大海拔高差地区固体流大规模重力储能技术

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.08.001

综合智慧能源 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (8): 1-9.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2025.08.001

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大海拔高差地区固体流大规模重力储能技术

周凯¹(), 吴炎喜², 黄宇翔¹, 杨景豪¹, 樊小朝¹^,^*(), 李建伟³, 魏志宗³, 滕建³, 陈历³, 叶琴³, 张浩³, 姜军南²

1.新疆工程学院能源工程学院，乌鲁木齐 830023
2.深圳固体流重力储能科技有限公司，广东深圳 518000
3.新疆新能源研究院有限责任公司，乌鲁木齐 830026

收稿日期:2024-10-10 修回日期:2024-10-23 出版日期:2024-12-20
通讯作者: *樊小朝（1979），男，教授，博士，从事新能源发电及储能技术方面的研究，297546366@qq.com。
作者简介:周凯（1997），男，助教，硕士，从事新能源发电与故障诊断技术方面的研究，1505548230@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52266018);新疆青年科技拔尖人才项目(2022TSYCCX0051);新疆维吾尔自治区重点研发项目(2022B01016-1);新疆维吾尔自治区重点研发项目(2022B01019-1);新疆维吾尔自治区科技厅重大专项项目(2022A01001-2)

Large-scale gravity energy storage technology for solid flow in areas with large altitude differences

ZHOU Kai¹(), WU Yanxi², HUANG Yuxiang¹, YANG Jinghao¹, FAN Xiaochao¹^,^*(), LI Jianwei³, WEI Zhizong³, TENG Jian³, CHEN Li³, YE Qin³, ZHANG Hao³, JIANG Junnan²

1. School of Energy Engineering，Xinjiang Institute of Engineering，Urumqi 830023，China
2. Shenzhen Solid Flow Gravity Energy Storage Technology Company Limited，Shenzhen 518000，China
3. Xinjiang New Energy Research Institute Company Limited，Urumqi 830026，China

Received:2024-10-10 Revised:2024-10-23 Published:2024-12-20
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52266018);Xinjiang Youth Science and Technology Top-Notch Talent Project(2022TSYCCX0051);Key R&D Projects in Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022B01016-1);Key R&D Projects in Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022B01019-1);Major Project of Science and Technology Department of Xinjiang Autonomous Region(2022A01001-2)

摘要/Abstract

摘要：

国内外对新型重力储能技术的开发较为广泛，但现阶段的重力储能应用方式容易受到自然条件及设备效率等问题的约束，难以建设大规模、大容量的储能电站。基于我国现有资源禀赋，提出一种固体流重力储能法，该方法可利用自然形成的大海拔高差，建设大规模的重力储能电站，保障高比例新能源新型电力系统稳定运行。介绍了固体流重力储能技术的工作原理、组成结构、核心技术、能量转换以及安全稳定性；对比几种主流重力储能技术的性能参数，并计算不同海拔下固体流重力储能技术的各项投资成本。通过对比阐明所提方法的工程研究意义以及该技术对生态环境改造的构思，尽管该技术仍处于初始阶段，但对于我国重力储能领域研究的推动具有重要意义。

关键词: 重力储能, 新能源, 固体流, 大海拔高差, 抽水蓄能, 储能技术

Abstract:

The development of new gravity energy storage technologies is widespread both domestically and internationally. However， current applications of gravity energy storage are constrained by natural conditions and equipment efficiency， making it difficult to construct large-scale and high-capacity energy storage power stations. Based on China's existing resource endowments， a solid flow gravity energy storage method was proposed， which utilized naturally formed large altitude differences to construct large-scale gravity energy storage power stations， ensuring the stable operation of high-proportion new energy and new power systems. The working principle， composition structure， core technology， energy conversion， and safety and stability of solid flow gravity energy storage technology were explained. The performance parameters of several mainstream gravity energy storage technologies were compared， followed by an investment cost analysis of solid flow gravity energy storage technology under different altitude scenarios. The engineering research significance of the proposed method was clarified， along with its concept of ecological environment transformation. Although this technology is still in its initial stage， it is of great significance for promoting research in the field of gravity energy storage in China.

Key words: gravity energy storage, new energy, solid flow, large altitude difference, pumped storage, energy storage technology

中图分类号:

TK01：TM619：TV743

周凯, 吴炎喜, 黄宇翔, 杨景豪, 樊小朝, 李建伟, 魏志宗, 滕建, 陈历, 叶琴, 张浩, 姜军南. 大海拔高差地区固体流大规模重力储能技术[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(8): 1-9.

