重力儲能終於露出曙光?

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 19 日 8:00 | 分類 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly

就純理論上,重力儲能應該是開發成本最低的能源儲存方式,事實上,目前儲能成本最低的抽蓄水力發電,廣義來說就正是一種重力儲能。而抽蓄水力發電的重力儲能媒介是液體的水,需要建設水壩而有環保顧慮與工期長種種問題,重力儲能在理論上,應該比抽蓄水力發電更為經濟,卻至今沒有太多發展。2019 年 6 月瑞士、美國合資公司能源庫(Energy Vault)獲得建材大廠墨西哥西麥斯集團(Cemex)旗下的西麥斯創投投資,可說重力儲能的發展露出一線曙光。

重力儲能顧名思義,就是以重力造成的位能來儲存能源,當電力有多餘的時候,驅動馬達將重物吊至高處,需要電力的時候,再利用重物下降的力量來驅動發電機發電。能源庫是採用混凝土塊為重物,以吊車將混凝土塊吊至 33 層樓高來儲存能源;英國諾丁漢大學研究團隊推出的概念技術 EarthPumpStore,則是採用裝滿土的貨櫃為重物,拉上露天礦場的斜坡來儲存能源,諾丁漢大學與世界永續能源科技學會(World Society of Sustainable Energy Technologies)已經為 EarthPumpStore 技術申請專利。

重力儲能在理論上成本應該比抽蓄水力發電以及電池儲能更低,諾丁漢大學研究團隊估計 EarthPumpStore 每度電儲能容量的成本為 50 美元,低於抽蓄水力發電的 200 美元,以及電池儲能的 400 美元,諾丁漢大學研究團隊估計 EarthPumpStore 充放電循環的效率在 90%,遠高於抽蓄水力發電的 50%~70%,而儲存能源的能量密度又是抽蓄水力發電的 8 倍以上。

倫敦帝國學院在 2017 年為德國重力儲能公司 Heindl Energy 所做的研究則估計,使用 Heindl Energy 的技術,儲能使用每度電的均化成本為 0.148 美元,相當於新台幣 4.67 元,相對的抽蓄水力發電則要 0.206 美元,相當於新台幣 6.5 元。研究結論認為重力儲能是成本效益最好的大量儲能方式,其次才是抽蓄水力發電,之後是壓縮空氣儲能。

儘管理論上重力儲能有經濟效益,實際上的發展卻非常緩慢,主因是電網等級大規模儲能的概念尚未廣為保守的電力產業接受,限制了市場的發展。重力儲能的先鋒,美國新創公司先進軌道能源儲存(Advanced Rail Energy Storage,ARES)成立於 2010 年,是以軌道車為重物,將之拉上斜坡頂來儲能,先進軌道能源儲存在內華達州進行 50 百萬瓦發電容量,1.25 萬度儲能容量的重力儲能計畫,原本計劃要在 2019 年初完工營運,卻在 2018 年 8 月宣布因許可因素延後到 2020 年。

其他重力儲能計畫也有類似的延後情況,讓重力儲能發展似乎蒙上陰霾,不過,如今資金開始注入,讓重力儲能有了一線生機,除了西麥斯集團投資能源庫以外,英國政府也注資 2 家新創企業。5 家英國新創企業與布里斯托大學合作成立的 Energy SRS,從英國創新局(Innovate UK)得到 72.7 萬英鎊注資,以建立原型裝置;另一家重力儲能新創企業重電(Gravitricity),開發利用礦坑的技術,則得到英國創新局 65 萬英鎊資金,以建立 250 千瓦容量的原型機,計畫於 2020 年完工使用。

鋰電池是當前主流的能源儲存技術,儘管鋰電池成本的確也正不斷下降,不過技術上,鋰電池並不適合長時間、大量轉移能源使用時間的用途,許多產業界專家質疑未來能源儲存普及時,是否仍會由鋰電池完全主導,未來考慮到大量儲能的規模性以及安全性問題,產業界認為應該有部分市場會轉移到重力儲能等其他儲能方式,不過,是和大量、長時間儲能的技術也不僅只有重力儲能,誰能勝出,就看何者能先規模化、降低成本,以達到經濟效益了。

(首圖來源:Energy Vault

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