华北院重力储能技术方案

重力储能

在重力储能领域，华北院以加速自主创新和生态合作的方式，通过关键技术研发和工程示范工作抢占市场先机。通过革新的工程技术手段在关键设备及产业链构建环节进行开创性创新，全面引入项目建设参数寻优、依托流程及逻辑仿真的工艺包等先进设计手段，构建重力储能行业工程建设模式。

全球首创性提出了单机容量最大，单模块容量最大、创新设备应用多、系统效率高、经济性优、国产自主可控供应链的基于竖井式模块化工程方案。

全面布局新建竖井、废弃矿井、山坡、构筑物等技术路线，在各技术路线上均形成自主知识产权的工程技术储备和项目规划，具备支撑相关工程落地的能力。

重力储能是通过在有天然或人造高度差的场景中，将液体或者固体重物上升或下降来实现势能存储和释放发电。充电时，系统根据调控指令，重力轮机将下仓的重物依次提升至位置较高的上仓，将电能转化为重物的势能；放电时，将重物依次下降驱动发电机发电，重物的势能转换为电能。

当前常见的抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能等规模化储能技术在安全性、经济性、建设条件等方面存在不同程度的不足，难以满足新型电力系统中不同场景的需要。近年来，基于抽水蓄能基本原理、具备抽水蓄能优点的同时又部分避免了其自然条件限制缺点的新型重力储能技术应运而生。重力储能的理论转化效率高于抽水蓄能，同时具有安全性高、环境友好、适应性强、寿命长、选址约束小、功率和容量易扩展、介质不易损耗、成本相对低、长时储能且无自放电等特点，系统稳定性和经济性兼顾，对比传统储能系统具有一定竞争优势。在当前电化学成本偏高、抽水蓄能建设周期长的背景下，重力储能技术型式众多，一定程度上因地制宜建设可有效填补低成本+快装机+大容量储能的技术空白，与其他储能技术形成技术补位，尤其适用于为西部国家“沙戈荒”大基地缺水地区可再生能源的大规模消纳提供支撑，而且系统中的重物可大量回收利用建筑垃圾、矿渣、粉煤灰、风电废弃叶片、废弃混凝土等固废材料制，实现资源的综合利用。

根据重力储能的储能介质和落差实现路径的不同，新型重力储能可分为基于构筑物高度差的重力储能、基于山体落差的重力储能和基于地下竖井的重力储能等技术路线。不同技术路线均具有一定的应用场景，其中：

基于构筑物高度差型式优势在于选址比较灵活、预期的效率高，但可实现的落差有限，导致单位投资水平和度电成本过高、同容量占地大、安全事故的影响也比较大；

基于山体落差型式具有投资低、结构稳定等优势，重物的选择范围也很大，但其理论效率低，并且选址受限制、运行易受环境影响；

基于地下竖井的重力储能可分为利用废弃矿井和新建矿井两类，利用废弃矿井成本较低、废弃资源可二次利用、对环境影响小，但同时也受到选址、矿井处理难度差异不同等限制；

新建矿井具有选址灵活、运行环境较安全稳定且受限制小的优势，同规模容量下投资和效率也比较好，但其周期较长，工程技术和设备技术要求也较高。

04 产业链及工程项目布局

华北院与包括高校等在内的研究机构合作开展基础及工程技术研究，牵头建立了包括院士、院士增选有效候选人、勘察设计大师以及相关领域有影响力专家的技术团队，形成了基于多目标寻优的重力储能工艺包、逻辑建模及动态仿真技术、损耗优化技术、智慧安全技术等十余种基础和工程技术。

与产业链上下游头部企业深度合作，通过共同研发合作构建了可逆式重力轮机等关键设备及环节的产业链生态，并积极开展建设各类动模实验室、检测检验中心等工作，为后期申请重力储能准入分析验证实验室、国家能源研发中心(重点实验室)、国家能源创新平台等创造条件。

市场开发方面，在各类技术路线上均做了一定布局，在华北、西北、云南、福建等地完成了几十个项目选址、初步方案论证工作，并与多个合作方签订合作协议，开展了方案建议书、项目选址及咨询等工作；在项目开发中开放合作平台，力争以重力储能融入地方产业导入链条，同时利用重力储能的特点开展固废处理、尾矿治理、循环经济的综合应用探索。其中张家口赤城重力储能项目正积极申报国家能源局新型储能试点示范项目。

重力储能是极有前景的长时、大容量、经济性优、构网特性储能型式，因地制宜建设可有效填补相关技术空白，尤其适用于为 “沙戈荒”大基地可再生能源的大规模消纳提供支撑，是一种具有综合比较优势的新型储能。

华北院率先开展重力储能技术研究及工程化应用，通过创新系统优化和技术手段，形成了不同技术路线的重力储能专有技术，树立了重力储能项目的建设目标。

张家口示范项目建设将填补竖井式重力储能空白，作为新型电力系统需要的优势储能型式可为新型储能开辟新的方向，致力于与行业内合作方互促共荣开展项目建设，基于国产技术和装备的项目示范将推动机械、传动、重物块、电力装备及工程建设等相关产业链的工程化、规模化发展，助力推动碳达峰碳中和战略目标的实现。