2021年全球及中國(guó)重力儲(chǔ)能現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

2021年全球及中國(guó)重力儲(chǔ)能現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析一、重力儲(chǔ)能綜述儲(chǔ)能（storedenergy）是指通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)再釋放的過程。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于可再生能源的進(jìn)一步普及至關(guān)重要，如果希望以更加環(huán)保的方式來(lái)生產(chǎn)和使用電力能源，儲(chǔ)能是必須要克服的障礙。目前，從技術(shù)路徑上看，儲(chǔ)能行業(yè)分為電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能三大類型，另外還有儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱等尚不成熟的技術(shù)，沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。重力儲(chǔ)能是一種機(jī)械式的儲(chǔ)能，其儲(chǔ)能介質(zhì)主要分為水和固體物質(zhì)，基于高度落差對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)進(jìn)行升降來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過程。因?yàn)樗牧鲃?dòng)性強(qiáng)，水介質(zhì)型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)可以借助密封良好的管道、豎井等結(jié)構(gòu)，其選址的靈活性和儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)。固體重物型重力儲(chǔ)能主要借助山體、地下豎井、人工構(gòu)筑物等結(jié)構(gòu)，重物一般選擇密度較高的物質(zhì)，如金屬、水泥、砂石等以實(shí)現(xiàn)較高的能量密度。與抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能（以鋰電池為例）等傳統(tǒng)技術(shù)相比，重力儲(chǔ)能成本相對(duì)較低，持續(xù)時(shí)間靈活，高度可擴(kuò)展性，且其儲(chǔ)存介質(zhì)較難退化，儲(chǔ)能過程相對(duì)綠色安全等優(yōu)勢(shì)。重力儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展歷程大致經(jīng)歷三個(gè)階段，具體來(lái)看：二、儲(chǔ)能行業(yè)政策梳理“碳中和”目標(biāo)驅(qū)使發(fā)電側(cè)對(duì)風(fēng)光并網(wǎng)的儲(chǔ)能配置規(guī)模提出了更高要求，供需錯(cuò)配以及新能源發(fā)電的不穩(wěn)定催生電網(wǎng)側(cè)電力調(diào)峰、系統(tǒng)調(diào)頻的需求，戶用上網(wǎng)峰谷價(jià)差將帶來(lái)儲(chǔ)能套利空間，同時(shí)儲(chǔ)能備電也是維持電力穩(wěn)定供應(yīng)的重要補(bǔ)充。同時(shí)，儲(chǔ)能政策也在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的供需兩端呈現(xiàn)出較強(qiáng)的推動(dòng)作用，儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)的市場(chǎng)機(jī)制與價(jià)格機(jī)制逐漸明確。在政策的推動(dòng)下，儲(chǔ)能技術(shù)不斷發(fā)展，儲(chǔ)能規(guī)模不斷提高，儲(chǔ)能度電成本下降，儲(chǔ)能逐漸呈現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。三、儲(chǔ)能行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈從整個(gè)電力系統(tǒng)的角度看，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景可分為發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能、輸配電側(cè)儲(chǔ)能和用電側(cè)儲(chǔ)能三大場(chǎng)景。從不同場(chǎng)景來(lái)看，發(fā)電側(cè)對(duì)儲(chǔ)能的需求場(chǎng)景類型較多，包括電力調(diào)峰、輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行、系統(tǒng)調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)等；輸配電側(cè)儲(chǔ)能主要用于緩解電網(wǎng)阻塞、延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容升級(jí)等；用電側(cè)儲(chǔ)能主要用于電力自發(fā)自用、峰谷價(jià)差套利、容量電費(fèi)管理和提升供電可靠性等。四、重力儲(chǔ)能行業(yè)現(xiàn)狀分析1、全球儲(chǔ)能現(xiàn)狀從全球儲(chǔ)能行業(yè)裝機(jī)情況來(lái)看，據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)CNESA，截至2021年底全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)量達(dá)203.5GW，同比增長(zhǎng)6.5%，2021年全球儲(chǔ)能裝機(jī)增速加快。從細(xì)分裝機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)看，2020全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目中抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)占比90.3%，同比下降2.3%；電化學(xué)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)占比提升2.3pct至7.5%，對(duì)應(yīng)裝機(jī)量14.2GW。