赫文豪，李懂文，楊東杰，張萬松，林春丹，王曉慧

(中國石油大學(xué)(北京) 油氣光學(xué)探測技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

隨著全球?qū)Φ吞寄繕?biāo)的不斷探索，為改善能源結(jié)構(gòu)和重塑能源格局，國內(nèi)外正努力推動新一輪能源技術(shù)革命的快速發(fā)展，逐步減小化石能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比，以謀求構(gòu)建新的安全高效、綠色低碳、清潔環(huán)保的能源體系[1-4]。由于我國能源供應(yīng)和能源需求呈逆向分布，風(fēng)能主要集中在華北、西北、東北地區(qū)，太陽能主要集中在西部高原地區(qū)，而絕大部分的能源需求集中在人口密集、工業(yè)集中的中、東部地區(qū)，清潔能源技術(shù)與儲能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，對于提高能量利用效率、增加可再生能源利用比例、保障國家能源安全和推動能源技術(shù)革命具有重大戰(zhàn)略意義[1,4-8]。在“雙碳”目標(biāo)提出后，我國能源產(chǎn)業(yè)政策持續(xù)出爐，目標(biāo)集中在可再生能源并網(wǎng)和電網(wǎng)側(cè)電力輔助服務(wù)等領(lǐng)域，政策紅利明顯[9-13]。2021年以來儲能相關(guān)政策頻發(fā)出臺，如《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》、《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》、《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價格形成機(jī)制的意見》、《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》等，“十四五”期間，儲能領(lǐng)域?qū)⒁詰?yīng)用為導(dǎo)向，突破現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展瓶頸，以高安全、長壽命、高效率、低成本、大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展等衡量指標(biāo)評價儲能技術(shù)的先進(jìn)性與適用性[7,12,14]。以儲能技術(shù)配置可再生能源已經(jīng)成為能源趨勢，同時西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙古、江蘇、安徽、浙江、湖南、山東等省份皆陸續(xù)出臺了激勵政策[9]。

眾多儲能方法中，應(yīng)用比較廣泛的儲能技術(shù)主要有電化學(xué)儲能(如鉛酸電池和鋰電池)和重力儲能(如抽水蓄能)，但電化學(xué)儲能技術(shù)多應(yīng)用于中小型能量應(yīng)用場景，不僅能量儲存能力有限，易造成環(huán)境污染，且電池使用壽命通常在幾年之內(nèi)，充放電次數(shù)有限，其電池儲能能力還會隨著時間不斷下降，電池性能的老化甚至?xí)鸢踩鹿蔥1,8,14-18]。相較而言，雖然重力儲能方法儲存能量密度較低，但重力儲能方法具有儲存容量大、充放電次數(shù)不受限制、儲能穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，且無化學(xué)原料泄露和污染環(huán)境的風(fēng)險。

1 重力儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

重力儲能系統(tǒng)是當(dāng)電網(wǎng)中電力富余時，驅(qū)動電機(jī)將重物移至高處，當(dāng)電網(wǎng)中需要電力時再將重物重力勢能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，具有儲能容量大、清潔環(huán)保、原理簡單、轉(zhuǎn)化效率高、相應(yīng)迅速、高安全、高壽命等優(yōu)勢，能夠用于大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)、電網(wǎng)側(cè)電力輔助服務(wù)等長時段能源管理[10,19,20]。與風(fēng)電等間歇性能源耦合利用后，重力儲能技術(shù)可以根據(jù)電網(wǎng)需要有效平穩(wěn)風(fēng)電場整體供電性能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對風(fēng)電場的調(diào)度，解決大規(guī)模電力峰谷問題[19]。

