工程師知道，大型能源系統(tǒng)包含三個主要部分：發(fā)電，存儲和交付。每個階段都有其獨特的特征，并且它們之間通常存在一些重疊和相互作用。但是，儲能是一個迫切需要可行選擇的領(lǐng)域，尤其是當(dāng)間歇性可再生能源（例如風(fēng)能和太陽能）無法立即使用或?qū)⑵浯鎯σ詡浜笥脮r，就會浪費能源。

其中的存儲選項包括電化學(xué)電池，超級電容器，飛輪，電解產(chǎn)生的氫，可逆鹽態(tài)，壓縮空氣和抽出的儲水。如您所料，沒有“最佳”的電能存儲方式，每種技術(shù)都有其優(yōu)缺點，這取決于許多因素。這包括大小和規(guī)模問題（因為存儲幾千瓦時與千兆瓦時甚至兆瓦時，可用空間大不相同），安全問題等等。長話短說：以網(wǎng)格級別的容量進行存儲很困難。

許多活躍的大型網(wǎng)格級存儲設(shè)施都是基于水庫的，在有電時將水抽到更高的高度，并在需要電源時通過發(fā)電機排空。從原理上講，這似乎很簡單，但是此方案需要兩個足夠大的垂直距離的大型油藏。

提出的其他替代方案處于原型和試運行的各個階段。一些是純機械的，不涉及水，而其他一些則以與經(jīng)典的兩水庫技術(shù)不同的方式使用水。

來自瑞士的Energy Vault的全機械系統(tǒng)使用重量為35噸（一噸為1,000千克，約2,200磅）的木塊的自動堆放，所有塊都放置在具有六個吊臂的空曠區(qū)域（圖1）。）。復(fù)雜的系統(tǒng)使用先進的算法來決定在何處堆疊以及最佳堆疊順序。在必須解決的問題中，風(fēng)在移動時對砌塊和起重機的影響，擺錘效應(yīng)，電纜拉伸以及通過對砌塊“掉落”進行排序來保持恒定的輸出。該公司聲稱，該設(shè)備是模塊化的，存儲容量為20至80 MWh，連續(xù)放電4至8 MW，可持續(xù)8至16個小時。Energy Vault正在瑞士提契諾州建造一個110米高的大型演示系統(tǒng)。

相比之下，重力系統(tǒng)將500至5,000噸的單個重量懸掛在各自的豎井中，而不是將它們露天堆放（圖2）。每個重物都有一個絞盤，可以舉起重物或釋放重物，因此下降的重物可以為發(fā)電機供電。該公司聲稱，每個裝置可產(chǎn)生1至20 MW的峰值功率，輸出持續(xù)時間為15分鐘至8小時。蘇格蘭正在使用25噸重的砝碼建造和測試一個額定功率為250 kW的演示裝置。

圖2重力存儲系統(tǒng)可懸掛500至5,000噸的單個重量，每個豎井只有一個重量。資料來源：重力

《新能源讓我們一起去》使用重物和水。電動泵和液壓系統(tǒng)將一塊巨大的巖體提起，并靠在可移動的活塞上以存儲能量（圖3）。為了釋放動力，將來自巖體的高壓水輸送到渦輪機和發(fā)電機。聲稱的儲能能力將在1至10 GWh之間。

圖3該存儲系統(tǒng)的設(shè)計基于重物和水的組合，其中較大的質(zhì)量放置在可移動的活塞上。資料來源：新能源走吧

的重力功率的方法還使用水，具有大活塞懸浮在深，充滿水的軸，與滑動密封件以防止活塞周圍泄漏和返回配管連接在地電平（一泵用水輪機沿圖4）。在操作開始時，軸只注滿一次水，然后將其密封，不需要額外的水。為了存儲能量，動力驅(qū)動電動/發(fā)電機泵將水壓下回水管并進入軸，從而抬起活塞。為了發(fā)電，活塞下降，迫使水沿著儲水軸下降，沿著回水管向上并穿過渦輪，從而轉(zhuǎn)動電動機/發(fā)電機。該公司表示，每個豎井可以存儲數(shù)百兆瓦時。巴伐利亞州魏爾海姆市正在建設(shè)兆瓦級示范工廠。

圖4此存儲方法基于大活塞在閉環(huán)，充滿水的軸和返回路徑中的運動。資料來源：引力

這些設(shè)計中的一個重要考慮因素是它們能夠在大約一秒鐘的時間內(nèi)提升至全部輸出。這對于源和負(fù)載都無法預(yù)測的許多網(wǎng)格應(yīng)用程序非常有用。

這些選項中的每一個都在大小，選址問題，復(fù)雜性，成本，潛在的可靠性和容量以及可感知的和實際的安全問題上進行了有趣的權(quán)衡。有趣的是，哪一個獲得最大的吸引力，或者也許它們都會做得更好，這取決于位置，功率水平，本地成本，能源需求和替代方案的具體情況。

完全基于我的“直覺”，沒有任何數(shù)據(jù)，我對多起重機方法持懷疑態(tài)度，因為它看起來是如此復(fù)雜，暴露于外部環(huán)境，并且需要最復(fù)雜的管理和算法。但是我以前做錯了：當(dāng)引入USB端口時，我說：“誰需要這個？我們已經(jīng)有足夠的I / O選項。”我們知道USB的結(jié)果。

您對這些用于電網(wǎng)級儲能的選擇的大規(guī)模實用性有何看法？您是否將它們視為替代電池場，水庫，壓縮空氣或其他正在使用或建議使用的方法的可行替代方案？

編輯：hfy