重力儲能

在重力儲能領域，華北院以加速自主創新和生態合作的方式，通過關鍵技術研發和工程示范工作搶占市場先機。通過革新的工程技術手段在關鍵設備及產業鏈構建環節進行開創性創新，全面引入項目建設參數尋優、依托流程及邏輯仿真的工藝包等先進設計手段，構建重力儲能行業工程建設模式。

全球首創性提出了單機容量最大，單模塊容量最大、創新設備應用多、系統效率高、經濟性優、國產自主可控供應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、構筑物等技術路線，在各技術路線上均形成自主知識產權的工程技術儲備和項目規劃，具備支撐相關工程落地的能力。

重力儲能是通過在有天然或人造高度差的場景中，將液體或者固體重物上升或下降來實現勢能存儲和釋放發電。充電時，系統根據調控指令，重力輪機將下倉的重物依次提升至位置較高的上倉，將電能轉化為重物的勢能；放電時，將重物依次下降驅動發電機發電，重物的勢能轉換為電能。

當前常見的抽水蓄能、電化學儲能、壓縮空氣儲能等規模化儲能技術在安全性、經濟性、建設條件等方面存在不同程度的不足，難以滿足新型電力系統中不同場景的需要。近年來，基于抽水蓄能基本原理、具備抽水蓄能優點的同時又部分避免了其自然條件限制缺點的新型重力儲能技術應運而生。重力儲能的理論轉化效率高于抽水蓄能，同時具有安全性高、環境友好、適應性強、壽命長、選址約束小、功率和容量易擴展、介質不易損耗、成本相對低、長時儲能且無自放電等特點，系統穩定性和經濟性兼顧，對比傳統儲能系統具有一定競爭優勢。在當前電化學成本偏高、抽水蓄能建設周期長的背景下，重力儲能技術型式眾多，一定程度上因地制宜建設可有效填補低成本+快裝機+大容量儲能的技術空白，與其他儲能技術形成技術補位，尤其適用于為西部國家“沙戈荒”大基地缺水地區可再生能源的大規模消納提供支撐，而且系統中的重物可大量回收利用建筑垃圾、礦渣、粉煤灰、風電廢棄葉片、廢棄混凝土等固廢材料制，實現資源的綜合利用。

根據重力儲能的儲能介質和落差實現路徑的不同，新型重力儲能可分為基于構筑物高度差的重力儲能、基于山體落差的重力儲能和基于地下豎井的重力儲能等技術路線。不同技術路線均具有一定的應用場景，其中：

基于構筑物高度差型式優勢在于選址比較靈活、預期的效率高，但可實現的落差有限，導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、結構穩定等優勢，重物的選擇范圍也很大，但其理論效率低，并且選址受限制、運行易受環境影響；

基于地下豎井的重力儲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、對環境影響小，但同時也受到選址、礦井處理難度差異不同等限制；

新建礦井具有選址靈活、運行環境較安全穩定且受限制小的優勢，同規模容量下投資和效率也比較好，但其周期較長，工程技術和設備技術要求也較高。

04 產業鏈及工程項目布局

華北院與包括高校等在內的研究機構合作開展基礎及工程技術研究，牽頭建立了包括院士、院士增選有效候選人、勘察設計大師以及相關領域有影響力專家的技術團隊，形成了基于多目標尋優的重力儲能工藝包、邏輯建模及動態仿真技術、損耗優化技術、智慧安全技術等十余種基礎和工程技術。

與產業鏈上下游頭部企業深度合作，通過共同研發合作構建了可逆式重力輪機等關鍵設備及環節的產業鏈生態，并積極開展建設各類動模實驗室、檢測檢驗中心等工作，為后期申請重力儲能準入分析驗證實驗室、國家能源研發中心(重點實驗室)、國家能源創新平臺等創造條件。

市場開發方面，在各類技術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項目選址、初步方案論證工作，并與多個合作方簽訂合作協議，開展了方案建議書、項目選址及咨詢等工作；在項目開發中開放合作平臺，力爭以重力儲能融入地方產業導入鏈條，同時利用重力儲能的特點開展固廢處理、尾礦治理、循環經濟的綜合應用探索。其中張家口赤城重力儲能項目正積極申報國家能源局新型儲能試點示范項目。

重力儲能是極有前景的長時、大容量、經濟性優、構網特性儲能型式，因地制宜建設可有效填補相關技術空白，尤其適用于為 “沙戈荒”大基地可再生能源的大規模消納提供支撐，是一種具有綜合比較優勢的新型儲能。

華北院率先開展重力儲能技術研究及工程化應用，通過創新系統優化和技術手段，形成了不同技術路線的重力儲能專有技術，樹立了重力儲能項目的建設目標。

張家口示范項目建設將填補豎井式重力儲能空白，作為新型電力系統需要的優勢儲能型式可為新型儲能開辟新的方向，致力于與行業內合作方互促共榮開展項目建設，基于國產技術和裝備的項目示范將推動機械、傳動、重物塊、電力裝備及工程建設等相關產業鏈的工程化、規模化發展，助力推動碳達峰碳中和戰略目標的實現。