眾多重力儲能方法中，抽水蓄能是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的一種重力儲能方法，通過水勢能和電能的互相轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)能量存儲與釋放，具有儲電容量大(100～3 000 MW)、效率高(65～85%)、壽命長(40～60年)、儲能周期不受限制(分鐘級響應(yīng))等優(yōu)點(diǎn)[1,3,21]。自1882年瑞士建造了國際第一座抽水蓄能站后，截止2020年，抽水蓄能總裝機(jī)容量已經(jīng)占領(lǐng)了全球儲能裝機(jī)總量的99%[22]。截至2020年底，我國抽水蓄能電站總裝機(jī)容量3149萬kW,在建規(guī)模5373萬kW，是我國能源電力的中流砥柱[7,22,23]。經(jīng)過長時間的探索與實(shí)踐，抽水蓄能技術(shù)目前正不斷朝著更大容量、更高效率、更高水頭和智能化方向發(fā)展[3]。但抽水蓄能電站的建設(shè)嚴(yán)重依賴地理?xiàng)l件，特別是需要依靠當(dāng)?shù)刎S富的水資源和地理高度差建造特定規(guī)模水庫和水壩(如著名的中國三峽水電站工程)，建設(shè)規(guī)模大，建設(shè)成本高，且項(xiàng)目的規(guī)劃審批流程隨著政策的收緊日漸繁瑣，建設(shè)周期長，限制了抽水蓄能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展[3,8,16,17,24-27]。為降低對自然地理資源的過度占用，近兩年也有學(xué)者提出利用煤礦廢棄井巷抽水蓄能，通過利用現(xiàn)有廢棄井巷和礦井水資源，理論上不僅可以大幅度降低占地面積，也能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄礦井資源的二次利用和可再生能源電力的高效儲能，但該系列研究仍處于理論驗(yàn)證階段[28,29]。

為改進(jìn)傳統(tǒng)抽水蓄能技術(shù)對地理資源的嚴(yán)重依賴，一些學(xué)者提出了新型重力式儲能方法，其基本原理是利用勢能變化存儲電能，以達(dá)到高效、低碳、經(jīng)濟(jì)和創(chuàng)造社會價值的目的[8,18,30-34]。同時，國外部分研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)創(chuàng)新性地推出了多種新型重力儲能技術(shù)，并取得了階段性成果，例如瑞士Energy Vault公司設(shè)計的塔吊式重力儲能電池、英國Gravitricity公司設(shè)計的礦井式重力儲能電池、美國Ares公司設(shè)計的山地鐵路式重力儲能電池和美國Gravity Power公司設(shè)計的活塞式重力儲能電池。相較于傳統(tǒng)抽水蓄能技術(shù)，這些新型重力儲能技術(shù)不僅可以完成10 s內(nèi)放電響應(yīng)，而且可以將能量轉(zhuǎn)化效率提升至80～90%，并降低運(yùn)營成本約30～60%[1,17,30]。

2 新型重力儲能技術(shù)

2.1 重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)

2019年前后，根據(jù)Heindl Energy重力儲能模式，美國和德國等國家推出了重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)，如美國加州Gravity Power公司和德國New Energy Let’s Go儲能技術(shù)，皆是非高峰電力時通過提升活塞將水泵入活塞底部進(jìn)行能量存儲，當(dāng)需要能量時松開重力活塞壓迫水驅(qū)動電機(jī)工作釋放能量[1,15-17,35]。

雖然該類型儲能技術(shù)也是利用水力能量和渦輪機(jī)組來輸送水和發(fā)電，但儲能介質(zhì)發(fā)生了本質(zhì)性變化。傳統(tǒng)抽水蓄能技術(shù)應(yīng)用過程中，水作為儲能介質(zhì)，借由壓力泵或渦輪機(jī)組完成水在水庫間的運(yùn)移，從而完成儲能與釋能；而重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)則將重物塊活塞作為主要儲能物質(zhì)，水體僅作為傳輸水力能量的載體推動重物塊活塞上下移動卻并不提供能量儲存。Gravity Power型活塞式重力儲能技術(shù)的儲能量級因活塞尺寸和有效位移而異，按照預(yù)期設(shè)想可以提供40 MW～1.6 GW的電力，適用于大規(guī)模儲能應(yīng)用場景[36]。根據(jù)Berrada等學(xué)者的研究數(shù)據(jù)，尺寸越大，儲能級別越高，其儲能成本約為145美元/兆瓦時(123歐元/兆瓦時)，考慮到制作成本和密度差異，鐵質(zhì)材料可能是使得重力活塞質(zhì)量最大且最經(jīng)濟(jì)的原材料，因此研究建議利用鐵質(zhì)重力活塞[34,37]。為進(jìn)一步提高重力活塞儲能容量，Emrani等學(xué)者提出牽引式重力活塞儲能方法(圖1)，利用繩索控制重物塊的提升或者下降，模擬結(jié)果表明牽引繩的加入可以使得重力活塞式儲能容量大幅度提升，計算結(jié)果可以達(dá)到原來容量的兩倍，且平準(zhǔn)化成本更低[18,38]。但相較于Energy Vault、Gravitricity等純機(jī)械式重力儲能技術(shù)，Gravity Power型存儲卸載時間較長，約為330～368 s，且能量轉(zhuǎn)化效率較低，約為80%[30,38]。