2、中國(guó)市場(chǎng)從國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能裝機(jī)情況來(lái)看，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到43.4GW，同比增長(zhǎng)21.9%，占全球累計(jì)裝機(jī)容量的21.3%。國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)與全球一致，鋰離子電池裝機(jī)占比快速提升。截至2021年中國(guó)已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目中抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到37.57GW，占比86.6%，同比下降2.7pct；電化學(xué)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)占比提升2.7pct至11.8%，對(duì)應(yīng)裝機(jī)容量5.12GW。3、重力儲(chǔ)能專利分析從行業(yè)專利情況來(lái)看行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，據(jù)統(tǒng)計(jì)，重力儲(chǔ)能相關(guān)專利公開專利自1993年到目前，共計(jì)84項(xiàng)，近年來(lái)重力儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)展加快，2021年申請(qǐng)量達(dá)到頂峰，為31項(xiàng)。截止至2022年5月16日，2022年中國(guó)重力儲(chǔ)能相關(guān)專利公開量為21項(xiàng)，專利申請(qǐng)量為4項(xiàng)。主要專利申請(qǐng)人有西安熱工研究所、中科院電工研究所、國(guó)家電網(wǎng)、華能集團(tuán)等。注：2016年數(shù)據(jù)為空缺，2022年數(shù)據(jù)為截止至2022年5月16日。五、重力儲(chǔ)能項(xiàng)目及對(duì)比情況為尋找高性價(jià)比的儲(chǔ)能方式，海內(nèi)外提出了基于抽水蓄能、構(gòu)筑物高度差、山體落差、地下豎井等多種重力儲(chǔ)能技術(shù)路線。從技術(shù)發(fā)展情況來(lái)看，2020年7月，應(yīng)用EV1技術(shù)的瑞士的5MW商業(yè)示范單元(CDU)完工并網(wǎng)，成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模部署?；谠撌痉俄?xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，2021年，EV陸續(xù)推出二代EVx技術(shù)模塊和EVS儲(chǔ)能管理集成平臺(tái)。Gravitricity提出懸掛式重力勢(shì)能技術(shù)，并于2021年在愛丁堡利斯港使用15米高的鉆機(jī)成功建造、調(diào)試并運(yùn)營(yíng)了一個(gè)250kW的重力勢(shì)能并網(wǎng)示范項(xiàng)目。經(jīng)前期項(xiàng)目檢驗(yàn)，EV和Gravitricity重力儲(chǔ)能項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2022年率先落地商用。2022年1月EV子公司Atlas獲得EV技術(shù)授權(quán)用于江蘇如東100MWh的重力儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2022年7月投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。此外，EV與DGFuels的路易斯安那州500MWh合作項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2022年年中開始建設(shè)。Gravitricity預(yù)計(jì)的第一個(gè)歐洲全面項(xiàng)目也進(jìn)入選址期。其余路線基本仍處于試驗(yàn)階段。從各種重力儲(chǔ)能性能比較上來(lái)看，水介質(zhì)型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)在功率和儲(chǔ)能容量方面不及傳統(tǒng)的抽水蓄能，但響應(yīng)時(shí)間短、選址更靈活，海下儲(chǔ)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(chǔ)能服務(wù)，儲(chǔ)能成本和效率也與抽水蓄能相當(dāng)。固體重物型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)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(gòu)筑物系統(tǒng)。固體重物型儲(chǔ)能系統(tǒng)由于不需要水泵、水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，理論上可以實(shí)現(xiàn)比抽水蓄能更高的儲(chǔ)能效率，響應(yīng)時(shí)間也更短，可以根據(jù)不同地形和需求靈活選擇不同儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)。六、重力儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)1、綠色、環(huán)保、安全是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的前提條件，布置靈活、場(chǎng)景適應(yīng)性強(qiáng)有利于響應(yīng)電力系統(tǒng)需求、提升產(chǎn)業(yè)價(jià)值。按照目前電力系統(tǒng)儲(chǔ)能發(fā)展趨勢(shì)，抽水蓄能電站將持續(xù)保持較高的占比。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，規(guī)?；瘍?chǔ)能技術(shù)必將向多元化方向發(fā)展，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需要。2、重力勢(shì)能儲(chǔ)能方案結(jié)構(gòu)眾多，各有優(yōu)劣，宜根據(jù)不同地形和儲(chǔ)能需求來(lái)設(shè)計(jì)重力儲(chǔ)能系統(tǒng)。其中基于山體落差和地下豎井的重力儲(chǔ)能相較而言更具發(fā)展前景，而與之相關(guān)的