熔融盐储能是大规模中高温储热的主流技术方向，在昼夜温差大、太阳能丰富的中西部地区应用较多，在热电厂储能改造方面市场前景较大。重力储能最常见的是“搬砖储能”，应用示范处于起步阶段。超导磁储能目前成本高昂，伴随高温超导材料的应用渗透，以及常温超导材料的研发进展，可能对未来电力技术产生前所未有的影响。

——应用现状。熔融盐储能是全球第三大储能模式，是热储能技术的重要组成部分，是大规模中高温储热的主流技术方向。根据CNESA统计，2022年熔融盐储能全球累计装机规模占全球储能比重约为1.4%。熔融盐储能的主要应用场景包括火电机组储热调峰灵活性改造（储能改造）、光伏光热储能一体化、风电园区储能、工业园区供暖供电等。光热电厂通过汇聚太阳光加热吸热塔内熔融盐实现光热利用及热发电，特别是融熔盐供热相比传统的燃煤供热，可以大幅降低碳排放，实现夜间无光照的情况下零污染供暖，对于昼夜温差大、太阳能丰富的地区具有重要意义，在我国西部地区应用较多。根据国际可再生能源署（IREA）数据，在全球所有配备储热设施的电力系统中，采用熔融盐储热技术的占比达3/4。热电厂储能则通过将热电机组与熔融盐储能系统耦合实现热电调峰，目前市场空间最大。

——技术原理。熔融盐是指无机盐在高温下熔融形成的离子熔体，常用的熔融盐主要由碱金属或碱土金属与卤化物、碳酸盐、硅酸盐等盐类组成，具有工作温度高、使用温度范围广、传热能力强、系统压力小、经济性较好等一系列的优点，已成为光热电站传热和储热介质的首选。熔融盐储能技术是以熔融盐储能材料为储热介质，将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热、谷电等以热能的形式储存起来，当环境温度低于介质温度时，储热介质可将热能释放出来，从而解决热能供给与需求在时间、空间不匹配所带来的问题。目前我国具备光热+熔融盐储能的整套技术。

图1  中广核德令哈200万千瓦光热储一体化项目

原理图

资料来源：深圳特区报。

图2  基于熔融盐储热的工业余热发电系统

资料来源：北极星储能网，中航证券。

——优缺点。熔融盐系统具有设计简单、成本较低、工作状态稳定、储热密度高、余热利用效率高、储热时间长等优点，适合大规模中高温储热，单机可实现100MWh以上的储热容量。根据北极星储能网，用熔盐储热方案的发电量比蒸汽储热方案提高1倍，而投资仅增加32.3%。其缺点在于，熔盐是通过储存热量的方式来储存能量的，如果要储存电能，则需要完成“电能——热能——电能”的转换，效率很低。因此，熔融盐储能只有在采用热能发电的场景下才有经济优势，可以作为能量的存储介质，用于光热发电、火电厂改造等；或者应用在终端能量需求为热能而非电能的场景，如清洁供热。

熔融盐储能产业链

光热储能系统主要由聚光系统、集热系统、储换热系统、发电系统（蒸汽发生系统）组成，分别可以实现太阳能的聚集、转换、电力输出以及辅助的功能。其中储热系统将加热后的介质（熔盐）进行储存，换热系统在需要发电时利用高温熔盐与水进行热交换，以产生高温高压的蒸汽。储换热系统主要由熔盐储罐、熔盐泵、熔盐阀、电加热器、换热器、保温材料、除氧器、控制系统和各种水泵以及管道阀门等组成。产业链如下图所示。

图3 熔融盐光热储能系统产业链

资料来源：深企投产业研究院整理。

根据首航高科与可胜技术的数据，6小时储热100MW塔式太阳能热发电站的总投资在16-17亿元之间，12小时储热100MW塔式太阳能热发电站的总投资在25-30亿元之间。其中，聚光、吸热、储换热系统约占整个电站成本的77%左右，如下图所示。

