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編者按：有公司提出一個(gè)新的儲(chǔ)能技術(shù)腦洞，用圓柱體的巖石嵌放在形狀相同的儲(chǔ)水池中，有富余電力時(shí)，泵會(huì)把水壓入儲(chǔ)水池中，巖石抬起電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能。而當(dāng)電網(wǎng)需要電能供應(yīng)時(shí)，閘門會(huì)打開，巖石下降，擠壓儲(chǔ)水池中的水流經(jīng)泵來(lái)發(fā)電，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能。

工作原理

其原理如圖所示：用圓柱體的巖石（像一個(gè)活塞一樣）嵌放在形狀相同的儲(chǔ)水池中，有富余電力時(shí)（例白天有光伏發(fā)電時(shí)），泵會(huì)把水壓入儲(chǔ)水池中，此時(shí)巖石活塞就會(huì)被水壓提起，即電能轉(zhuǎn)化成了重力勢(shì)能。而當(dāng)電網(wǎng)需要電能供應(yīng)時(shí)（例晚上無(wú)光伏發(fā)電時(shí)），閘門會(huì)打開，此時(shí)巖石活塞會(huì)下降，擠壓儲(chǔ)水池中的水流經(jīng)泵來(lái)發(fā)電，此時(shí)重力勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)化成電能。

該技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)等級(jí)的大容量長(zhǎng)時(shí)間（6～14h）儲(chǔ)能，能量轉(zhuǎn)換效率同樣很高（可以達(dá)到80%左右），而且可以反復(fù)使用，對(duì)于電網(wǎng)削峰填谷、消納大量的可再生能源非常有用。


根據(jù)物理知識(shí)，我們可以看出，該儲(chǔ)能站的儲(chǔ)電容量取決于1）巖石活塞的質(zhì)量；2）其能被抬升的高度。而為了進(jìn)一步計(jì)算，在這里為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型：我們假設(shè)活塞的高度與其半徑r相同，因此巖石活塞的質(zhì)量∝r3（正比于）；而活塞能被抬升的高度實(shí)際上也取決于（正比于）其高度，最多是其本身高度的一半，否則可能會(huì)側(cè)傾。

因此經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，可以得出結(jié)論：該儲(chǔ)能站的儲(chǔ)電容量∝r4，即正比于巖石活塞半徑的四次方。而考慮到這樣的項(xiàng)目的施工建設(shè)成本基本只是正比于面積，即∝r2。因此，只要在自然條件，施工能力允許的條件下，r越大，即項(xiàng)目建的越大，單位電量?jī)?chǔ)能成本就越有優(yōu)勢(shì)（儲(chǔ)能技術(shù)中，單位電量的成本是核心因素）。該公司也指出：巖石活塞的直徑要達(dá)到100米的話，其成本就可以和抽水蓄能相競(jìng)爭(zhēng)，而如果使用直徑250米的活塞，儲(chǔ)能成本可以達(dá)到200歐/kWh。


如果按巖石密度2600kg/m³來(lái)折算，半徑125米的儲(chǔ)能電站可以儲(chǔ)電8GWh，這已經(jīng)可以與德國(guó)境內(nèi)最大的Goldisthal抽水蓄能電站（8.4GWh）相比了。而如果半徑達(dá)到250米，理論上就可以儲(chǔ)電124GWh，基本可以與世界上大多數(shù)抽水蓄能電站相匹敵。

新技術(shù)的使用總是伴隨著各種技術(shù)上工程上的挑戰(zhàn)，德國(guó)人自己介紹的要點(diǎn)主要有：

1）把活塞與水池壁之間做好密封（sealing）處理。

2）把活塞用密封環(huán)密封，以抵抗水壓。

3）此外，在工程施工上，該技術(shù)實(shí)際上借鑒了許多礦井采掘方面的經(jīng)驗(yàn)。

大概的原理示意圖如下，可見他們?cè)诖俗隽舜罅康墓ぷ?。密封活塞用的材料是geomembranes（我也不知道是什么，翻譯為土工膜；隔泥網(wǎng)膜），這樣可以使水不會(huì)漏出；而在活塞與水池壁中間使用的則是一層滾動(dòng)膜（A rolling membrane）。囿于篇幅，本文將不在這里詳細(xì)展開密封中使用的技術(shù)介紹，詳情可以參考該企業(yè)的網(wǎng)站。

