储能混凝土砖

概念图-Energy Vault用于平衡可再生能源发电（来源：Energy Vault）

全球各界对气候变暖问题的愈发重视，一直在推动着可再生能源的开发与利用，。但是，由于可再生能源（太阳能、风能等）的生产具有“靠天吃饭”的间歇性特性——有光、有风才能发电，而电网的供电要求是按需发电，两者之间步调不一致，所以推广使用可再生能源最迫在眉睫的其实是储能。能把能源储存起来的技术，也就是储能技术，就像物流系统中的仓库一样至关重要。在发电量多的时候储电，发电量少的时候放电。用储能作为发电和用电之间的缓冲，才能从根本上提高可再生能源的发电比例。 

“江南天池”——浙江天荒坪抽水蓄能电站。

用电高峰时，“天池“里的水就会被放到山下的水库里去，推动涡轮机组发电（来源：Wikipedia）

目前实际运作的储能技术有两种：一种是兴建抽水蓄能电站，然而，抽水蓄能电站的部署严重依赖于特殊的地理条件，在全世界范围推广这种储能方案是不现实的。另一种是现有的锂电池技术，虽然其成本已经下降到了接近原材料价格的地步，却依然不够低，而且随着时间的推移而性能降级，需要更换新的电池。目前，锂电池储能系统主要是在为电力系统提供包括调频、备用、无功补偿和黑启动等在内的辅助服务。除非出现技术上的革命性突破，否则锂电池就将无法用于对电网级别规模的能源提供长时间储能服务。

图Energy Vault的概念（来源-Energy Vault）

所以在风电技术和光伏技术都已经很成熟的今天，利用可再生能源解决全球气候变暖最大的拦路虎之一，就是大规模、廉价的高效储能技术。一家瑞士的创业公司Energy Vault （成立于2017年）则提供了一个新方案——通过移动混凝土砖来响应能源生产和需求，就像抽水蓄能的工作方式一样。当电力充足时（有太阳有风的时间），电站将利用电力将水（混凝土砖）移动到更高的高度。当电力急需/稀缺（没有太阳和风的时间）时，它会将水（混凝土砖）从水力涡轮机中（塔吊中）下降以收集能量。该技术使用了和抽水蓄能概念类似，却摆脱了抽水蓄能地理条件限制，具有较强的推广性。“世界需要快速可扩展和可持续的能源存储解决方案，以应对最紧迫的挑战之一—— 使我们的能源生产脱碳，”Energy Vault联合创始人兼首席执行官Robert Piconi表示。

Energy Vault计划的方案是，在先进的软件系统控制下，使用大型的塔吊，根据蓄电放电的需要，把重达35吨的混凝土块，在塔吊周围搬上搬下，该塔最高可以堆砌到33层、120米，也就是利用混凝土砖的重力势能和电能之间相互转化的技术。他们希望可以在有风天都实现精确的混凝土块吊装堆砌。而用做重物的混凝土材料，则是由建筑垃圾、煤灰、泥土等制成的。这些原材料有的是免费的，有的甚至是建筑工地倒贴钱也希望有人能帮忙处理掉的。通过创新开发，Energy Vault宣称，这些二手材料制成的新型混凝土又廉价、又量大，寿命还很长（大于30年）。再加上高达80%-90%的储能效率，他们技术的成本，连抽水蓄能的1/3都不到（每度电只需要5美分），还能摆脱抽水蓄能的地域限制。此外，他们还可以根据客户的需求，订制规模正好满足要求的储能设施。

Quartz发布的视频，可以看到，为了提高塔的稳定，Energy Vault采用了一些在实际中绝对不能用的办法（捆绑底部塔身）。（来源：Quartz，编辑：DeepTech深科技）

然而，Energy Vault这个概念，从诞生之初就饱受争议。许多科学家、工程师都提出了自己的质疑，指出了这项技术真正应用时，所可能面临的各种艰巨的挑战。这些挑战举例如下：

1、占地面积大，能量密度低。120米高、5000多块35吨重的混凝土砖，输出的功率却和一座同等高度的风力发电机在同一个级别。换句话说，他们似乎需要给每一台风机都配备一座高塔。

2、寿命能不能达到30年？就算这种新型混凝土块材料可以，但是起重机每天不停地搬运35吨重的重物上下几十米，能坚持多久？

3、生产普通的水泥会产生大量的二氧化碳，用二手原材料能避免吗？会不会排放的二氧化碳比提高新能源发电比例省下来的还多？

4、这项技术对塔吊的精度要求非常高。几十米长、迎风飘摆的缆绳，需要做到让5000块砖，每一块的位置误差都小于几毫米。否则，百米高塔就可能说塌就塌。

5、如果遇到强风、地震，高塔会不会塌？30年的时间里，35吨重的塔基会不会发生沉降、歪斜？

不过，即使有这些工程上的技术挑战存在，大家还是期望Energy Vault公司能把它们一个一个全部解决掉。Energy Vault公司也正在迅速发展中，它曾在9个月内，用不到200万美元，建成了第一个主要利用混凝土块来储存能源的原型机。并已开始与印度公司Tata Power建立合作伙伴关系，以在2019年建造其第一座工厂，一个35兆瓦时的系统。而且根据最新消息，它还于近期收获了软银旗下“愿景基金”（Vision Fund）达1.1亿美元的投资。

相信不久的将来，我们就能看到以上工程技术挑战的谜团被逐个揭晓！期待储能混凝土砖能给全球的可再生能源一个可以快速推广使用起来的实用高效的“脚手架”！

参考文献：

https://optimiseenergy.uk/blog/energy-storage-concrete-bricks

https://www.dezeen.com/2018/12/17/energy-vault-energy-storing-concrete-bricks-technology/?li_source=LI&li_medium=recommended_movies_block

http://tech.sina.com.cn/csj/2019-08-19/doc-ihytcern1905037.shtml

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