前電化學(xué)成本偏高、抽水蓄能建設(shè)周期長(zhǎng)的背景下，重力儲(chǔ)能技術(shù)型式眾多，一定程度上因地制宜建設(shè)可有效填補(bǔ)低成本+快裝機(jī)+大容量?jī)?chǔ)能的技術(shù)空白，與其他儲(chǔ)能技術(shù)形成技術(shù)補(bǔ)位，尤其適用于為西部國(guó)家“沙戈荒”大基地缺水地區(qū)可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐，而且系統(tǒng)中的重物可大量回收利用建筑垃圾、礦渣、粉煤灰、風(fēng)電廢棄葉片、廢棄混凝土等固廢材料制，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。

根據(jù)重力儲(chǔ)能的儲(chǔ)能介質(zhì)和落差實(shí)現(xiàn)路徑的不同，新型重力儲(chǔ)能可分為基于構(gòu)筑物高度差的重力儲(chǔ)能、基于山體落差的重力儲(chǔ)能和基于地下豎井的重力儲(chǔ)能等技術(shù)路線。不同技術(shù)路線均具有一定的應(yīng)用場(chǎng)景，其中：

基于構(gòu)筑物高度差型式優(yōu)勢(shì)在于選址比較靈活、預(yù)期的效率高，但可實(shí)現(xiàn)的落差有限，導(dǎo)致單位投資水平和度電成本過高、同容量占地大、安全事故的影響也比較大；

基于山體落差型式具有投資低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，重物的選擇范圍也很大，但其理論效率低，并且選址受限制、運(yùn)行易受環(huán)境影響；

基于地下豎井的重力儲(chǔ)能可分為利用廢棄礦井和新建礦井兩類，利用廢棄礦井成本較低、廢棄資源可二次利用、對(duì)環(huán)境影響小，但同時(shí)也受到選址、礦井處理難度差異不同等限制；

新建礦井具有選址靈活、運(yùn)行環(huán)境較安全穩(wěn)定且受限制小的優(yōu)勢(shì)，同規(guī)模容量下投資和效率也比較好，但其周期較長(zhǎng)，工程技術(shù)和設(shè)備技術(shù)要求也較高。

04 產(chǎn)業(yè)鏈及工程項(xiàng)目布局

華北院與包括高校等在內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)合作開展基礎(chǔ)及工程技術(shù)研究，牽頭建立了包括院士、院士增選有效候選人、勘察設(shè)計(jì)大師以及相關(guān)領(lǐng)域有影響力專家的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，形成了基于多目標(biāo)尋優(yōu)的重力儲(chǔ)能工藝包、邏輯建模及動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、損耗優(yōu)化技術(shù)、智慧安全技術(shù)等十余種基礎(chǔ)和工程技術(shù)。

與產(chǎn)業(yè)鏈上下游頭部企業(yè)深度合作，通過共同研發(fā)合作構(gòu)建了可逆式重力輪機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備及環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)，并積極開展建設(shè)各類動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室、檢測(cè)檢驗(yàn)中心等工作，為后期申請(qǐng)重力儲(chǔ)能準(zhǔn)入分析驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家能源研發(fā)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)、國(guó)家能源創(chuàng)新平臺(tái)等創(chuàng)造條件。

市場(chǎng)開發(fā)方面，在各類技術(shù)路線上均做了一定布局，在華北、西北、云南、福建等地完成了幾十個(gè)項(xiàng)目選址、初步方案論證工作，并與多個(gè)合作方簽訂合作協(xié)議，開展了方案建議書、項(xiàng)目選址及咨詢等工作；在項(xiàng)目開發(fā)中開放合作平臺(tái)，力爭(zhēng)以重力儲(chǔ)能融入地方產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入鏈條，同時(shí)利用重力儲(chǔ)能的特點(diǎn)開展固廢處理、尾礦治理、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綜合應(yīng)用探索。其中張家口赤城重力儲(chǔ)能項(xiàng)目正積極申報(bào)國(guó)家能源局新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目。

重力儲(chǔ)能是極有前景的長(zhǎng)時(shí)、大容量、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、構(gòu)網(wǎng)特性儲(chǔ)能型式，因地制宜建設(shè)可有效填補(bǔ)相關(guān)技術(shù)空白，尤其適用于為 “沙戈荒”大基地可再生能源的大規(guī)模消納提供支撐，是一種具有綜合比較優(yōu)勢(shì)的新型儲(chǔ)能。

華北院率先開展重力儲(chǔ)能技術(shù)研究及工程化應(yīng)用，通過創(chuàng)新系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)手段，形成了不同技術(shù)路線的重力儲(chǔ)能專有技術(shù)，樹立了重力儲(chǔ)能項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)。

張家口示范項(xiàng)目建設(shè)將填補(bǔ)豎井式重力儲(chǔ)能空白，作為新型電力系統(tǒng)需要的優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)能型式可為新型儲(chǔ)能開辟新的方向，致力于與行業(yè)內(nèi)合作方互促共榮開展項(xiàng)目建設(shè)，基于國(guó)產(chǎn)技術(shù)和裝備的項(xiàng)目示范將推動(dòng)機(jī)械、傳動(dòng)、重物塊、電力裝備及工程建設(shè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的工程化、規(guī)?；l(fā)展，助力推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。