圖1 重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)原理示意圖

由此可見，該類型儲能技術(shù)可大幅度降低地理?xiàng)l件對抽水蓄能電站的限制，將同級別抽水蓄能規(guī)模占地面積縮減至1～2公頃土地[16]。但由于其系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)限制，其水力系統(tǒng)密封(如密封塞材質(zhì)和密封塞形狀)和活塞移動控制(活塞的穩(wěn)定性和移動的平穩(wěn)性)仍需要進(jìn)一步研究[1,31,38]。另外，Gravity Power型重力儲能初期可能需要大量投資，以挖取特定尺寸的豎井和水道，且密封套在豎井中的滑移摩擦?xí)?yán)重影響能量轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)營效益[39]。其摩擦力的大小、牽引繩索(牽引式重力活塞儲能)的材質(zhì)、尺寸、安全系數(shù)對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[38]。

2.2 Ares型山地鐵路式重力儲能技術(shù)

2013年，美國先進(jìn)鐵路儲能企業(yè)Ares公司創(chuàng)新性利用退役鐵路設(shè)計出了一種基于鐵路的山地牽引式重力儲能技術(shù)，類似于抽水蓄能技術(shù)，其依托兩個地勢高度差顯著的重物儲集庫實(shí)現(xiàn)重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，只是山地鐵路式重力儲能是利用有軌電車實(shí)現(xiàn)山地間的重物輸送，通過火車載著重物在不同高度的儲能廠之間往返穿梭，從而實(shí)現(xiàn)高效重力儲能(圖2)[24,30,40,41]。

圖2 Ares型山地鐵路式重力儲能技術(shù)原理示意圖

為了證明該類型技術(shù)的可行性和運(yùn)營效益，Ares公司首先在美國加州Tehachapi市設(shè)計并修建了一個山地鐵路式重力儲能示范性試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，每個重物塊質(zhì)量約為45～64 t，設(shè)計坡度為9%，鐵路線路長約為16 km，項(xiàng)目沒有自放電存儲損耗，但能量轉(zhuǎn)化效率約為78%～80%，設(shè)計壽命約為40年[42]。當(dāng)有軌電車將重物移送至山地高處儲集庫時，該過程稱作充電過程，系統(tǒng)從電網(wǎng)獲取能量并將其轉(zhuǎn)化為重物的重力勢能進(jìn)行存儲；而當(dāng)有軌電車將重物移送至山地地處儲集庫時，該過程稱作放電過程，系統(tǒng)中重物的重力勢能將逐步轉(zhuǎn)化為電能對電網(wǎng)進(jìn)行釋放能量。由于其試驗(yàn)效果良好，Ares目前正在美國內(nèi)達(dá)華州Pahrump城市建立其第一個50兆瓦儲能級別商業(yè)化的山地鐵路式重力儲能項(xiàng)目，設(shè)計軌道坡度為7～8%，地勢高差約為610 m；該系統(tǒng)由6列火車組成，每列火車由2個火車頭和7節(jié)重達(dá)1 550 t的車廂組成，設(shè)計鐵路線長約9 km，儲能容量將達(dá)到12.5 MWh，預(yù)期儲電效率為80～85%[40,41]。根據(jù)山地鐵路式重力儲能技術(shù)作業(yè)原理，該類型重力儲能技術(shù)直接有效保證了可再生能源(如風(fēng)能和太陽能)電力市場的長期穩(wěn)定電力供應(yīng)，資本成本約是同等電力供應(yīng)規(guī)模傳統(tǒng)抽水蓄能的一半，且其建設(shè)規(guī)?？梢暰唧w山地或丘陵地勢而定，對環(huán)境影響較小或沒有影響[41]。根據(jù)澳大利亞國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所和丹麥可持續(xù)能源所聯(lián)合研究數(shù)據(jù)，山地鐵路式重力儲能技術(shù)發(fā)電成本約為50～100美元，且地勢高度差越大，發(fā)電成本越低，適用于長期儲能，尤其是對于較為偏遠(yuǎn)地區(qū)或額定功率小于20 MW的小量級電網(wǎng)[33]。

