牛顿三百多年前发现万有引力定律，被传说是树上的苹果掉下砸到他头上得到的启发。时至如今，经典的重力概念仍可能催生创新。例如去年7月和今年4月，瑞士和英国就有创新的重力储能示范装置分别落成。
重力储能最广泛的应用是抽水蓄能，就是利用高位水库中的水倾泻而下时推动水轮机发电；而在电力充足时，用泵将低位水库的水灌回高位的水库备用。目前中国抽水蓄能电站建设和运行规模均处于世界第一。截至2020年底，中国抽水蓄能电站总装机规模达到3149万千瓦，在建5063万千瓦，不过占总电源装机容量的比例还是偏小1。国家能源局在《2021年能源工作指导意见》中重点安排了开展全国新一轮抽水蓄能中长期规划工作。
建设抽水蓄能电站需要合适的地理条件和水资源，不是任何地方都能建造。虽然运营成本低，但是建设投资是当前几种主流储能方式中最高的。另一类当前的主流技术是电化学储能（锂离子电池等），近年来技术突破很大，发展很快，成本已接近市场竞争力水平，但是也面临安全性保障、原料供应、供电时长、寿命、回收处理等问题。
为了减少二氧化碳排放以应对气候变化，可再生能源需要在未来的30年里发展成为各国最主要的电源。今年3月15日，中国中央财经委员会会议也首次明确提出，要“构建以新能源为主体的新型电力系统”2。解决可再生能源的间歇性和不稳定性是电力行业一个关键挑战。大容量、快响应、久时长、低成本、易维运的储能装置将是弥补可再生能源这种缺陷的一个重要方式。
目前，除了大力发展新能源时配套建造储能设施之外，业界对储能技术的创新和研发也在如火如荼的进行。像重力储能这样的古典领域，也冒出了创新的火花。2018年，一个名为“能源金库”的瑞士初创技术公司（Energy Vault）提出比照抽水蓄能，可以进行 “搬砖”蓄能，即让置于高处的“砖块”下落来做功发电。这种想法似乎过于简单，但要能够实用其实并不容易，如果没有先进智能数控技术的支持，要安全、精准、自如地控制重物的坠落和回放就不可能。
能源金库公司重力储能概念图 图片来源：能源金库公司网站
能源金库公司重力储能商业示范装置现状 图片来源：能源金库公司网站
对于这个创意，很容易令人产生诸多疑虑，如强风、地震等自然灾害发生时的安全性，砖块的磨损速度，发电的连续性等。能源金库公司表示，他们开发了专门的程序控制技术解决这类问题，并强调这种技术的优势包括：储能综合效率88%-92%，度电成本17美分（而锂离子电池为25-35美分），响应速率不到3秒3。2019年8月，该公司在B轮融资中获得软银集团1.1亿美元投资，在瑞士靠意大利边境的 Ticino城建造一个3.5万千瓦时容量的商业示范装置，将每个35吨重的水泥砖堆砌成110米高的塔柱，由六个吊车臂运送它们上下。这个形似吊车的装置已经于2020年7月建成并与瑞士电网连接，计划今年完成最终调试后开始投入商用。
尽管如此，高塔吊和巨型水泥块还是让人生畏。另一家名为 “重电” (Gravitricity) 的英国苏格兰储能技术公司就想到，可以利用废弃的垂直矿井，将高塔放到地下。重电公司的方案里，“砖块”的重量可增加到每块重达500吨到5000吨。如此，在相等落差时砖越重，势能越大，可以减少砖块数量。重电公司的概念示范装置已经于今年4月21日在爱丁堡市顺利运行。作为概念示范，该装置没有置入地下，也仅有一块500吨的重物。该公司正在南非寻求用废矿井开展商业化示范。
重电公司概念示范设备实景 图片来源：重电公司网站
重电公司未来地下重力储能概念图 图片来源：重电公司网站
类似的重力储能创新不止这两家。例如，德国公司 “奔向新能源” (New Energy Let’s Go) 和美国加州的 “重力电力” 公司 (Gravity Power) 的储能概念，是把重物、地下竖井、水力结合到一起，让一个巨型活塞 (重物)下落将竖井中充满的水压出来推动水轮机发电，在电力充足时将水压回井中顶起活塞，从而让没有山丘的平原地区也有可能抽水蓄能。目前这两家公司还在寻求风险投资以建造示范装置。
我们可以预期中国为实现碳达峰、碳中和目标，“电网级”储能也将有爆发式、多样化发展。4月21日国家发展改革委和国家能源局就公布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见（征求意见稿）》，进行为期一个月的公开征求意见。文件中提出的目标之一是到 2025 年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达 3000 万千瓦以上。这里的新型储能不包括抽水蓄能。
本文提到的新型重力储能技术可能成为众多新型储能方式中的一种。如果能在未来两三年顺利商业化，那么其预计的优势，包括平造价、长寿命、大容量、快响应等，会对有煤矿的地方，特别是山西、内蒙这样的产煤大省，有一定吸引力。这些地方在向低碳能源转型过程中，也许可以利用特有的废弃矿井“资源”，服务于清洁能源发展。
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1. 中国经济时报:助力碳中和“十四五”抽水蓄能将按下“快进键” (2021年4月27日)
2. 中央财经委员会第九次会议报道 (2021年3月15日)
3. Power Technology: Tower of power: gravity-based storage evolves beyond pumped hydro (2019年3月7日)
