2021年全球及中國重力儲能現狀及趨勢分析

2021年全球及中國重力儲能現狀及趨勢分析一、重力儲能綜述儲能（storedenergy）是指通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放的過程。儲能系統(tǒng)對于可再生能源的進一步普及至關重要，如果希望以更加環(huán)保的方式來生產和使用電力能源，儲能是必須要克服的障礙。目前，從技術路徑上看，儲能行業(yè)分為電化學儲能、機械儲能、電磁儲能三大類型，另外還有儲氫、儲熱等尚不成熟的技術，沒有形成產業(yè)規(guī)模。重力儲能是一種機械式的儲能，其儲能介質主要分為水和固體物質，基于高度落差對儲能介質進行升降來實現儲能系統(tǒng)的充放電過程。因為水的流動性強，水介質型重力儲能系統(tǒng)可以借助密封良好的管道、豎井等結構，其選址的靈活性和儲能容量受地形和水源限制，在自然水源附近更易建成大規(guī)模的儲能系統(tǒng)。固體重物型重力儲能主要借助山體、地下豎井、人工構筑物等結構，重物一般選擇密度較高的物質，如金屬、水泥、砂石等以實現較高的能量密度。與抽水蓄能、電化學儲能（以鋰電池為例）等傳統(tǒng)技術相比，重力儲能成本相對較低，持續(xù)時間靈活，高度可擴展性，且其儲存介質較難退化，儲能過程相對綠色安全等優(yōu)勢。重力儲能行業(yè)發(fā)展歷程大致經歷三個階段，具體來看：二、儲能行業(yè)政策梳理“碳中和”目標驅使發(fā)電側對風光并網的儲能配置規(guī)模提出了更高要求，供需錯配以及新能源發(fā)電的不穩(wěn)定催生電網側電力調峰、系統(tǒng)調頻的需求，戶用上網峰谷價差將帶來儲能套利空間，同時儲能備電也是維持電力穩(wěn)定供應的重要補充。同時，儲能政策也在儲能產業(yè)的供需兩端呈現出較強的推動作用，儲能參與電力市場的市場機制與價格機制逐漸明確。在政策的推動下，儲能技術不斷發(fā)展，儲能規(guī)模不斷提高，儲能度電成本下降，儲能逐漸呈現經濟性。三、儲能行業(yè)產業(yè)鏈從整個電力系統(tǒng)的角度看，儲能的應用場景可分為發(fā)電側儲能、輸配電側儲能和用電側儲能三大場景。從不同場景來看，發(fā)電側對儲能的需求場景類型較多，包括電力調峰、輔助動態(tài)運行、系統(tǒng)調頻、可再生能源并網等；輸配電側儲能主要用于緩解電網阻塞、延緩輸配電設備擴容升級等；用電側儲能主要用于電力自發(fā)自用、峰谷價差套利、容量電費管理和提升供電可靠性等。四、重力儲能行業(yè)現狀分析1、全球儲能現狀從全球儲能行業(yè)裝機情況來看，據統(tǒng)計，根據CNESA，截至2021年底全球已投運儲能項目的累計裝機量達203.5GW，同比增長6.5%，2021年全球儲能裝機增速加快。從細分裝機結構來看，2020全球已投運儲能項目中抽水蓄能的累計裝機占比90.3%，同比下降2.3%；電化學儲能的累計裝機占比提升2.3pct至7.5%，對應裝機量14.2GW。2、中國市場從國內儲能裝機情況來看，據統(tǒng)計，2021年中國儲能裝機容量達到43.4GW，同比增長21.9%，占全球累計裝機容量的21.3%。國內結構與全球一致，鋰離子電池裝機占比快速提升。截至2021年中國已投運儲能項目中抽水蓄能的累計裝機容量達到37.57GW，占比86.6%，同比下降2.7pct；電化學儲能的累計裝機占比提升2.7pct至11.8%，對應裝機容量5.12GW。3、重力儲能專利分析從行業(yè)專利情況來看行業(yè)發(fā)展現狀，據統(tǒng)計，重力儲能相關專利公開專利自1993年到目前，共計84項，近年來重力儲能技術進展加快，2021年申請量達到頂峰，為31項。截止至2022年5月16日，2022年中國重力儲能相關專利公開量為21項，專利申請量為4項。主要專利申請人有西安熱工研究所、中科院電工研究所、國家電網、華能集團等。注：2016年數據為空缺，2022年數據為截止至2022年5月16日。五、重力儲能項目及對比情況為尋找高性價比的儲能方式，海內外提出了基于抽水蓄能、構筑物高度差、山體落差、地下豎井等多種重力儲能技術路線。從技術發(fā)展情況來看，2020年7月，應用EV1技術的瑞士的5MW商業(yè)示范單元(CDU)完工并網，成功實現商業(yè)規(guī)模部署。基于該示范項目經驗，2021年，EV陸續(xù)推出二代EVx技術模塊和EVS儲能管理集成平臺。Gravitricity提出懸掛式重力勢能技術，并于2021年在愛丁堡利斯港使用15米高的鉆機成功建造、調試并運營了一個250kW的重力勢能并網示范項目。經前期項目檢驗，EV和Gravitricity重力儲能項目預計于2022年率先落地商用。2022年1月EV子公司Atlas獲得EV技術授權用于江蘇如東100MWh的重力儲能示范項目，該項目預計于2022年7月投入商業(yè)運營。此外，EV與DGFuels的路易斯安那州500MWh合作項目預計于2022年年中開始建設。Gravitricity預計的第一個歐洲全面項目也進入選址期。其余路線基本仍處于試驗階段。從各種重力儲能性能比較上來看，水介質型重力儲能系統(tǒng)在功率和儲能容量方面不及傳統(tǒng)的抽水蓄能，但響應時間短、選址更靈活，海下儲能系統(tǒng)可以合理利用海洋空間，活塞水泵系統(tǒng)可以為城市提供儲能服務，儲能成本和效率也與抽水蓄能相當。固體重物型重力儲能系統(tǒng)的儲能容量和功率由大到小排為：基于山體落差系統(tǒng)>基于地下豎井系統(tǒng)>基于構筑物系統(tǒng)。固體重物型儲能系統(tǒng)由于不需要水泵、水輪機結構，理論上可以實現比抽水蓄能更高的儲能效率，響應時間也更短，可以根據不同地形和需求靈活選擇不同儲能結構。六、重力儲能行業(yè)發(fā)展趨勢1、綠色、環(huán)保、安全是實現儲能技術可持續(xù)發(fā)展的前提條件，布置靈活、場景適應性強有利于響應電力系統(tǒng)需求、提升產業(yè)價值。按照目前電力系統(tǒng)儲能發(fā)展趨勢，抽水蓄能電站將持續(xù)保持較高的占比。從長遠來看，規(guī)?；瘍δ芗夹g必將向多元化方向發(fā)展，以滿足不同應用場景的需要。2、重力勢能儲能方案結構眾多，各有優(yōu)劣，宜根據不同地形和儲能需求來設計重力儲能系統(tǒng)。其中基于山體落差和地下豎井的重力儲能相較而言更具發(fā)展前景，而與之相關的