加拿大滑鐵盧大學（University of Waterloo）的研究人員設計了一種固體重力儲能系統，可用于在高層城市建筑中儲存可再生能源。

　　基于繩索起重機的系統設計用于與安裝在南墻、東墻和西墻上的光伏外墻以及小型屋頂風力渦輪機和鋰離子電池結合使用。

　　在擬議的配置中，基于重力的系統充當主要的儲能單元，而電池僅用于在生產嚴重過剩或短缺的幾個小時內進行快速響應儲能。該系統利用光伏外墻和風力渦輪機產生的能量，在充電階段提升豎井內的重物。然后，在放電過程中釋放儲存的勢能以旋轉發電機。

　　該系統包括電動發電機組、起重繩、傳動裝置和鋼或混凝土塊。它的功能與城市建筑中的傳統電梯相似，運行速度幾乎相同。

高層建筑重力儲能系統示意圖

　　該研究的主要作者Muhammed A.Hassan告訴媒體：“這種設計在技術上是可行的，最近也得到了商業證明。具體來說，Gravitricity在愛丁堡利斯港展示了一個15米高、250KW的原型系統，其中有兩個25噸的懸吊重物和兩臺連接到電網的發電機。自2021年以來，該公司還啟動了兩個容量分別為4MW和8MW的全面商業項目。”

　　研究人員在625種通用建筑設計中對該系統進行了建模，考慮了立面面積與體積比、長寬比和高度與占地面積比等因素。他們還采用了多目標遺傳算法（MOGA）來評估平準化電力成本（LCOE）和每棟建筑對電網電力的依賴性。

固體重力儲存系統在充放電模式下的運行

　　分析表明，這種混合動力系統可以實現0.051美元/KWh至0.111美元/kWh的LCOE值，電網電力成本在0.195美元/kWh至0.888美元/kWh之間。據報道，這些結果與位于加拿大和其他可再生能源資源有限地區的類似建筑集成可再生能源系統的結果一致。

　　研究人員解釋說：“建筑面積較大的高層建筑往往實現較低的LCOE，但電網電力成本較高。”他們指出，隨著建筑能源使用強度的增加，重力儲能系統的容量必須增加。

　　建模結果還表明，重力儲能系統可以實現9至17年的投資回收期，在大多數情況下，貼現投資回收期低于25年。

Gravitricity的重力儲能系統

　　Hassan說：“這證實了其長期的財務可行性。然而，他強調，行業共識在幾個方面仍然至關重要，包括運營復雜性、前期成本，以及通過多年的實際運營來證明24/7可靠性。”

　　他補充道：“雖然機械原理得到了證實，但挑戰將是擴大工程規模、確保有競爭力的資本成本以及在電網或工業環境中集成。因此，市場采用仍然取決于證明這些系統在預期的使用壽命內可以勝過電池、化學和其他重力替代品，特別是對于需要每天數小時的能量輸送而不會衰減的應用。”

　　他接著說：“獨立分析表明，在中國以外的發達市場，商業成熟度可能在2020年代末左右，取決于當前旗艦項目數年的運營數據。目前，地面重力儲能在初始規模上已得到商業驗證，但尚未達到大規模采用。未來三年的持續合同和可靠性性能驗證應使其達到完全商業成熟。”

　　該系統在《應用科學》（Applied Science）上發表的“具有固體重力儲能的混合可再生能源系統的建筑幾何感知生命周期優化”中進行了介紹。

　　源文見：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261925016095

　　（素材來自：University of Waterloo 物理儲能網、全球儲能網、新能源網綜合）