2021年全球及中国重力储能现状及趋势分析

2021年全球及中国重力储能现状及趋势分析一、重力储能综述储能（storedenergy）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。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。重力储能行业发展历程大致经历三个阶段，具体来看：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。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。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。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。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%。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。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。注：2016年数据为空缺，2022年数据为截止至2022年5月16日。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DGFuels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。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。六、重力储能行业发展趋势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