主要为物理储能和电化学储能
目前，市场上根据能量转换方式的不同将储能分为了物理储能、电化学储能和其他储能：
1）物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、重力储能和飞轮储能等，其中抽水储能容量大、度电成本低，是目前物理蓄能中应用最多的储能方式；
2）电化学储能是近年来发展迅速的储能类型，主要包括锂离子电池储能、钠离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能等，其中锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点，是目前电化学储能中的主要储能方式；
3）其他储能包括超导储能和超级电容器储能等，目前因制造成本较高等原因应用较少，仅建设有示范性工程。
储能技术发展至今已形成了多种技术路径，每种技术均具有一定的独特性。在实际应用中，需要用户综合考虑各种储能技术的特点以及优缺点，选择最为适宜的技术方案。例如，氢储能更适合执行季节性调峰；抽水储能、压缩空气储能、燃料电池和电化学储能等则更适用于进行小时级调峰；而超级电容则可更好地解决秒级调频需求。
从当前时点来看，抽水储能是目前应用最为成熟的技术之一；储热技术则已经进入到规模化应用的阶段，目前我国火电灵活性改造已经普遍采用储热技术；锂离子电池储能近年来得到了广泛的飞速应用；而压缩空气和液流电池也逐渐开启商业化应用。
从存量市场看，抽水蓄能为主体，锂电储能在新型储能中独占鳌头。从总量上看，2022年我国电力储能累计装机规模达到59.8GW，占全球市场总规模 25%，同比上升3pct，中国市场正成为全球最重要的市场之一。从结构上看，抽水蓄能依然是主体，占比达到 77%， 新型储能紧随其后，占比22%，其中锂离子电池占比20.6%，是新型储能中的核心构成。
从增量角度看，2022年锂电储能新增7.3GW，超过抽水储能。从新增总量上看，2019年为新增装机量的低谷年，仅为1.2GW，2022年达到13.7GW，3年增长了11倍，占全球新增规模的49%。随着2023年碳酸锂价格下滑带动锂电成本下降，预期锂电储能占比进一步上升。
01
电化学储能：新型储能的主力军
电化学储能通过使用各类二次电池来储存电能。它利用化学元素作为储能介质，在充放电过程中，储能介质会发生化学反应。这种储能方式广泛应用于各类电池技术当中，包括锂离子电池、铅酸电池、液流电池及最近兴起的钠离子电池等。通过电化学储能，可以有效地将电能储存下来，并在需要的时候释放出来，为各种应用提供稳定可靠的电力供应，具有广泛的应用前景。
不同电池路线对比下，锂离子电池目前优势显著，预计到2025年锂离子电池依旧是主流储能电池，钠离子电池和液流电池各有优势，商业化在即。通过对比，可以清晰看到锂电池在能量密度、能量利用率上具备较大优势，同时在其他方面功率、放电时长和响应时间上和其他电池相比也处于同一水准。此外，锂离子电池目前技术成熟，具有明显的先发优势。
锂离子电池性能优势显著，适合用于储能场景。锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液构成，目前主流产品正极通常采用三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等，而负极则通常采用石墨等碳素材料。作为一种高效的储能技术，锂离子电池具有能量密度大、没有记忆效应、充放电速度快、响应速度快等优点。这些特性使得它广泛应用于风电光伏等新能源发电侧的配储和用户侧储能项目。其高效的能量转换能力和长寿命使其成为储存电能的一种理想选择，为各种应用提供了可靠的电力供应。
锂电池根据正极材料的不同可以划分为三元电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池等。其中：
1）三元材料由镍钴锰三种原子量接近的氧化物构成，并主要根据镍含量的高低划分为不同系别，从而在能量密度、安全性和成本之间进行配比权衡。通常来说，三元材料能量密度高，安全性和稳定性尚可，在中高端车型中应用较多，此外在低速车和电动工具领域也有应用。