選址要求與環(huán)境影響

1）靠近水體。因?yàn)橥瑯右褂么罅康乃栽擁?xiàng)目建議仍然是修建在湖泊的附近，而且湖泊要足夠大水量充足，這樣才不會(huì)因?yàn)閮?chǔ)能的用水導(dǎo)致水平面的劇烈變化，從而對(duì)生態(tài)產(chǎn)生過(guò)于明顯的影響。另外，該技術(shù)用水都是處于內(nèi)部密閉空間中，水在其中不會(huì)發(fā)生蒸發(fā)、變化或遭受污染，因此使用過(guò)程中可以直接與水體進(jìn)行水交換，不需要再經(jīng)過(guò)額外的凈化處理環(huán)節(jié)。（評(píng)：仍然是要水，不過(guò)不像抽水一樣非要找一個(gè)有海撥差的地方了）

2）地質(zhì)因素考慮。該技術(shù)應(yīng)該部署在具有堅(jiān)實(shí)巖床的地區(qū)。該公司在全球范圍內(nèi)已經(jīng)對(duì)117個(gè)地方進(jìn)行了地質(zhì)勘探研究，使用了國(guó)際認(rèn)證的巖石質(zhì)量評(píng)定（Rock Mass Rating, RMR）系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)定，其中3%被認(rèn)定為非常適合，43%被認(rèn)定為適合，而其它地方要么需要非常昂貴的巖石穩(wěn)定化處理，要么條件只適合建設(shè)小型儲(chǔ)能站。（評(píng)：對(duì)地質(zhì)條件有一定要求）


3）要與高壓電網(wǎng)相連?？紤]到該系統(tǒng)功率大，應(yīng)該與最低電壓10kV的電網(wǎng)相連，而且最好與新能源發(fā)電、電網(wǎng)等距離夠近，這樣可以減少傳輸?shù)确矫娴膿p失。（評(píng)：我國(guó)建的各種特高壓線路此時(shí)正好派上用場(chǎng)）

相比于傳統(tǒng)抽水蓄能的優(yōu)勢(shì)？

1）因?yàn)閹r石密度比水高，因此可以達(dá)到比抽水蓄能電站更高的能量密度。

2）考慮到更高的能量密度以及對(duì)于坑道等條件的利用，該技術(shù)占地更小，空間利用率高。

3）相應(yīng)的，用水量只有抽水電站的1/4，而且不存在抽水蓄能電站的蒸發(fā)、暴露污染等系列問(wèn)題。

4）該結(jié)構(gòu)在地震到來(lái)時(shí)，巖石活塞因?yàn)橄喈?dāng)于是“漂浮”在水中，地震波對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響會(huì)被緩沖掉很多，因此安全系數(shù)上有保證。

小結(jié)：明日技術(shù)可以期待，電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能需要相應(yīng)技術(shù)突破

