2021年全球及中国重力储能现状及趋势分析,多元化储能方式满足不同场景需要「图」

一、重力储能综述

储能(stored energy)是指通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放的过程。储能系统对于可再生能源的进一步普及至关重要,如果希望以更加环保的方式来生产和使用电力能源,储能是必须要克服的障碍。目前,从技术路径上看,储能行业分为电化学储能、机械储能、电磁储能三大类型,另外还有储氢、储热等尚不成熟的技术,没有形成产业规模。

主要储能形式对比

主要储能形式对比

资料来源:公开资料整理

重力储能是一种机械式的储能,其储能介质主要分为水和固体物质,基于高度落差对储能介质进行升降来实现储能系统的充放电过程。因为水的流动性强,水介质型重力储能系统可以借助密封良好的管道、竖井等结构,其选址的灵活性和储能容量受地形和水源限制,在自然水源附近更易建成大规模的储能系统。固体重物型重力储能主要借助山体、地下竖井、人工构筑物等结构,重物一般选择密度较高的物质,如金属、水泥、砂石等以实现较高的能量密度。

与抽水蓄能、电化学储能(以锂电池为例)等传统技术相比,重力储能成本相对较低,持续时间灵活,高度可扩展性,且其储存介质较难退化,储能过程相对绿色安全等优势。

重力储能、抽水蓄能、锂电池储能技术对比

重力储能、抽水蓄能、锂电池储能技术对比

资料来源:公开资料整理

重力储能行业发展历程大致经历三个阶段,具体来看:

重力储能行业发展历程

重力储能行业发展历程

资料来源:公开资料整理

二、储能行业政策梳理

“碳中和”目标驱使发电侧对风光并网的储能配置规模提出了更高要求,供需错配以及新能源发电的不稳定催生电网侧电力调峰、系统调频的需求,户用上网峰谷价差将带来储能套利空间,同时储能备电也是维持电力稳定供应的重要补充。同时,储能政策也在储能产业的供需两端呈现出较强的推动作用,储能参与电力市场的市场机制与价格机制逐渐明确。在政策的推动下,储能技术不断发展,储能规模不断提高,储能度电成本下降,储能逐渐呈现经济性。

我国主要储能政策梳理

我国主要储能政策梳理

资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国储能行业发展监测及投资战略咨询报告

三、储能行业产业链

从整个电力系统的角度看,储能的应用场景可分为发电侧储能、输配电侧储能和用电侧储能三大场景。从不同场景来看,发电侧对储能的需求场景类型较多,包括电力调峰、辅助动态运行、系统调频、可再生能源并网等;输配电侧储能主要用于缓解电网阻塞、延缓输配电设备扩容升级等;用电侧储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性等。

储能应用场景产业链

储能应用场景产业链

资料来源:派能科技招股说明书,华经产业研究院整理

四、重力储能行业现状分析

1、全球储能现状

从全球储能行业装机情况来看,据统计,根据CNESA,截至2021年底全球已投运储能项目的累计装机量达203.5GW,同比增长6.5%,2021年全球储能装机增速加快。

2016-2021年全球储能累计装机容量情况

2016-2021年全球储能累计装机容量情况

资料来源:CNESA,华经产业研究院整理

从细分装机结构来看,2020全球已投运储能项目中抽水蓄能的累计装机占比90.3%,同比下降2.3%;电化学储能的累计装机占比提升2.3pct至7.5%,对应装机量14.2GW。

2020年全球储能装机细分装机结构占比情况

2020年全球储能装机细分装机结构占比情况

资料来源:CNESA,华经产业研究院整理

2、中国市场

从国内储能装机情况来看,据统计,2021年中国储能装机容量达到43.4GW,同比增长21.9%,占全球累计装机容量的21.3%。

2016-2021年中国储能累计装机容量及增速情况

2016-2021年中国储能累计装机容量及增速情况

资料来源:CNESA,华经产业研究院整理

国内结构与全球一致,锂离子电池装机占比快速提升。截至2021年中国已投运储能项目中抽水蓄能的累计装机容量达到37.57GW,占比86.6%,同比下降2.7pct;电化学储能的累计装机占比提升2.7pct至11.8%,对应装机容量5.12GW。