2）磷酸铁锂成本低、安全性高且环境友好，在比亚迪等汽车厂商的带动下，在动力电池市场的占有率不断提高，当前已接近70%。但磷酸铁锂材料能量密度较低，且低温性能差，因此较难应用于高里程车辆与寒冷地区。在储能领域，磷酸铁锂凭借其成本优势，稳定性高且循环性能出色的特点占据了大部分市场。
3）钴酸锂生产工艺简单和电化学性能稳定且能量密度较高，最先实现商业化，多应用于消费电子类场景中；但钴酸锂成本高，且安全性较低，环境友好性差，这些特性限制了其发展。
4）锰酸锂电池原料丰富、安全性能高，并且价格较低，制备工艺比较简单，但能量密度较低，在电解质中会随着时间延长而逐渐溶解，与电解质之间缺少良好的相容性；表面修饰和掺杂能有效改性其电化学性能，含锰电池的优化是目前电池主要的研究方向之一。
2022 年国内锂电池储能项目备案规模总体处于上升状态，全年国内锂电池储能项目合计释放中标量达 38.4GWh（含 EPC/PC 等环节中标）。映射到生产端，据EV Tank及中国能源网披露数据，2022年全球储能电池产量达到159.3GWh，其中国内出货量 122GWh， 占比超过75%。2023年碳酸锂价格急速下跌后回弹，当前在30万元/吨左右，相比2022年 高点跌幅接近一半，锂电储能经济性提升，预计随着储能市场的持续恢复，储能电池产量将继续保持高增。
钠离子电池性能优势突出。对比锂离子，钠离子的半径更大，而“摇椅式”电池要求金属离子不断嵌入脱出于负极，显然后者难度更大，因此钠离子电池循环寿命更短；此外由于质量和体积更大，钠离子电池能量密度也更低。但在低温性能、安全性、快充性能等方面钠离子均有着更好的表现，因此钠电十分适合储能、低速车等场景。
钠离子电池BOM成本约低30-40%，大规模量产后有望更低。根据中科海纳官网数据，由于碳酸钠的成本不到碳酸锂的1%，钠电池的BOM成本，尤其是正极成本远低于锂电池。
2023 年成为钠电池量产应用的元年，各公司纷纷加码投资。4月16日在奇瑞iCAR品牌之夜上，宁德时代宣布钠离子电池将首发落地奇瑞车型。比亚迪、蜂巢能源、中科海钠、 亿纬锂能、孚能科技等电池开发制造企业先后推进钠离子电池项目。
根据钠电正极划分，主流路线主要包括层状氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝三种。其中层状氧化物和锂电三元结构类似，皆为层状结构，技术路线相对清晰成熟。尽管因吸湿问题稳定性差，但该路线能量密度高、倍率性能好。聚阴离子循环性能优异，但能量密度低；普鲁士蓝则有结晶水问题，且循环寿命低。
多家企业积极布局钠电池，商业化在即。与锂离子产业链相比，钠离子产业链变化最大的为上游原材料端，目前钠电池产业链进展迅速，上游原材料量产在即，各材料研发不断进步，未来量产后将成本有望得到下降，推动钠电市场规模壮大。
液流电池是一种利用两种化学溶液进行离子交换来进行充放电的电池。其电压一般在1.0-2.2V之间。与其它电池相似，液流电池的功率与隔膜面积成正比，而储存能量的多寡和溶液储存容量成正比。液流电池存在多种不同的形式，但其中全钒液流电池是目前最接近产业化和规模化应用的一种电池。全钒液流电池主要靠钒元素的价态变化来完成正负极的充放电状态。其反应方程式如下：
液流电池储能优缺点：技术上该方法安全性高，而且基本电池单元大、液流便于热管理、寿命长，同时具有经济型，不受地域和环境限制，技术进步快，天花板也很高。但在规模上，液流电池上限小于抽水蓄能，初期投资成本较高，目前处于商业化早期阶段。
2023年3月，沙坡头区与江苏林源控股集团和国电投宁夏绿电能源有限公司签订了1.2GW全钒液流电池项目框架协议，该项目计划于2023年投资15亿元用于建设全钒液流储能电池生产项目。项目规划投资建设 200MW光伏和200风力发电项目，并在沙坡头 区建立全钒液流储能电池制造工厂、储能核心设备研发中心和推广中心。该项目总占地面积 约120亩，全部投产后可达到年产全钒液流电池1.2GWh的生产能力，年产值预计约40亿元。
我们认为，目前全钒液流电池储能仍处于商业化运营初期，市场竞争态势较为温和，主要参与者包括科研院所、零部件供应商和一体化布局厂商等。虽然国内全钒液流电池行业供给配套尚未完全成熟，规模企业数量较少，产能规模也相对较小，但随着全钒液流电池长时储能优势的逐渐凸显，产业链上下游企业积极加码布局，有望推动产业链规模化发展。
