重力电池

重力电池是一种储存重力能量的储能装置，重力是由于重力引起的高度变化而储存在物体中的能量，也称为势能。重力电池的工作原理是利用来自电网的多余能量来提升质量以产生重力势能，然后通过发电机将势能转化为电能。重力电池产生的能量是一种可持续能源。重力电池的一种形式是降低质量，例如一块混凝土，以发电。最常见的重力电池用于抽水蓄能水力发电，其中水被抽到更高的海拔以储存能量并通过水轮机释放以发电。

最早使用重力驱动机械运动的装置是摆钟，由克里斯蒂安·惠更斯于1656年发明。时钟由使用擒纵机构的重力驱动，使钟摆来回移动。从那时起，重力电池已经发展成为可以利用重力并将其转化为电能以进行大规模储能的系统。xxx个基于重力的抽水蓄能水电(PSH)系统于1907年在瑞士开发。1930年，抽水蓄能由康涅狄格电力公司传入美国。截至2019年，全球PSH总容量为168GW（吉瓦）。美国拥有23吉瓦的PSH容量，占美国能源供应系统的近2%和公用事业规模储能的95%。基于重力的抽水蓄能发电是目前世界上xxx的电网储能形式。2012年，MartinRiddiford和JimReeves开发了GravityLight的xxx个功能原型，这是一种小型重力电池，现已在某些国家/地区上市销售。储能公司EnergyVault目前也在进行研究和测试，以开发更大规模的重力电池。EnergyVault由BillGross、AndreaPedretti和RobertPiconi于2017年创立，目前正在将GravityLight创造的东西扩大到更大的规模。EnergyVault正在开发一种起重机，该起重机通过掉落混凝土块而不是水来发电。EnergyVault尚未指定其产品的发布日期，但原型正在制作中，EnergyVault的堆叠块概念正在构建为一种有前途的长期存储技术。2020年底，这家瑞士公司在Arbedo-Castione建造了六台起重机，安装在一座110米高的塔上，上下移动一块35吨重的混凝土块，可储存80兆瓦时的能量。总部位于俄勒冈州波特兰市的气候技术公司CascadiaCarbonInc.也在与不列颠哥伦比亚大学合作开发一种用于可再生电网稳定性的潜在能源电池。他们的试点项目旨在提供一个商业概念验证，可以扩展以适应千兆瓦的新太阳能和风能存储，随着世界开始对电网进行脱碳，这些存储将在未来十年上线。另一家重力电池公司Gravitricity正在研究另一种新能源存储系统的方法。Gravitricity由发明家PeterFraenkel于2011年创立，在苏格兰建造了一个15米250千瓦的重力电池原型，并于2021年开始试运行和并网。2021年4月，Gravitricity安装了一个重力电池，该电池在苏格兰的一个地点产生了xxx批电力。爱丁堡。

重力电池可以有不同的设计和结构，但所有重力电池都使用相同的物理特性来产生能量。在重力电池中，物体被移动或提升，以产生转化为电能的重力势能。重力电池通过使用泵、起重机或电机将质量提升到一定高度来存储重力势能。质量被提升后，它现在根据物体的质量和提升的高度存储一定的引力势能。然后将存储的重力势能转化为电能。质量下降到原来的高度，这导致发电机旋转并发电。

重力电池的一种结构使用非常高且质量重的结构。这种高大的结构可以建在地面上，例如高楼或塔楼，或者可以在地球表面钻一个深孔，达到电池满足规格所需的一定深度。使用滑轮系统将质量提升到塔顶或孔的顶部。提升质量需要能量，但这种能量通常是在能量生产大于需求时使用的剩余能量。当多余的能量耗尽时，质量然后下降以通过发电机发电。

重力电池的成本因设计而异。抽水蓄能水电的运营成本为165美元/千瓦时，平准化存储成本(LCOS)为0.17美元/千瓦时。PSH系统的泵和涡轮机以高达90%的效率运行。EnergyVault提出的重力电池系统的建筑价格从7到800万不等，但LCOS为0.05美元/kWh，往返效率为88-92%。与锂离子电池的LCOS（0.25美元/kWh-0.35美元/kWh）相比，这要便宜50%。Gravitricity的250kW演示器预计将耗资125万美元，承诺50年的使用寿命和80-90%的效率。与锂离子电池相比，使用悬挂在废弃矿井绞车上的2000吨重物的重力存储装置的相对成本表明，尽管前期成本很高，但此类设备的25年使用寿命——在使用期间容量没有下降使用——为大规模电网平衡目的提出了令人信服的建议。与只能在特定条件或特定区域运行的抽水蓄能水电、太阳能电池板和风力涡轮机不同，EnergyVault和Gravitricity提出的重力电池可能有更广泛的适用场所。重力电池将使太阳能和风能更加可行，因为它们可以存储高峰时段产生的多余能量，并在以后需要时进行分配。

重力电池旨在与可再生能源解决方案搭配使用，这些解决方案的来源（阳光、风等）经常变化，不一定与需求一致。希望它们比化学电池具有更好的长期成本，同时比抽水蓄能等其他传统存储解决方案具有更少的环境问题。预计重力电池系统将能够在峰值消耗期间快速提供电力，这可能使它们能够补充或替代化石燃料峰值发电厂。单重系统有望在不到一秒的时间内实现全发电。因此，更大规模地实施重力电池将减少对化石燃料的需求，从而显着减少二氧化碳排放。重力电池比锂离子电池更环保，因为锂离子电池的寿命较短，需要处理时会出现问题。

从1870年到1930年，重力电池一词被用来描述一系列流行的电池类型，其中重力用于根据化学成分各自的密度来保持化学成分的分离。