截至2021年底，全球已投运储能项目累计装机规模209.4GW，同比增长9%。其中，抽水蓄能的累计装机规模最大，约180.7GW，同比增长4.8%，占比86.3%。
抽水蓄能是技术成熟、使用经济、 运行环保的大规模优质储能方式，在大规模可再生能源并网的大背景下，未来发展空间巨大。
西龙池抽水蓄能电站
宜兴抽水蓄能电站
储能产业交流群
方法：长按识别二维码关注公众号，点击公众号下方菜单栏“微信群”，申请加入群聊。
抽水蓄能原理
抽水蓄能是目前应用最为广泛的大规模、大容量的储能技术，主要解决发电、输电、用电不匹配问题，将过剩的电能以水的位能的形式储存起来，在用电的尖峰时间再用来发电，是一种特殊的水力发电技术。
抽水蓄能主要由下水库、电动抽水泵/水轮发电机组和上水库三个主要部分组成。最老式的抽水蓄能电站机组为四机式（抽水泵-水轮机-发电机-电动机），后来发展为三机式机组（抽水泵-水轮机-发电电动机）和二机式可逆机组（水泵水轮机-发电电动机）。
在用电低峰期时，可逆式水泵水轮机作为水泵，利用低价值电能将水从下水库抽至上水库，作为水的势能储存；用电高峰期时则将可逆式水泵水轮机作为水轮机，在上水库开闸放水，将水的势能转换为高价值电能。
抽水蓄能工作原理
抽水蓄能调节用电图
抽水蓄能的分类
抽水蓄能电站按建设类型可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站。
纯抽水蓄能电站：没有或只有少量的天然来水进入上水库（以补充蒸发、渗漏损失）。厂房内安装的全部是抽水蓄能机组，其主要功能是调峰填谷、承担系统事故备用等任务，而不承担常规发电和综合利用等任务。
混合式抽水蓄能电站:上水库具有天然径流汇入，来水流量已达到能安装常规水轮发电机组来承担系统的负荷。厂房内所安装的机组，一部分是常规水轮发电机组，另一部分是抽水蓄能机组。
相应地这类电站的发电量也由两部分构成，一部分为抽水蓄能发电量，另一部分为天然径流发电量。所以混合式抽水蓄能电站除了可以调峰填谷和承担系统事故备用外，还能实现常规发电和满足综合利用。
抽水蓄能电站按机组形式可分为分置式（四机式）抽水蓄能电站、串联式（三机式）抽水蓄能电站和可逆式（两机式）抽水蓄能电站。
抽水蓄能的发展
20世纪50年代以来，全球电力系统迅速扩大和发展，电力负荷波动幅度不断增加，推动承担调峰和调频功能的抽水蓄能电站的发展，从70年代开始，随着核电进入快速发展期，为确保核电安全平稳出力，抽水蓄能电站迅速发展。
进入90年代，一方面适合建设抽水蓄能电站地理条件的减少，一方面更具技术和经济优势的燃气轮机成为调节高峰负荷的有效手段，抽水蓄能电站发展放缓。
近几年，新能源的大规模并网推动抽水蓄能电站步入新的发展期。目前水电、气电、煤电是电力系统灵活性调节资源主力，根据国际能源署报告，2021年，全球电力系统灵活性资源中，水电、煤电、气电占比分别为29%、28%、27%。
2021年全球电力系统灵活性资源构成
抽水蓄能的应用
抽水蓄能长期担任电力系统调节的主体
1.新能源规模化发展下，储能在发电侧、电网侧、用电侧具有广泛应用。
在全球碳中和目标下，清洁能源将逐步替代化石能源，风电、光伏发电将成为清洁能源的绝对主力，装机量持续高增。
但是，新能源发电具有不稳定性、随机性、间歇性的问题，对电网频率控制提出了更高的要求，随着新能源发电占比的的提高，整个电力系统的电力电量平衡模式也需要重构。
根据国际能源署报告，当电力系统新能源渗透率超过15%时，需要系统构建电力系统灵活性运行。
新型电力系统中，储能将成为至关重要的一环，是新能源消纳以及电网安全保障必要保障，在发电侧、电网侧、用电侧都会得到广泛的应用。
从储能在电网中的应用分布来看：
1）发电侧功能主要包括：快速调频、抑制低频振荡、自动发电控制（AGC）、平滑新能源出力波动、新能源出力计划跟踪、新能源出力爬坡控制、微网黑启动、提供冷、热备用等；
2）输配电网侧功能主要包括：优化新能源并网、延缓输配电线路阻塞、延缓设备升级、优化潮流分布等；