針對Ares型山地鐵路式重力儲能技術(shù)，軌道需要依山而建，山體輪廓的平整性和軌道的摩擦系數(shù)均對儲能效率造成影響，尤其是當(dāng)沒有退役鐵路可以使用時需要很大的初始建設(shè)成本[17]。同時，鐵路軌道的坡度對山地鐵路式重力儲能技術(shù)具有顯著影響，目前很多現(xiàn)有廢棄鐵路的軌道坡度無法用于再生制動系統(tǒng)發(fā)電[24]。雖然Ares對地形有著較為嚴(yán)格的限制，類似于抽水蓄能技術(shù)嚴(yán)重依賴于地形的高度差，但它擺脫了對水力資源的依賴，是一種純機(jī)械儲能方式，且可有效利用退役的鐵路線資源進(jìn)行再社會價值的創(chuàng)造，是大規(guī)模儲能技術(shù)的替代方案，也可應(yīng)用于小島或偏遠(yuǎn)地區(qū)[24,33,40,43]。

2.3 Energy Vault型塔吊式重力儲能技術(shù)

2019年，瑞士能源庫公司Energy Vault創(chuàng)新設(shè)計并推出了一種電網(wǎng)級塔吊式重力儲能電池，利用混凝土砌塊和塔吊的互相配合，在電力過剩時提升混凝土砌塊進(jìn)行儲能，需要電力時再將勢能轉(zhuǎn)化為混凝土砌塊動能，最終實(shí)現(xiàn)完成勢能與電能的相互轉(zhuǎn)化(圖3)[16,44-46]。

圖3 Energy Vault型塔吊式重力儲能技術(shù)示意圖

塔吊式重力儲能電池試驗(yàn)系統(tǒng)位于瑞士Ticino市，外觀是一座混凝土砌塊塔，高約110～120 m，由六臂起重機(jī)和混凝土砌塊等模塊組成。當(dāng)電力充裕時，塔吊起重機(jī)可以依序?qū)蝹€重達(dá)35噸的混凝土砌塊從地面提起，規(guī)律地堆放在砌塊塔高處，使得中心混凝土砌塊塔規(guī)模不斷變大，使得電能逐漸轉(zhuǎn)化為混凝土砌塊勢能。當(dāng)需要能量時，塔吊起重機(jī)可將特定數(shù)量的混凝土砌塊從砌塊塔放回至地面，將砌塊的勢能轉(zhuǎn)化為下降過程中的動能，再帶動發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)Energy Vault工程師研究數(shù)據(jù)，該塔吊式重力儲能電池可將放電時間縮短至2.9 s，系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化效率高達(dá)90%，理論上儲電量可以達(dá)到35 MWh，峰值工作功率約4 MW，且第一個35 MWh級別的塔吊式重力儲能商業(yè)系統(tǒng)已在印度開建[44]。由于混凝土砌塊塔的模塊化設(shè)計，Energy Vault型塔吊式重力儲能技術(shù)可通過提升混凝土砌塊塔建筑規(guī)模的方法來提高儲能容量，混凝土砌塊式儲能模塊相較于化學(xué)儲能技術(shù)具有安全、高效等優(yōu)勢，不會因化學(xué)反應(yīng)造成系統(tǒng)材料降解或能量泄露等環(huán)保問題，使用壽命約為30～40年，且充放電次數(shù)不受限制；同時，混凝土砌塊由混凝土碎塊等建筑廢料制成，其原材料可重新用于新的混凝土砌塊的制作，運(yùn)營成本約為同儲能級別的電化學(xué)儲能電池的一半，且相較于電化學(xué)儲能更為經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、綠色、環(huán)保[16,44]。

但混凝土砌塊在空氣中的磨損問題、力學(xué)穩(wěn)定性與重物塊完整性問題、不同地區(qū)的選址問題和系統(tǒng)每千瓦時的發(fā)電成本仍需要進(jìn)一步研究[17,44]。由于建設(shè)規(guī)模大，初期建設(shè)成本較高，且空間需求大，對地震、滑坡、地層塌陷等風(fēng)險應(yīng)急管控機(jī)制尚不明晰[8]。同時，重物舉升控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備高標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定工作性能，以及時調(diào)整因特定風(fēng)力、電纜強(qiáng)度、重物塊鐘擺效應(yīng)和起重機(jī)在升降重物塊過程中的偏轉(zhuǎn)等問題。為了保證能量的穩(wěn)定輸出，六臂塔吊必須協(xié)調(diào)合作運(yùn)行，當(dāng)一個重物塊在加速時，另一個對稱的重物塊就需要減速[16]。