根据长时储能委员会(LDES)与麦肯锡于2021年底联合发布的报告，由于全钒液流电池储能配套时长较长，长时储能在考虑投资成本时更加注重单位能量的投资成本，而非单位功率的投资成本。随着储能时长的增加，全钒液流电池系统的单位成本将得到明显降低，而锂电池系统的单位成本则基本固定。因此，从成本角度考虑，全钒液流电池在长时储能场景中相较于当前主流的锂离子电池具备一定的优势。
02
物理储能：电能转化为势能
物理储能是把能量利用机械的方式储存起来。例如：把水或重物移动到高处（势能），移动或转动物体（动能），或是压缩气体（内能）等。主要形式有抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。目前发展最成熟的是抽水储能。
抽水蓄能是目前最为成熟的储能技术之一，截至 2022年占全球投运储能项目累计装机容量比例已达到77%。抽水蓄能电站将储能和电力发电结合在一起，由水库、水轮机、水泵以及配套输水系统等组成。其运作原理是由两个不同高度的水库组成，中间由管道连接。在波谷时，电能被消耗，电动机将其转换成机械能，而在波峰时，通过水流发电并入电网，电机电泵将水抽到上水库并转化为势能。当电力过剩时，抽水蓄能电站将立即转换为抽水状态， 将电能转换为势能，用电机驱动泵将低处水抽到高处水库中。
抽水蓄能具有技术成熟、成本低、寿命长、容量大、效率高等优点。其储能容量主要取决于上下水库的高度差和水库容量，而水的蒸发渗漏等现象导致的损失几乎可以忽略不计，因此抽水蓄能的储能周期得以无限延长，可适用于各种储能周期。根据数据显示，其循环效率可达70%-80%。一旦建成，抽水蓄能电站可使用约100年，电机设备等预计使用年限在40-60 年左右。
抽水蓄能有两种主要方式：1）纯抽水蓄能，即国内主流方式，例如广州抽水蓄能电站、河北丰宁抽水蓄能电站；2）混合式抽水蓄能，在纯抽水蓄能的基础上安装普通水轮发电机组，可以利用上河道的水流发电，例如雅砻江水电两河口混合式抽水蓄能项目。
国家能源局发布的《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035 年）》提出，到2025年我国抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到0.62亿千瓦以上；到2030年抽水蓄能投产总规模较“十四五”再翻一番，达到1.2亿千瓦左右。
在政策指导下，各省份陆续出台能源发展“十四五”规划，加快推进抽水蓄能电站的建设。全国规划抽水蓄能目标前五的分别为：陕西省确定“十四五”期间抽水蓄能目标为13个抽水蓄能电站，项目装机容量达1545万千瓦；安徽省确定“十四五”期间抽水蓄能目标为9个抽水蓄能电站，项目装机容量达 1080万千瓦；山西省确定“十四五”期间抽水蓄能 目标为8个抽水蓄能电站，项目装机容量达910万千瓦；广西省确定“十四五”期间抽水蓄能目标装机容量达840万千瓦；浙江省确定“十四五”期间抽水蓄能目标装机容量达798万千瓦。
为适应当前新型电力系统建设和新能源消纳需求，抽水蓄能电站建设同样被确立为“十 四五”时期储能行业发展的重点。2023 年 3 月国家能源局发布《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，提出要加快水电等传统电源数字化设计建造和智能化升级，推进智能分散控制系统发展和应用，促进抽水蓄能和新型储能充分发挥灵活调节作用。
目前我国主要的抽水蓄能公司包括粤水电、中国电建、豫能控股、中国能建、桂东电力、南网储能、长江电力等。还有多项抽水蓄能项目正处于项目建设之中，项目规模大都在1200-1800MW。
压缩空气储能的储能方式是利用过剩的电能来驱动压缩机，将气体压缩为高压状态并储存在储气装置中。在用电高峰期时，由储气装置释放储存的高压空气，通过燃烧或者换热的方式，加热压缩气体，将其输送至膨胀机内膨胀做功，推动发电机发电，从而达到削峰填谷的作用。