ZHOU Kai, WU Yanxi, HUANG Yuxiang, YANG Jinghao, FAN Xiaochao, LI Jianwei, WEI Zhizong, TENG Jian, CHEN Li, YE Qin, ZHANG Hao, JIANG Junnan. Large-scale gravity energy storage technology for solid flow in areas with large altitude differences[J]. Integrated Intelligent Energy, 2025, 47(8): 1-9.

图/表 8

图1

图2

表1

表2

表3

表4

表5

不同海拔高差与能量投资成本的关系

项目	h/m
项目	600	1 200	2 600	3 000
C_k/[元·（kW·h）^-1]	133.33	66.67	30.77	26.67
$C S, P U$ /[元·（kW·h）^-1]	48.00	24.00	11.08	9.60
C_E/[元·（kW·h）^-1]	181.33	90.67	41.85	36.27
年均折旧成本/（元·kW^-1）	6.04	3.22	1.40	1.21
C_E，net/（元·kW^-1）	14.51	7.25	3.35	2.9
C_E，total/（元·kW^-1）	20.55	10.47	4.75	4.11
能量发电成本/ [元·（kW·h）^-1]	0.062 3	0.032 0	0.014 4	0.012 5

表5

表6

参考文献 26

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重力储能技术	P/MW	h/m	单通道运输量/ (t·h^-1)	(P/h)/(kW·m^-1)	元件能量密度/[（kW·h）·t^-1]	η/%	性能指数
固体流重力储能	300~6 000	600~3 000	约720 000	500~2 000	1.63~8.17	≥75	600~12 000
抽水蓄能	300~1 200	300~800	约500 000	约1 000	0.82~2.18	70~80	500~1 600
斜坡牵引式重力储能	≤2	200	3 600	≤10	0.54	80~85	≤5
斜坡缆轨式重力储能	≤5	500	3 600	≤10	1.36	80	12
竖井提升式重力储能	≤3	600	1 800	5	1.63	80~85	≤7
EVx框架式重力储能	0.25	125	1 000	2	0.33	≥80	≤0.55

项目	h/m
项目	600	1 200	2 600	3 000
L_H/m	1 200	2 400	5 200	6 000
C_IN，T/万元	48 000	96 000	208 000	240 000
P/MW	811.44	1 622.88	3 516.24	4 057.20
C_Y，V/（元·kW^-1）	591.54

项目	h/m
项目	600	1 200	2 600	3 000
L_H/m	1 200	2 400	5 200	6 000
C_IN,V/万元	65 344	65 344	65 344	65 344
P/MW	811.44	1 622.88	3 516.24	4 057.20
C_Y，V/（元·kW^-1）	805.28	402.64	185.83	161.06

成本		h/m
成本		600	1 200	2 600	3 000
C_Y，T/（元·kW^-1）		591.54
C_Y，V/（元·kW^-1）		805.28	402.64	185.83	161.06
C_Y/（元·kW^-1）		1 396.82	994.18	777.37	752.60
年均折旧成本/（元·kW^-1）		45.56	33.14	25.91	25.09
C_Y，net/（元·kW^-1）		111.75	79.53	62.19	60.21
C_Y，total/（元·kW^-1）		157.31	112.67	88.10	85.30
单位发电成本/ [元·（kW·h）^-1]	t_cha=1 600	0.098 3	0.070 5	0.055 1	0.053 1
单位发电成本/ [元·（kW·h）^-1]	t_cha=1 000	0.157 3	0.112 7	0.088 1	0.085 0

项目	抽水蓄能	固体流重力储能
装机容量/MW	1 200	1 500
静态投资/万元	642 058	300 000
征用土地/m²	3.34×10⁶	1 000
征占耕地/m²	5.14×10⁵	西北荒漠耕地、林地零占用，中部、东部耕地零占用，林地酌情
征占林地/m²	2.46×10⁶
拆迁房屋/m²	48 126
搬迁人口/人	998
设计年发峰荷电量/（PW·h）	1.277	24.000
设计年耗用低谷电量/（PW·h）	1.703	30.000
设计年发电小时数	1 064	1 600

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Large-scale gravity energy storage technology for solid flow in areas with large altitude differences

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