2.4 Gravitricity型礦井式重力儲能技術(shù)

2021年，英國重力電池初創(chuàng)公司Gravitricity公司依據(jù)重力機(jī)械儲能原理設(shè)計并推出了一種礦井式重力儲能電池，利用絞車和重物塊的互相配合，將電網(wǎng)過余電能儲存在地下千米深礦井中懸掛著的重物塊勢能中，以備能量稀缺時放下重物塊釋放能量[15,16,47]。其基本設(shè)計思路與能源庫Energy Vault型塔吊式重力儲能電池類似但又有所不同，二者都是利用懸掛著的重物塊實(shí)現(xiàn)電能與勢能的互相轉(zhuǎn)化，但Gravitricity公司提出利用地下礦井代替高塔，不僅占地面積小，而且能夠有效利用現(xiàn)有廢棄礦井資源，通過在地下豎井中提升和下放重物塊進(jìn)行能量儲存與利用。

礦井式重力儲能電池試驗(yàn)系統(tǒng)位于英國蘇格蘭愛丁堡Leith港口，其外形是一座地面電梯井，高約12 m，主要由絞車、電機(jī)、鋼纜和電梯井架組成。試驗(yàn)系統(tǒng)中所用的重物塊是一個重達(dá)50 t的鐵塊，其儲能容量約為250 kW，按照設(shè)計方案，該重物塊可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)能量的秒級響應(yīng)并完成放電，能夠有效儲存過余的太陽能與風(fēng)能[15]。根據(jù)Ruoso等學(xué)者研究數(shù)據(jù)，對于深12 m的礦井，一個高5 m、直徑4 m的重物塊就可以存儲11 kWh的電量，其能量轉(zhuǎn)化效率理論上可以達(dá)到90%，使用壽命也可達(dá)到50年[30]?；贕ravitricity公司一個為期25年的項(xiàng)目測算，該類型重力儲能電池發(fā)電成本約為171美元/兆瓦時，而傳統(tǒng)的商業(yè)鋰電池發(fā)電成本為377美元/兆瓦時，現(xiàn)有電網(wǎng)級大型液體電解質(zhì)型流體電池發(fā)電成本約為274美元/兆瓦時，由此可見，Gravitricity發(fā)電成本要遠(yuǎn)低于電化學(xué)儲能發(fā)電成本，具有廣闊的發(fā)展前景[15]。

目前，該類型重力儲能技術(shù)尚處于演示試驗(yàn)階段，上述試驗(yàn)系統(tǒng)僅為商業(yè)展示及測試用途。按照Gravitricity公司設(shè)想，為增大儲能容量，預(yù)期2023年完成重力儲能電池全尺寸設(shè)計，儲能使用重物塊質(zhì)量將達(dá)到500噸，重物塊將會被置于約1000m深的地下豎井或基于現(xiàn)有廢棄礦井改造的儲能礦井中，以生產(chǎn)達(dá)到4兆瓦的峰值功率，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在捷克共和國、波蘭和南非等國考察礦井選址[15]。根據(jù)礦井式重力儲能技術(shù)數(shù)學(xué)建模分析數(shù)據(jù)，Morstyn等學(xué)者研究結(jié)果顯示僅英國政府煤炭管理局收錄的3 234口廢棄礦井中就有340口礦井可用于安裝1 MWh級別以上的重力儲能系統(tǒng)，并建議重物塊由鐵礦石建造，其質(zhì)量應(yīng)控制在3 000 t以內(nèi)[32]。另外，Botha和Kamper學(xué)者的研究數(shù)據(jù)表明，Gravitricity重力儲能技術(shù)因受到重物塊質(zhì)量和重物塊提升高度限制，實(shí)際能量密度可能較低，放電時間較短，較高的功率密度使其更適合高功率分布式發(fā)電服務(wù)[48]。若要儲存更多的能量或面對長時間的電力輸出，可以參考Energy Vault型塔吊式重力儲能電池模塊化設(shè)計模式，將質(zhì)量為500～5 000 t的重物塊疊加使用[16]。

