重力儲能技術主要是通過重力勢能-電能-動能三種能量形式相互轉化進行工作的。在電價低谷階段，電網電力富余時，重力儲能系統(tǒng)驅動電機將重物移至高處，將電能轉化為重力勢能存儲;電價高峰階段，電網急需電力時，將重力勢能轉化為動能驅動發(fā)電機發(fā)電。

　　種類方面，重力儲能技術最出名的是抽水蓄能，此外，近年國際上還涌現(xiàn)出了四種新型重力儲能技術，分別是重力活塞驅動式抽水蓄能技術、山地鐵路式重力儲能技術、塔吊式重力儲能技術和礦井式重力儲能電池。

　　抽水蓄能

　　眾多重力儲能技術中，抽水蓄能是目前應用最廣泛、技術最成熟的，選用的重物為自然界最廣泛存在的水，通過水勢能和電能的相互轉化實現(xiàn)能量存儲與釋放。具有儲電容量大(100-3000MW)、效率高(65-85%)、壽命長(40-60年)、儲能周期不受限制(分鐘級響應)等優(yōu)點。

　　自1882年瑞士建造了世界第一座抽水蓄能電站以來，抽水蓄能裝機量在全球范圍內持續(xù)增長。

　　根據國家能源局數據，2022年中國抽水蓄能新增裝機容量8.8GW，截至2022年底抽水蓄能累計裝機容量達45.19GW，較2021年增長24.18%。在政策引導下，抽水蓄能電站建設速度將進一步加快，預計到2025年裝機容量將達到62GW，到2030年達到120GW左右。

　　不過，選址問題嚴重限制了抽水蓄能電站的發(fā)展，水資源豐富+高度差兩個要求意味著抽水蓄能電站無法靈活布局。此外，建設規(guī)模大、成本高、周期長、項目規(guī)劃審批流程繁瑣等因素進一步限制了抽水蓄能技術的發(fā)展。

　　重力活塞驅動式抽水蓄能技術

　　重力活塞驅動式抽水蓄能技術，工作原理為：電力富余時提升活塞將水泵入活塞底部進行能量存儲，當需要能量時松開重力活塞壓迫水驅動電機工作釋放能量。

　　與抽水蓄能相比，該儲能技術將儲能介質從水變?yōu)榱酥匚飰K活塞，水只推動重物塊活塞上下移動，而不提供能量儲存。

　　也正因如此，該儲能技術可大幅降低地理條件對抽水蓄能電站的限制，將同級別抽水蓄能規(guī)模占地面積縮小至1-2公頃，規(guī)模為40MW-16GW，成本約1000元/MWh。

　　不過，該種重力儲能技術，需要挖掘特定尺寸的豎井和水道，初試項目投資較高，且密封套在豎井中的滑移摩擦對系統(tǒng)能量轉化效率、項目運營效益都有較大影響。

　　塔吊式重力儲能技術

　　塔吊式重力儲能技術選用的重物為混凝土砌塊，在電價低谷時利用電能驅動塔吊提升混凝土砌塊進行重力勢能存儲，需要電力時再用塔吊將高處的混凝土砌塊放回地面，將重力勢能轉化為電能。

　　具體工作原理以位于瑞士Ticino市的塔吊式重力儲能試驗系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)看起來是一座高約110-120m的混凝土砌塊塔，由起重機和混凝土砌塊等模塊組成。

　　電力充裕時，塔吊依序將單個重達35噸的混凝土砌塊從地面提放至砌塊塔高處，使中心混凝土砌塊塔規(guī)模變大，電能轉化為重力勢能。

　　需要電力時，塔吊將混凝土砌塊從砌塊塔高處放回地面，砌塊重力勢能先轉化為下降過程中的動能，最后帶動發(fā)電機發(fā)電。

　　據悉，該系統(tǒng)放電時間可短至2.9s，能量轉化效率可達90%，理論儲電容量可達35MWh，壽命長達30-40年，且充放電次數不受限制，同時，運營成本約為同級別電化學儲能項目的一半。

　　山地鐵路式重力儲能技術

　　山地鐵式重力儲能技術類似于抽水蓄能技術，都是依托兩個地勢高度差異明顯的重物儲存庫實現(xiàn)重力勢能的轉化，區(qū)別有2點，一是山地鐵式重力儲能所用重物為重物塊，而不是水;二是山地鐵式重力儲能重物運輸主要依托火車。

　　具體工作上，當電網電力富余時，有軌電車將重物運送至高處重物儲存庫，存儲重力勢能;當需要用電時，有軌電車將重物從高處運送至低處儲存庫，將重物重力勢能轉化為電能進行釋放。

　　相關山地鐵路式重力儲能試驗系統(tǒng)數據顯示，該技術沒有自放電存儲損耗，能量轉化效率可達80%-85%，壽命約40-42年，儲能容量可達12.5MWh。

　　相較同規(guī)模抽水蓄能，山地鐵路式重力儲能成本能降低一半，且選址上不需要考慮水資源。

　　缺點方面，該種儲能技術若不能利用退役鐵路改建，在修建鐵路軌道會需要較大投入，同時，鐵路軌道的坡度對其性能影響巨大。

　　礦井式重力儲能電池

　　礦井式重力儲能電池系統(tǒng)通常是構建在廢棄礦井上的，外形是一座地面電梯井，配置絞車、電機、鋼纜和電梯井架。通過電力驅動絞車改變地下豎井中懸掛的重物高度進行重力勢能與電能轉化，從而進行能量存儲與釋放。

　　儲能容量方面，相關研究表明，一個深12m的礦井，利用一個重量約50噸的重物就可以實現(xiàn)11KWh的能量存儲，能量轉化率理論可達90%，壽命長達50年，發(fā)電成本約1180元/MWh。

　　該技術的優(yōu)點在于，可以充分利用各地的廢棄礦井，縮減初始成本，同時儲能容量、壽命都具有顯著優(yōu)勢。

　　不足之處則在于，若布置區(qū)域無廢棄礦井類深井，前期投入較高。