2021年中国储能装机细分装机结构占比情况

2021年中国储能装机细分装机结构占比情况

资料来源:CNESA,华经产业研究院整理

3、重力储能专利分析

从行业专利情况来看行业发展现状,据统计,重力储能相关专利公开专利自1993年到目前,共计84项,近年来重力储能技术进展加快,2021年申请量达到顶峰,为31项。截止至2022年5月16日,2022年中国重力储能相关专利公开量为21项,专利申请量为4项。主要专利申请人有西安热工研究所、中科院电工研究所、国家电网、华能集团等。

2011-2022年中国重力储能相关专利申请及公开量

2011-2022年中国重力储能相关专利申请及公开量

注:2016年数据为空缺,2022年数据为截止至2022年5月16日。

资料来源:佰腾网,华经产业研究院整理

五、重力储能项目及对比情况

为寻找高性价比的储能方式,海内外提出了基于抽水蓄能、构筑物高度差、山体落差、地下竖井等多种重力储能技术路线。从技术发展情况来看,2020年7月,应用EV1技术的瑞士的5MW商业示范单元(CDU)完工并网,成功实现商业规模部署。基于该示范项目经验,2021年,EV陆续推出二代EVx技术模块和EVS储能管理集成平台。Gravitricity提出悬挂式重力势能技术,并于2021年在爱丁堡利斯港使用15米高的钻机成功建造、调试并运营了一个250kW的重力势能并网示范项目。经前期项目检验,EV和Gravitricity重力储能项目预计于2022年率先落地商用。2022年1月EV子公司Atlas获得EV技术授权用于江苏如东100MWh的重力储能示范项目,该项目预计于2022年7月投入商业运营。此外,EV与DG Fuels的路易斯安那州500MWh合作项目预计于2022年年中开始建设。Gravitricity预计的第一个欧洲全面项目也进入选址期。其余路线基本仍处于试验阶段。

不同重力储能技术介绍及发展进程对比

不同重力储能技术介绍及发展进程对比

资料来源:公开资料整理

从各种重力储能性能比较上来看,水介质型重力储能系统在功率和储能容量方面不及传统的抽水蓄能,但响应时间短、选址更灵活,海下储能系统可以合理利用海洋空间,活塞水泵系统可以为城市提供储能服务,储能成本和效率也与抽水蓄能相当。固体重物型重力储能系统的储能容量和功率由大到小排为:基于山体落差系统>基于地下竖井系统>基于构筑物系统。固体重物型储能系统由于不需要水泵、水轮机结构,理论上可以实现比抽水蓄能更高的储能效率,响应时间也更短,可以根据不同地形和需求灵活选择不同储能结构。

不同类型重力储能性能比较

不同类型重力储能性能比较

资料来源:公开资料整理

六、重力储能行业发展趋

1、绿色、环保、安全是实现储能技术可持续发展的前提条件,布置灵活、场景适应性强有利于响应电力系统需求、提升产业价值。按照目前电力系统储能发展趋势,抽水蓄能电站将持续保持较高的占比。从长远来看,规模化储能技术必将向多元化方向发展,以满足不同应用场景的需要。

2、重力势能储能方案结构众多,各有优劣,宜根据不同地形和储能需求来设计重力储能系统。其中基于山体落差和地下竖井的重力储能相较而言更具发展前景,而与之相关的电动/发电机技术、吊装技术和重物/电机群控技术将成为国内外行业研究的重点。重力势能系统的功率和容量与被提升物的质量和抬升高度有关,比较适合于建设中等功率和容量的储能系统,但通过建设多个重力储能系统集群,可以获得更大容量和功率,从而实现其规模化利用。

华经产业研究院对中国储能行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国储能行业市场深度分析及投资战略规划报告》。

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责任编辑:胡舒立_HN376
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2022-05-18 16:14:32
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