2022 年，储能成为最热门赛道之一，在储能行业研究上，技术方向研究是重要环节。出新推出“产业洞察”栏目，聚焦各细分领域，解析各行业发展前沿等问题。本周推出储能系列，本篇为机械储能研究，盘点机械储能的几种技术路径与发展挑战等问题。欢迎大家转发阅读。

 

　　抽水蓄能从 20 世纪中期开始被大量运用，是最早被使用的大容量储能技术，现已成为世界范围内应用最广泛的储能技术。从全球来看，抽水蓄能占储能总规模的 94%；从国内来看，抽水储能占储能总规模的 89.3%。

 

　　抽水蓄能的工作原理是利用水作为储能介质，实现电能的储存和释放，其底层技术是通过电能与水的势能相互转化。具体来看，在抽水蓄能电站运行过程中，当用电量少时，通过电网中多余的电将水抽到水库中储存，把电能转化成水的势能；当用电量大时，再将储存的水放出，水流推动水轮机发电，把水的势能转化成电能。

 

　　目前来看，抽水蓄能有两种类型，一是纯抽水蓄能，二是混合型抽水蓄能。前者仅用于储能，在国内使用也最多；后者既可以储能，又能当作常规的水电站使用。

 

　　抽水蓄能应用最广泛有多种原因，首先是技术成熟，上世纪六十年代就已经实现商业化；其次是成本较低，虽然初始建造费用高，但抽水蓄能电站使用寿命较长，至少在 50 年以上，成本摊薄后费用仍然较低，平均单位装机投资金额为 6136 元 / 千瓦；再次是开发资源丰富，抽水蓄能电站不仅能沿河而建，也能离河抽水蓄能，增加可开发资源和降低成本；最后是安全性高，不像电化学储能容易发生事故，抽水蓄能利用水作为储能介质，安全性极高。

 

　　此外，抽水蓄能还具有储能周期长、安全运营周期长，以及稳定性好等诸多优势。这让抽水蓄能成为目前使用率最高的储能方式，根据公开数据，算上现有水库，目前全球约有 61.6 万个站点。

 

　　基于抽水蓄能的优势和现实储能市场需求，抽水储能迎来行业发展机遇。去年 9 月，国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035 年）》，文件指出，到 2030 年，抽水蓄能投产总规模较“十四五”要翻一番，达到 1.2 亿千瓦左右。粗略计算，未来 10 年时间有望迎来近 3 倍的增长。

 

　　02、飞轮储能“打个辅助”

 

　　飞轮储能是利用低摩擦环境中高速旋转的转子来存储能量，其工作原理是，利用电能加速飞轮，将电能转化为机械能储存起来。当需要用电时，飞轮带动发电机组，再将机械能转化为电能。

 

　　这种方式储能优势很明显，因为是电能与机械能的转化，相对而言污染性较小。此外，飞轮储能能量密度比较高，启动速度也比较快，这对于一些特定场景非常实用，比如数据中心突然断电，为避免数据丢失，就需要储能系统快速响应、快速启动。

 

　　不过飞轮储能缺点也很突出，飞轮储能启动一次只能供电十几秒钟，时间比较短，在多数情况下都不会独立使用，需要与其他储能系统配合使用。因此飞轮储能装机量并不高，在市场中占有率不高，截至 2021 年底，飞轮储能在中国累计装机容量为 0.01GW。

 

　　目前河北省承德市、山西省长治市、太原市等地区建造有飞轮储能项目，比如山西长治市建造有 30MW 飞轮储能项目，是唯一单独采用飞轮储能技术，实现调频辅助服务的项目；山西运城市建造有 50MW / 100“磷酸铁锂 + 飞轮储能”独立储能调峰调频储能项目；山西太原市建造有 50MW 玫方古交共享储能示范站等。

 

　　根据多家机构预测，飞轮储能在提升电网稳定性、安全性及灵活性等方面有明显优势，未来几年随着储能市场的不断扩大，飞轮储能装机量会不断增长，预计到 2026 年，有望达到 88.9MW。

 

　　03、压缩空气储能将迎来拐点

 

　　压缩空气储能的工作原理，是利用电能把空气压缩到盐穴、金属矿井、油气井、煤矿井或压力容器中，当需要用电时，就释放压缩空气，推动空气透平膨胀机进行发电。

 

　　压缩空气储能优势明显，储能设备的使用寿命比较长，不容易损坏，但缺点也很突出，压缩空气储能投资成本相对较高，并且受地质条件影响较大，对建造环境要求较高。

 

　　今年 5 月 26 日，中国第一个压缩空气储能国家示范项目正式并网投产，是江苏金坛盐穴压缩空气储能电站，由中国华能、中盐集团、清华大学、三维化工等多家单位合作打造，前后一共经过了十二年研发和建造，首期储能装机 60MW，长期规划 1000MW。

 

　　目前在落地的压缩空气储能项目中，青海省建造的项目相对较多，比如新建液态压缩空气储能示范项目、利用已有矿井改造的压缩空气储能示范项目（油气井）、利用已经煤井改造的压缩空气储能示范项目（金属矿井）、新建煤气罐先进压缩空气储能示范项目等，此外，大同市建造有 50MW 大同启迪云冈井田压缩空气储能项目，临沂市建造有国华兰陵压缩空气储能电站示范项目。

 

　　根据中关村储能产业技术联盟统计数据，截至 2021 年底，我国压缩空气储能累计装机为 0.18GW。

 

　　04、重力储能有望补位

 

　　重力储能的介质主要是水和固体物质，其工作原理是通过高度落差对储能介质进行升降，从而实现储能系统充放电，具体来看，通过电力将介质提升至高处，增加其重力势能，完成储能，当需要用电时，再将介质下落利用重力势能将动能转化为电能。

 

　　根据其工作原理，可以看到，重力储能固体物质需要能量密度大的物质，比如金属、水泥、砂石等，在储存和发电等各环节，因不涉及化学反应，所以整体运行比较安全，对自然环境影响也较小。

 

　　并且，重力储能在选址上没有太大限制，对环境适应性比较强，应用很灵活。再者，像金属、水泥、砂石等物质，在使用过程中损耗比较小，能长时间使用，一般都能循环使用数十年。

 

　　在 2019 年以前，重力储能多是技术性探讨，比如，业内先后提出了基于抽水蓄能、构筑物高度差、山体落差、地下竖井等多种技术路线，目前来看，主要有四种技术路线，分别是活塞式重力储能、悬挂式重力储能、混凝土砌块储能塔、山地重力储能。

 

　　到了 2020 年 7 月，应用 EV1 技术的瑞士 5MW 商业示范单元（CDU）完成并网，并且实现落地，使得重力储能进入新的实验阶段。2022 年以来，重力储能逐步商业化，EV 和 Gravitricity 重力储能项目率先应用，江苏如东也建造了 100MWh 的重力储能示范项目。

 

　　值得注意的是，重力储能的发电效率高达 80%以上，远高于抽水蓄能的 70%，未来能有效发挥补充功能。