重力儲能技術(shù)主要是通過重力勢能-電能-動能三種能量形式相互轉(zhuǎn)化進行工作的。在電價低谷階段，電網(wǎng)電力富余時，重力儲能系統(tǒng)驅(qū)動電機將重物移至高處，將電能轉(zhuǎn)化為重力勢能存儲;電價高峰階段，電網(wǎng)急需電力時，將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

　　種類方面，重力儲能技術(shù)最出名的是抽水蓄能，此外，近年國際上還涌現(xiàn)出了四種新型重力儲能技術(shù)，分別是重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)、山地鐵路式重力儲能技術(shù)、塔吊式重力儲能技術(shù)和礦井式重力儲能電池。

　　抽水蓄能

　　眾多重力儲能技術(shù)中，抽水蓄能是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的，選用的重物為自然界最廣泛存在的水，通過水勢能和電能的相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)能量存儲與釋放。具有儲電容量大(100-3000MW)、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。

　　自1882年瑞士建造了世界第一座抽水蓄能電站以來，抽水蓄能裝機量在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長。

　　根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，2022年中國抽水蓄能新增裝機容量8.8GW，截至2022年底抽水蓄能累計裝機容量達45.19GW，較2021年增長24.18%。在政策引導下，抽水蓄能電站建設(shè)速度將進一步加快，預計到2025年裝機容量將達到62GW，到2030年達到120GW左右。

　　不過，選址問題嚴重限制了抽水蓄能電站的發(fā)展，水資源豐富+高度差兩個要求意味著抽水蓄能電站無法靈活布局。此外，建設(shè)規(guī)模大、成本高、周期長、項目規(guī)劃審批流程繁瑣等因素進一步限制了抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展。

　　重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)

　　重力活塞驅(qū)動式抽水蓄能技術(shù)，工作原理為：電力富余時提升活塞將水泵入活塞底部進行能量存儲，當需要能量時松開重力活塞壓迫水驅(qū)動電機工作釋放能量。

　　與抽水蓄能相比，該儲能技術(shù)將儲能介質(zhì)從水變?yōu)榱酥匚飰K活塞，水只推動重物塊活塞上下移動，而不提供能量儲存。

　　也正因如此，該儲能技術(shù)可大幅降低地理條件對抽水蓄能電站的限制，將同級別抽水蓄能規(guī)模占地面積縮小至1-2公頃，規(guī)模為40MW-16GW，成本約1000元/MWh。

　　不過，該種重力儲能技術(shù)，需要挖掘特定尺寸的豎井和水道，初試項目投資較高，且密封套在豎井中的滑移摩擦對系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率、項目運營效益都有較大影響。

　　塔吊式重力儲能技術(shù)

　　塔吊式重力儲能技術(shù)選用的重物為混凝土砌塊，在電價低谷時利用電能驅(qū)動塔吊提升混凝土砌塊進行重力勢能存儲，需要電力時再用塔吊將高處的混凝土砌塊放回地面，將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能。

　　具體工作原理以位于瑞士Ticino市的塔吊式重力儲能試驗系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)看起來是一座高約110-120m的混凝土砌塊塔，由起重機和混凝土砌塊等模塊組成。

　　電力充裕時，塔吊依序?qū)蝹€重達35噸的混凝土砌塊從地面提放至砌塊塔高處，使中心混凝土砌塊塔規(guī)模變大，電能轉(zhuǎn)化為重力勢能。

　　需要電力時，塔吊將混凝土砌塊從砌塊塔高處放回地面，砌塊重力勢能先轉(zhuǎn)化為下降過程中的動能，最后帶動發(fā)電機發(fā)電。

　　據(jù)悉，該系統(tǒng)放電時間可短至2.9s，能量轉(zhuǎn)化效率可達90%，理論儲電容量可達35MWh，壽命長達30-40年，且充放電次數(shù)不受限制，同時，運營成本約為同級別電化學儲能項目的一半。

　　山地鐵路式重力儲能技術(shù)

　　山地鐵式重力儲能技術(shù)類似于抽水蓄能技術(shù)，都是依托兩個地勢高度差異明顯的重物儲存庫實現(xiàn)重力勢能的轉(zhuǎn)化，區(qū)別有2點，一是山地鐵式重力儲能所用重物為重物塊，而不是水;二是山地鐵式重力儲能重物運輸主要依托火車。

　　具體工作上，當電網(wǎng)電力富余時，有軌電車將重物運送至高處重物儲存庫，存儲重力勢能;當需要用電時，有軌電車將重物從高處運送至低處儲存庫，將重物重力勢能轉(zhuǎn)化為電能進行釋放。

　　相關(guān)山地鐵路式重力儲能試驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)沒有自放電存儲損耗，能量轉(zhuǎn)化效率可達80%-85%，壽命約40-42年，儲能容量可達12.5MWh。

　　相較同規(guī)模抽水蓄能，山地鐵路式重力儲能成本能降低一半，且選址上不需要考慮水資源。

　　缺點方面，該種儲能技術(shù)若不能利用退役鐵路改建，在修建鐵路軌道會需要較大投入，同時，鐵路軌道的坡度對其性能影響巨大。

　　礦井式重力儲能電池

　　礦井式重力儲能電池系統(tǒng)通常是構(gòu)建在廢棄礦井上的，外形是一座地面電梯井，配置絞車、電機、鋼纜和電梯井架。通過電力驅(qū)動絞車改變地下豎井中懸掛的重物高度進行重力勢能與電能轉(zhuǎn)化，從而進行能量存儲與釋放。

　　儲能容量方面，相關(guān)研究表明，一個深12m的礦井，利用一個重量約50噸的重物就可以實現(xiàn)11KWh的能量存儲，能量轉(zhuǎn)化率理論可達90%，壽命長達50年，發(fā)電成本約1180元/MWh。

　　該技術(shù)的優(yōu)點在于，可以充分利用各地的廢棄礦井，縮減初始成本，同時儲能容量、壽命都具有顯著優(yōu)勢。

　　不足之處則在于，若布置區(qū)域無廢棄礦井類深井，前期投入較高。