靠铁块“跳楼”来发电：重力电池能否成为下一代新能源储能的领头
码头上孑然站立在银灰色的严寒海水旁的，是一座四层楼高的暴露梯井。悬吊着的并非电梯，而是一块重达50吨的铁，钢缆正由电机驱动，慢慢地将铁块升至半空——这是一部巨大的重力储能电池。
跟着一阵金属的低吟，巨大的铁块开端下落，推进发电机以 250 千瓦的功率将电力注入电网。
苏格兰草创公司 Gravitricity 的工程师 Douglas Hitchcock 说，在峰值功率下，铁块可以在 11 秒内完结悉数下降，但出于测验意图，它只低速下落了几米便停下。
4 月 22 日，Gravitricity 宣告，其重力储能电池的小型演示设备已投入运用，可以在数秒内涵充能和放电间切换，从电网中罗致或向电网中运送很多能量。这一规划可以成为化学电池的代替方案。
储能商场正跟着可再生动力的前进飞速发展。但光能和风能等可再生动力并不会依据人类的需求而呈现，在阳光或风力足够时发生的巨大电能需求被贮存下来以供后续运用。如何故可接受的本钱贮存更多能量，并操控这一进程来带的资源耗费和环境污染，也随之成为了一大议题。Gravitricity 正是为数不多的致力于开发依据重力的储能设备的公司之一。
重力储能的宿世此生
人类运用依托重力进行储能的主意与实践并非新鲜事物，实践上，最早运用重力驱动机械的方式可追溯到克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）于 1656 年创造的摆钟。在这套体系中，连接在皮带轮或链轮上的锁链所悬挂的重物是其机芯的重要组件，并由擒纵结构操控配重的运动来为钟摆供给动力，保持其前后摇摆，这实践上已将重力势能作为了整个设备的能量来历。这种以重力作为计时设备的“电源”存在了数百年，并未被发条等其他机械结构彻底替代，直至运用电力驱动的石英钟呈现。
惠更斯于 1656 年创造的摆钟（维基百科）
不过，即便在电力呈现后，与重力相关的储能手法也并未被扔掉，乃至在 20 世纪从头回到了动力范畴的聚光灯下——第一个依据重力的抽水蓄能水力发电（pumped storage hydroelectricity, PSH）体系于 1907 年由瑞士开发，而上世纪 30 时代后，运用水的重力势能贮存能量就在全球遍地开花，成为了迄今为止电网储能的最大容量方式。依据 2020 年美国动力部发布的全球储能数据库陈述，PHS在全球自动储能设备容量中占比约 95%。我国在抽水蓄能范畴虽然起步晚，但因为后发效应起点较高，现在已处于世界先进水平，抽水蓄能才干最强，具有最高的发电量和装载容量（日本和美国分别在发电量和容量排名第二）。
重力储能也并非只在大型设备上才干一展身手。2012 年 Deciwatt 就开发了一款名为 GravityLight 的产品，可以运用任何 0.5kg 到 1.0kg 的日常用品作为重力来历为灯泡供电完成照明，每次悬挂配重可保持超越半小时的照明，团队项目旨在运用这种低本钱和长寿数的规划，在非洲等供电缺乏乃至没有制作电网的区域进行推行。
大型重力电池的未来
因为动力和环境问题遭到日积月累的重视，中等规划的重力储能也在近年得到了研讨者、开发者和出资者的喜爱。
英国伦敦帝国理工学院（Imperial College London，ICL）的清洁动力参谋 Oliver Schmidt 说，依据重力的储能有一些显着优势。现在首选的储能技能——锂离子电池，充电和放电的循环次数有限，在容量丢失之前只能作业数年，而重力储能结构（绞车、钢缆和配重）的寿数可长达数十年。“这些依托机械工程的玩意儿，” Schmidt 说，“要比（电化学的东西）廉价得多。”Gravitricity的了解工程师 Miles Franklin 也表明，锂离子电池运用的资料会带来许多环境问题，而且难以收回，而一桶铁并没有这方面的问题，带来的碳脚印也小得多。
依据 Gravitricity 的陈述，其重力储能设备的运转本钱和维护费用都远低于锂离子电池。Schmidt 依据这一数据进行计算称，关于一个运转 25 年的项目，锂离子电池每兆瓦时的寿数本钱为 367 美元（约合人民币 2360 元），而重力储能的本钱约为每兆瓦时 171 美元（约合人民币 1100 元），仅为前者的一半不到。麻省理工学院（MIT）的储能研讨者 Jessika Trancik 说，虽然需求更多实践数据的支撑，这一数字确实十分诱人。
与此同时，这一范畴的其他公司也开发了各有千秋的重力储能手法。总部坐落美国加利福尼亚的 Gravity Power 的主意间隔抽水蓄电一步之遥：它运用可再生动力将水抽到沉重的活塞下。当需求动力时，开释活塞下落，迫使水经过水力发电机；德国公司 New Energy Let’s Go 也运用了相似的规划；总部坐落瑞士的Energy Vault期望运用带有电机和发电机的多臂起重机来堆叠和拆开由数百块 35 吨砖块组成的 120 米高的“巴别塔”，改动本身高度来满意起起落落的动力需求。开发司理 Ruth Apps 表明，方案将配重增加到 500 吨，这将需求巨大的塔基，因而需求将尺度巨大的体系制作在地下。该公司正在寻觅捷克、波兰和南非的抛弃矿山，以展开其首个商业项目。
但 Schmidt 也正告，这项技能依然“十分不成熟”，电池价格在不断下降，而这些研讨重力发电的公司却发展缓慢。相对抢先的Energy Vault 在2019年宣告取得了 1.1 亿美元（其时约 7.7 亿人民币）的出资，将于近年开端商业开发。英国兰卡斯特大学（Lancaster University）的环境方针研讨者 Rebecca Willis 以为，假如重力储能不能从气候方针中取得支撑，将或许堕入与其他储能技能相同的窘境——在大多数当地，可以轻松敞开和封闭的小型天然气站依然是应对电力需求动摇最廉价的办法。
现在，Gravitricity 仅有 14 名职工和 300 万英镑的出资，对未来并不抱有不切实践的梦想。在制作前述的演示设备时，他们就现已遇到了意料之外的困难，例如多股钢缆在称重时因力矩缺乏而散开。在处理这些扎手的问题后，该公司方案在 2023 年制作一座峰值功率为 4 兆瓦的电站，比较现在的演示设备将会愈加完好，具有更重的重物和一千米深的梯井。
在 Gravitricity 的测验现场，时不时会呈现为英国北海石油钻井渠道服务的供给船。但在晴朗的日子里，苏格兰的动力远景也可从此尽收眼底：风力涡轮机装点了 20 公里长的地平线。
传统动力工业的遗产正转变为新式动力的美好远景，Gravitricity 最近也有两名来自石油和天然气职业的新职工参加。动力社群为之感到振奋：“他们取得了全新的人生创意”。
