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加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）的研究人员设计了一种固体重力储能系统，可用于在高层城市建筑中储存可再生能源。
基于绳索起重机的系统设计用于与安装在南墙、东墙和西墙上的光伏外墙以及小型屋顶风力涡轮机和锂离子电池结合使用。
在拟议的配置中，基于重力的系统充当主要的储能单元，而电池仅用于在生产严重过剩或短缺的几个小时内进行快速响应储能。该系统利用光伏外墙和风力涡轮机产生的能量，在充电阶段提升竖井内的重物。然后，在放电过程中释放储存的势能以旋转发电机。
该系统包括电动发电机组、起重绳、传动装置和钢或混凝土块。它的功能与城市建筑中的传统电梯相似，运行速度几乎相同。
高层建筑重力储能系统示意图
该研究的主要作者Muhammed A.Hassan告诉媒体：“这种设计在技术上是可行的，最近也得到了商业证明。具体来说，Gravitricity在爱丁堡利斯港展示了一个15米高、250KW的原型系统，其中有两个25吨的悬吊重物和两台连接到电网的发电机。自2021年以来，该公司还启动了两个容量分别为4MW和8MW的全面商业项目。”
研究人员在625种通用建筑设计中对该系统进行了建模，考虑了立面面积与体积比、长宽比和高度与占地面积比等因素。他们还采用了多目标遗传算法（MOGA）来评估平准化电力成本（LCOE）和每栋建筑对电网电力的依赖性。
固体重力储存系统在充放电模式下的运行
分析表明，这种混合动力系统可以实现0.051美元/KWh至0.111美元/kWh的LCOE值，电网电力成本在0.195美元/kWh至0.888美元/kWh之间。据报道，这些结果与位于加拿大和其他可再生能源资源有限地区的类似建筑集成可再生能源系统的结果一致。
研究人员解释说：“建筑面积较大的高层建筑往往实现较低的LCOE，但电网电力成本较高。”他们指出，随着建筑能源使用强度的增加，重力储能系统的容量必须增加。
建模结果还表明，重力储能系统可以实现9至17年的投资回收期，在大多数情况下，贴现投资回收期低于25年。
Gravitricity的重力储能系统
Hassan说：“这证实了其长期的财务可行性。然而，他强调，行业共识在几个方面仍然至关重要，包括运营复杂性、前期成本，以及通过多年的实际运营来证明24/7可靠性。”
他补充道：“虽然机械原理得到了证实，但挑战将是扩大工程规模、确保有竞争力的资本成本以及在电网或工业环境中集成。因此，市场采用仍然取决于证明这些系统在预期的使用寿命内可以胜过电池、化学和其他重力替代品，特别是对于需要每天数小时的能量输送而不会衰减的应用。”
他接着说：“独立分析表明，在中国以外的发达市场，商业成熟度可能在2020年代末左右，取决于当前旗舰项目数年的运营数据。目前，地面重力储能在初始规模上已得到商业验证，但尚未达到大规模采用。未来三年的持续合同和可靠性性能验证应使其达到完全商业成熟。”
该系统在《应用科学》（Applied Science）上发表的“具有固体重力储能的混合可再生能源系统的建筑几何感知生命周期优化”中进行了介绍。
源文见：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261925016095
（素材来自：University of Waterloo 物理储能网、全球储能网、新能源网综合） |
