重力电池:将电能存储在重力势能中

说到电池,我们脑海中想到的可能就是锂电池之类的化学能电池,其实电池是一种储能手段,并不局限于化学能电池,像我们之前说的熔盐储能技术就是加热高温熔盐来储存能量。随着风电太阳能发电的增加,因为之类能源具有不稳定和时间限制的特点,所以一个储量巨大的储能技术就非常有必要了。

今天我们来了解的就是重力电池,或者是重力储能技术,它利用的是将能量储存在重力势能中。

其实在储能技术中,重力电池已经被广泛应用了,那就是抽水蓄能技术,在夜晚利用电网中多余的电力将水从低处抽到高处的水库中,然后白天用电高峰期再从高处放水发电,从而达到存储能量的目的。

抽水蓄能技术其实也是一种重力电池,只是它的局限性比较大,并不适合任何地方
抽水蓄能技术其实也是一种重力电池,只是它的局限性比较大,并不适合任何地方

抽水蓄能所利用的正是重力势能,它的特点就是能量储量非常大,占目前全世界高容量储能的90%以上。但是抽水蓄能也有很多缺点,比如它对地形有要求,对水资源有要求等等,所以应用范围比较狭窄,并不能应对未来要求更高的储能。

但是我们要知道重力势能的能量密度最大的并不是水,而是各种金属,要知道水的密度只有钢铁的1/7.8,所以如果我们转换下思路,可以利用一些金属铁块来存储和释放重力势能的方式来存储能量,这样就不需要在山区就能够新建这些储能场所了。

目前已经有科学家制造了这样的重力电池原型设备,它的主体是一个高度为15米的铁塔,储能载荷是一个50吨重的铁块。

在电力富裕的时候,电力就驱动电动机将这个巨大的金属块一点点的提升到15米的高空中。而当需要发电的时候,则将这个铁块慢慢的放下,铁块带动发电机则可以将铁块的重力势能转化为电能,这个重力电池能够产生250千瓦的瞬时功率,足以短暂维持大约750个家庭的电力需求。

建于捷克一座废弃矿场内的重力电池原型机,目前我国也在进行这方面的研究
建于捷克一座废弃矿场内的重力电池原型机,目前我国也在进行这方面的研究

虽然这个重力电池原型机是建造的一座铁塔,但是在未来如果大规模应用的话,可以使用各种废弃的矿井来容纳一个全尺寸的重力电池装置,这就要求这个矿井的深度至少要300米,这样才能够产生足够长时间的电力。

相比较锂电池之类的化学电池有循环寿命的限制,重力电池则几乎没有寿命限制,唯一限制它的就是一些基本的机械寿命,比如起重线缆的寿命,电动机发电机的寿命等等,但是这些机械都是目前非常成熟的技术了,相应的就是全寿命周期成本就会比较低。而且作为一种机械电池,重力电池不需要开采各种矿物质,没有其他的附带污染,是一个非常环保的储能技术。

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