压缩空气储能具有启动快速、能量密度和功率密度较高、运营成本低、设备使用寿命长、 损耗低等优点。然而，压缩空气储能的投资回报期较长，需要满足一定的地质条件才能建成， 对于绝热系统而言，蓄热器自放电率较高。
尽管压缩空气储能存在一些缺点，但仍然是一种十分有潜力的储能发电技术，可以为能源转型和节能减排作出重要贡献。
2022年5月26日，由华能江苏建设的压缩空气储能电站，在江苏常州金坛正式投运，项目建设在地下千米，一期工程储能容量300MWh，一个储能周期可存储电量300MWh，约等于6万居民一天的用电量，年发电量约100GWh，项目远期建设规模将达 1GW。
2023年5月15日，湖北省应城由中国能建数科集团主体投资、中南院总承包建设的300兆瓦级压缩空气储能电站示范工程完成主厂房基础出零米的重要里程碑节点。该项目充分利用了应城地区丰富的盐穴资源，将建设一台300MW/1500MWh压缩空气发电机组以及配套的储能发电生产区、辅助生产区及附属基础设施。一期工程建设周期为18个月，预计将于2024 年6月竣工并投入使用。该项目在单机功率、储能规模和转换效率方面均达到世界领先水平。
重力储能利用电动机将固体重物抬升至一定高度，当重物下降时，电动机可逆向操作并转换为发电机，从而产生电力。该技术能够在一秒钟以内启动并开始发电，效率可达85%。理论上，固体重力储能的成本比抽水蓄能和电池储能更低。它是一种非常简单的储能方式，其原理类似于抽水蓄能，即利用重力势能来储存能量。
重力储能具有原理简单、技术门槛低、储能效率高达 85%、启动快速、使用寿命长等优点。然而，该技术的能量密度较低，建设规模较大。重力储能所需的高塔平均在一百米以上，其输出功率仅相当于同等高度的风力发电机。此外，该技术对塔吊的精度要求非常高，需要在每一块砖的位置误差小于几毫米的情况下控制上千个水泥块。同时，浇筑水泥块会消耗大量的能源，并会排放大量的二氧化碳，对环境有一定程度的影响。
EnergyVault公司于2021年10月宣布，已与美国 DGfuels公司达成交易，为该公司多个项目提供共 1.6GWh的重力储存。该合作将为其带来超过5亿美元的收入。2022年英国爱丁堡的重力储能公司 Gravitricity完成了一个与电网互联的250kW示范项目，其中采用了两个重量为25吨的重物，悬挂高度最高可达15米。Gravitricity现在计划在捷克共和国开 始建设一个全尺寸的重力储能系统，该系统通过在已停止使用的煤矿中升降一个重量为1000吨的重物来实现，其功率可达8MW，储能容量可达2MWh。
由中国天楹投资建设的国内首个重力储能应用示范项目预计2023Q3在如东并网发电，该项目落户如东县洋口镇高端装备制造产业园，项目规模为 100MWh。此外中国天楹在2023年3月与内蒙古自治区乌拉特中旗政府围绕重力储能项目达成战略合作并签署《战略合作协议》，将在乌拉特中旗落地重力储能项目，项目一期为100MWh，二期和三期分别达到1GWh。
飞轮储能是一种将能量以旋转动能的形式储存于系统中的技术。其运作方式是通过加速转子（飞轮）至极高速度，当释放能量时，飞轮的旋转速度会降低，而在向系统中贮存能量时，飞轮的旋转速度则会升高。一般来说，飞轮系统使用电流来控制飞轮速度，其中高能的飞轮使用高强度碳纤维制成的转子，并通过磁悬浮轴承实现悬浮。这些转子在真空罩内的转速可达到20,000-50,000rpm，可以在几分钟内达到所需的速度。
与其他形式的能量存储相比，飞轮储能系统具有响应速度极快、转换效率高、使用寿命长等优点。其充放电速度反应极快，能够达到90%以上的转换效率，使用寿命长。然而，飞轮储能系统的额定功率较小、成本较高、噪声较大等问题也十分明显。
2022年8月25日由东方汽轮机、百穰新能源、西安交通大学能源与动力工程学院、北京泓慧国际能源公司深入合作打造的全球首个二氧化碳+飞轮储能示范项目正式落地。该项目占地1.8万平方米，相当于两个半足球场大小，其储能规模为10MW/20MWh，能够在2小时内存储2万度电。该项目是全球单机功率最大、储能容量最大的二氧化碳储能项目，也是全球首个二氧化碳+飞轮储能综合能源站。
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编辑整理 | 光伏储能网