图4  12小时储热100MW塔式太阳能光热电站投资组成

资料来源：CSTA，可胜技术，西部证券《储能行业深度报告：行业东风将至，新型储能其兴可待-221201》。

我国熔融盐储能产业链主要企业如下表所示。

表1 熔融盐储能产业链代表企业

资料来源：深企投产业研究院整理。

——技术原理。重力储能是利用建筑物、山体、地形等高度差，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。重力储能是一种非常简单的储能方式，其原理类似于抽水蓄能，即通过将“重物”运上运下，实现电能和重力势能之间的转换，也可以认为抽水蓄能是以水为介质的重力储能，但为了区分传统抽水蓄能与新型重力储能，通常认为重力储能是除抽水蓄能以外的通过重力势能充放电的储能方式。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。

——应用类型。目前常见的重力储能形式有混凝土砌块重力储能（俗称“搬砖储能”）、山体斜坡储能、矿井储能（地下竖井重力储能）、活塞式重力储能、悬挂式重力储能等，其中混凝土砌块重力储能已经从理论研究、小规模试验发展到商业化项目落地阶段，应用示范相对靠前。

•砌块重力储能：电力充裕时，利用起重机将混凝土砌块（可达数十吨重）吊起，像积木一样堆叠成塔，通过砌块的升降过程进行充放电。该技术主要由瑞士Energy Vault公司提出，并开始在我国应用示范,其规划在中国建设5个项目，总储能容量2GWh。目前Energy Vault与中国天楹（控股子公司阿特拉斯）合作，Energy Vault提供授权技术支持，由中国天楹在南通市如东县、张家口市怀来县分别投资建设100MWh项目。

图5 Energy Vault公司光伏项目配套重力储能

资料来源：Energy Vault。

•山体斜坡储能：利用陡峭山区的地势，通过砂石的势能储能，电力充裕时，应用类似于滑雪缆车的电动系统将装满砂石的容器提升到山顶存放；用电高峰时，依靠重力将砂石从上顶运回地面，通过释放砂石势能发电。相比人工构筑物，该方式的结构更加稳定，承重能力更强，缺点是占地面积较大。用于提升重物的传送方式包括轨道机车、缆车、绞盘机、直线电机和传送链等。

图6 山体斜坡储能原理示意图

资料来源：重力储能技术研究进展，长城证券。

•地下竖井重力储能：利用废弃的矿井平台和矿井，采用500-5000吨重的钻机（铁块）作为重物，通过在150-1500米长的钻井中重复吊起与放下重物，实现充放电，是一种悬挂式重力储能。该技术由英国Gravitricity公司首次提出，2022年开始在英国建设第一个2MWh商业化储能项目，同时在捷克、南非、德国等地，利用废弃矿井开展应用试点。地下竖井重力储能建设成本较低，但选址不够灵活，井口尺寸限制了储能规模。

——优势与劣势。重力储能技术能够在一秒钟以内启动并开始发电，储能综合效率80%-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，技术使用寿命可达30-35年。重力储能电站上下仓扩展相对容易，重物势能储存期间不会有损失，储能时间长且无自放电问题。重力储能技术的缺点是能量密度较低，建设规模较大，容量规模受限。混凝土砌块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（如果采用建筑废渣等进行废物利用制成砌块，则可以减少对环境的污染）。目前已落地的重力储能项目最大功率为100MW，低于电化学储能和压缩空气储能。

重力储能产业链

产业链上游以建筑原材料（水泥、金属、钢铁等）和装备为主，包含混凝土制造、相关的吊车、缆车及起重机设备以及相关的电气装备等。中游为储能系统集成、系统安装及系统运维商，下游应用分布在发电侧、电网侧以及用户侧。中游储能系统集成商或将起到主导作用。

图7 重力储能产业链

资料来源：长城证券。

重力储能当前尚未大规模商业化，产业格局也尚未成型。从成本结构来看，以Energy Vault第一代砌块储能系统为例，混凝土砖块成本占比约40%，钢结构成本约占20%，自动化控制设备成本约占17%，土建成本16%，变频器和电机约占15%，百兆瓦级重力储能项目的成本约为4000-5000元/kWh。