圖4 Gravitricity型礦井式重力儲能技術(shù)原理示意圖

3 結(jié) 語

近年來，中國電力行業(yè)發(fā)展迅猛，始終走在世界前列，中國有著深厚的電力工業(yè)基礎(chǔ)，但目前仍然是以煤炭發(fā)電為主。為減緩CO2對氣候變化的影響，發(fā)展清潔可再生能源與儲能技術(shù)對于重塑能源格局具有重要意義。在我國提出“碳達(dá)峰-碳中和”碳排放目標(biāo)后，以風(fēng)能和太陽能為代表的可再生能源爆發(fā)式增長的態(tài)勢已經(jīng)不可逆，儲能作為發(fā)展低碳或零碳電力系統(tǒng)的重要支撐，在未來能源體系中扮演重要角色。其中，重力儲能的實(shí)際建設(shè)規(guī)模和應(yīng)用場景對重力儲能發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益具有很重要的影響，其額定功率與儲能容量的分離性使得它們可以匹配不同的應(yīng)用場景，針對快速響應(yīng)、較長的使用壽命、較低的商業(yè)價格等不同場景要求，可以匹配不同的重力儲能技術(shù)和不同的重力儲能建設(shè)規(guī)模[32]。雖然重力儲能技術(shù)得到了新的技術(shù)突破與商業(yè)探索，但仍受到相關(guān)政策和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大幅度制約[15,16]。電力市場價格、初期成本和資本利率的波動，會直接影響重力儲能技術(shù)運(yùn)營成本，而建造時間和使用壽命則會間接影響重力儲能技術(shù)的長期利潤[18]。

可以看出，新型重力儲能技術(shù)相較于傳統(tǒng)電化學(xué)儲能方法具有安全、儲能容量大、對環(huán)境影響較小等優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)抽水蓄能重力儲能方法則顯著降低了對地理?xiàng)l件和水資源的依賴。工作方式上，傳統(tǒng)的抽水蓄能技術(shù)和改進(jìn)后的重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)都是通過水力能量實(shí)現(xiàn)儲能，而Energy Vault型塔吊式重力儲能技術(shù)、Gravitricity型礦井式重力儲能技術(shù)、Ares型山地鐵路式重力儲能技術(shù)則是直接通過機(jī)械運(yùn)動方式控制能量的儲存與釋放。按照新型重力儲能電池設(shè)計原理，上述四種新型重力儲能技術(shù)應(yīng)用過程中，均是重物塊質(zhì)量和其有效位移越大，儲能級別和容量越高，但隨之而來的工程風(fēng)險也越來越高，如繩索懸重強(qiáng)度、地基及基坑穩(wěn)定性、塔吊和絞車工作性能(如牽引力、牽引速度等)和重物塊在牽引過程中力學(xué)完整性等[15,22,32,38]。按照具體重力儲能技術(shù)儲能方法的不同，重力儲能技術(shù)均受到儲能設(shè)備建造規(guī)模的影響。Ares型重力儲能技術(shù)大幅度受到山體坡度和現(xiàn)有軌道影響，適用于摩擦系數(shù)小、坡度較大的退役式山地軌道；Gravitricity型和Gravity Power型重力儲能技術(shù)受到巖土力學(xué)和井壁完整性的影響，適用于較堅硬的、壓實(shí)緊密的土層(如風(fēng)化沉積的巖土層)；Energy Vault的建造規(guī)模則受到塔寬限制，塔寬越大，建筑占地面積越大，能量密度就越低，特定地基條件下存在最佳建筑半徑[17,24]。

總而言之，隨著不同機(jī)械儲能方法的提出，重力儲能技術(shù)在原有抽水蓄能的基礎(chǔ)上得到了顯著發(fā)展，新型重力儲能技術(shù)大幅度降低了對地理?xiàng)l件的依賴，具有儲能容量大、能量轉(zhuǎn)化率高和運(yùn)營成本低等優(yōu)點(diǎn)，對于儲能行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，但大幅度受到當(dāng)?shù)卣呒笆袌龅纫蛩赜绊?。低?無碳能源政策的及時制定與落實(shí)，將切實(shí)推動重力儲能及其他儲能技術(shù)的快速發(fā)展，以平衡或逐步降低目前廉價煤炭、石油、天然氣市場在能源格局中所占比例。