受制于電化學(xué)反應(yīng)本身的理論容量極限、動(dòng)力學(xué)極限，外加原料資源和工程施工等因素，電池技術(shù)在應(yīng)對(duì)真正電網(wǎng)級(jí)的儲(chǔ)能調(diào)峰任務(wù)時(shí)總是有些吃力的，除非有真正新體系電池出現(xiàn)，能滿足長(zhǎng)壽命、低成命、工藝簡(jiǎn)單等需求，而目前來(lái)看能滿足這一要求的電池技術(shù)并不多。而新聞滿天飛的快充技術(shù)中，總體來(lái)說(shuō)，技術(shù)好點(diǎn)的是針對(duì)kWh級(jí)電動(dòng)汽車體量級(jí)的技術(shù)（達(dá)到MWh的還是少了點(diǎn)），對(duì)于解決電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能有一定參考意義（雖然問(wèn)題依然很多）。但對(duì)于這樣的技術(shù)筆者仍然持有十分的敬意，因?yàn)榇藭r(shí)需要綜合把材料、電池、電控、電網(wǎng)各種因素考慮進(jìn)去，工程上要傾注相當(dāng)?shù)男难?，而且這些技術(shù)在微網(wǎng)等級(jí)的情境下也是可以適用的，能切實(shí)解決很多問(wèn)題。

而技術(shù)差點(diǎn)的噱頭快充技術(shù)基本也就只能充個(gè)充電寶了，這類技術(shù)如果不能放大，基本上也只能是個(gè)玩具而已，沒有太大意義。筆者曾經(jīng)強(qiáng)調(diào)過(guò)，實(shí)驗(yàn)室做0.1g，放大到做一個(gè)充電寶，再到做一個(gè)汽車，最后到電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能，量級(jí)差別是巨大的，根本不是一回事，看似都實(shí)現(xiàn)了半小時(shí)充電，其中要付出的心血完全不在一個(gè)量級(jí)上，指望這些技術(shù)來(lái)解決電網(wǎng)級(jí)的大規(guī)模調(diào)峰目前恐怕還難點(diǎn)，或者說(shuō)，很遠(yuǎn)。

似乎扯的有點(diǎn)遠(yuǎn)?；貋?lái)小結(jié)一下：發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于人類社會(huì)的發(fā)展，能源的轉(zhuǎn)型至關(guān)重要，此時(shí)能實(shí)現(xiàn)大容量低成本/高能量密度的儲(chǔ)能技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)更符合我們的需求。而電網(wǎng)儲(chǔ)能可能更側(cè)重于大容量低成本，而電化學(xué)電池在此方面可能不見得有多擅長(zhǎng)，鋰電和鉛酸在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)儲(chǔ)能時(shí)已經(jīng)遇到的問(wèn)題大家都很清楚，無(wú)需贅述。因此電網(wǎng)級(jí)的大規(guī)模儲(chǔ)能很可能需要新型電池體系（也得是單位電價(jià)成本便宜的，能量密度高都可以排第二，快充的重要性更可以往后，根本就不是第一矛盾），或者就是要依靠機(jī)械能儲(chǔ)能來(lái)解決這些問(wèn)題（抽水蓄能、壓縮空氣，以及本文的技術(shù)可能也是有希望的）。


位于圖片右上方的PSH（抽水蓄能）與CAES（壓縮空氣）更符合電網(wǎng)大規(guī)模儲(chǔ)能需求，鋰離子電池可能更適合電動(dòng)汽車、中小規(guī)模的分布式等更靈活的儲(chǔ)能需求

該公司在網(wǎng)站中表示，現(xiàn)在還沒有建成相關(guān)的項(xiàng)目，該想法是2010年提出的，他們的目標(biāo)是在2020年建成示范站，目前還正在國(guó)際上選址，尋找合適的建造地。但是考慮到該技術(shù)有可能能解決電網(wǎng)大規(guī)模儲(chǔ)能、解決能源消納等一部分問(wèn)題，筆者認(rèn)為還是要期待這樣的技術(shù)能有更大的發(fā)展，從而為能源轉(zhuǎn)型提供更多的支持和可能性。

德國(guó)人加油，也希望中國(guó)人能更加努力，做出更多新成果，而且能做出些有工程落地前景，經(jīng)得起推敲、質(zhì)疑和檢驗(yàn)的技術(shù)。

原標(biāo)題：儲(chǔ)能技術(shù)腦洞：可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)等級(jí)的大容量長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能