——应用现状。超导磁储能（SMES）概念于20世纪60年代末被提出，70年代起美国、日本、德国等国家先后开展研究，目前仍处于实验室研发、工程试点阶段，有一些小型装置实现了并网运行。目前全球研发机构主要分布在欧美和东亚地区，如美国SuperPower公司、德国ACCEL集团、法国国家科学研究中心、法国EC公司、意大利ENEL公司、波兰电工研究所、日本中部电力、日本东芝、日本三菱电机、韩国电力科学研究院、中国华中科技大学、中国科学院电工研究所、南方电网等。其中，美国在超导磁储能技术研究领域处于领先地位，技术水平最为先进。2011年我国在甘肃白银建成了世界首座超导变电站，变电站集成了一台10.5 kV/1 MJ/0.5 MW的高温超导储能系统（由中国科学院电工研究所研制）。2016年南方电网也实现了一台超导储能系统并网运行。

——技术原理。超导磁储能主要是利用超导线圈将电能以电磁能形式储存，利用多组由超导带材绕制的超导线圈，以串并联相结合的方式做成环形核心部件，正常运行时，电网电流通过整流向超导电感充电，当电流通过时产生高强度磁场，由于超导零电阻高密度载流特性，电流可保持恒流运行，直到需要释放时为止。据研究表明，低温闭合超导线圈内电流衰减时间可长达十万年之久，基本可认为能量实现了无损耗储存。

图8 超导磁储能结构原理

资料来源：曹雨军等《超导储能在新能源电力系统中的应用与展望》。

——优劣势。超导磁储能具有快响应度、高储能功率以及灵活操控等优势，尤其是其无需进行能量变换，响应速度可达到毫秒级，高效率高响应度的优点是其他形式能量不可比拟的。随着高温超导材料（-196℃，液氮，以上温度工作的材料）的发现及应用，超导磁储能的成本有所下降，但当前已有的超导体需要昂贵且笨重的冷却系统才能实现零电阻导电，运行及维护成本高，限制了超导磁储能的工程化应用和示范推广。从长期来看，一旦室温超导材料实现突破，则储能技术将实现革命性突破。

超导磁储能产业链

超导磁储能系统主要包括超导储能线圈、功率变换系统、低温制冷系统、快速测量控制系统四部分。超导储能线圈是SMES的电磁能量存储单元，由于在恒定温度下运行，其寿命可达30年以上。功率变换系统是电网与SMES进行能量交换的装置。低温制冷系统包括制冷机及相关配套设施，为超导磁储能系统的正常运行提供所需冷量。快速测量控制系统用来检测电网的主要运行参数，对电网当前的电能质量进行分析，进而对SMES提出运行控制目标，同时还具有自检和保护功能。

超导储能线圈是超导磁储能系统的核心关键部件，包括低温超导储能线圈、高温超导储能线圈两大类，已研发问世的产品中，高温超导储能线圈储能容量更大。超导线圈是由超导带材绕制，其产业链情况如下：

•上游矿产资源：低温超导带材的矿产资源包括钛矿、铌矿、锡矿等，高温超导带材的矿产资源包括铋锶矿、钇钡矿、硼矿、La、RE矿等。

•低温超导带材：主要有NbTi、Nb3Sn等。目前全球超导带材市场以低温超导为主，占超导市场总量的90%以上。NbTi是用量最大的超导材料，国外生产商包括德国布鲁克（Bruker）公司、英国诺尔达（Luvata）公司、日本超导技术公司（JASTEC）和美国阿勒格尼技术公司（ATI）等，我国西部超导（A股）是目前国内唯一的NbTi超导线材商业化生产企业。Nb3Sn超导线材主要由德国Bruker公司、日本JASTEC公司和古河电气工业株式会社以及我国的西部超导进行研发并批量化生产。

•高温超导带材：目前处于商业化初期。主要材料有Bi2Sr2CaCu2O8（简称Bi-2212）、Bi2Sr2Ca2Cu3O10（简称Bi-2223）、REBa2Cu3O7-x涂层导体（第二代高温超导带材）、MgB2超导材料、铁基超导材料等。全球第一梯队厂商有 SuperPower（日本古河的子公司）、SuperOx（美资俄罗斯企业）和中国的上海超导，第二梯队厂商有韩国SuNAM、俄罗斯 Theva和美国超导等。各细分材料领域代表企业如下表所示。

表2 高温超导带材重点企业