3）负荷侧功能主要包括：改善电能质量、提供分布式能源供应、参与市场调节、电动汽车接入等。
2.多种储能形式相互补充，均是新型电力系统重要灵活性资源。
各类储能均具有独特属性，氢储能更适宜季节性调峰；抽水蓄能、压缩空气储能、燃料电池、电化学储能等更适合小时级调峰；超级电容等则更适合秒级调频需求。
各类储能技术中，除抽水蓄能外，储热技术已处于规模化应用阶段，目前我国火电灵活性改造大部分采取储热技术，其次是锂离子电池，处于规模化应用前期，其余的大部分均处于示范阶段和商业化初期。
目前储能在电网中的应用主要集中在工频有功调节，尤其是快速调频、削峰填谷以及新能源并网运行等方面。
适合典型应用场景的储能技术类型
优缺点
抽水蓄能具有技术优、成本低、寿命长、容量大、效率高等突出优点。
抽水蓄能单机容量一般在30万千瓦左右，电站一般容量上百万千瓦。由于抽水蓄能电站运行模式是将能量在电能和水的势能之间转换，其储能容量主要取决于上下水库的高度差和水库容量。
由于水的蒸发渗漏现象导致的损失几乎可以忽略不计，抽水蓄能的储能周期得以无限延长，可适应各种储能周期需求，系统循环效率可达70%-80%。
与此同时，建设完成后的抽水蓄能电站坝体可使用100年左右，电机设备等预计使用年限在20年左右并可进行更换。
保守测算，在初始投资成本6元/W，年均循环次数400次，储能循环效率75%，储能系统寿命为30年的假设下，抽水蓄能储能度电成本约为0.31元/kWh，低于其他储能类型。
抽水蓄能受限于地理位置、建设周期以及收益水平较低等因素影响，随着新型储能技术快速发展以及成本快速下降，抽水蓄能在储能中的占比逐年下降，由2017年的98.6%下降为2021年的86.3%，下降了12.3个百分点。
但由于抽水蓄能电站优势突出、更适宜规模化建设，特别是随着电价机制的逐步落实，抽水蓄能电站在“十四五”“十五五”将迎来快速发展，预计在储能结构中将长期处于主力地位。
我国储能结构图
产业链
从产业链看抽水蓄能电站:
抽水蓄能电站涉及上游设备、中游工程建设以及下游电站运营，根据《抽水蓄能产业发展报告2021》，在抽水蓄能电站的投资成本中，主要是机电设备和建筑工程，其中：机电设备及安装工程占26%，建筑工程占25%。
抽水蓄能产业链
抽水蓄能电站造价各部分投资占比
1.设备环节
抽水蓄能产业链上游主要为设备制造商，包括水轮机、水泵和发电机等设备制造企业。
水电设备行业集中度高，进入壁垒高，市场结构变化较小，国内主要大中型水轮发电机组制造厂商包括哈尔滨电气、东方电气、浙富控股、天津阿尔斯通、上海福伊特西门子、东芝水电等，其中哈电、东电分别具备年产约20台、15-20台大型抽水蓄能机组的制造、交付和安装服务能力。
此外湘能股份在中小型抽水蓄能市场，产品集中在50MW以下，已与国内水轮机厂家、电网公司合作着手布局中小型抽水储能市场，在抽水储能电机方面已获得市场订单。
水电工程主要设备及装置性材料造价指标
2.电站建设环节
抽水蓄能产业链中游为承担电站主体建设的公司，主要有中国电建、中国能建和粤水电等。
抽水蓄能项目主要采用EPC模式，由中国电建等规划设计并承担项目建设，根据《发展抽水蓄能推动绿色发展》，“十四五”重点实施项目中，中国电力建设集团有限公司承担了85%以上的项目勘测设计工作。水利水电建设具备一定复杂性，资质和项目业绩壁垒突出，市场主要由头部企业占据。
截至2020年末，我国已建3249万千瓦抽水蓄能装机容量中，中国电建承建占比33.3%，在建5393万千瓦抽水蓄能装机容量中，中国电建承建占比44.2%，处于市场龙头地位。此外，中国安能、中国铁建等企业也参与抽水蓄能电站部分地下工程建设。
3.电站运营环节
主要为国家电网、南方电网等电力企业。截止到2021年底，国网新源公司在运和在建抽水蓄能规模分别为2351、4578万千瓦，占比分别约为64.6%和74.4%，南网双调在运858万千瓦，占比24%，在抽水蓄能开发建设及运营市场中占据决定领导地位。
2022年6月文山电力发布关于重大资产重组事项的进展公告，文山电力拟筹划以资产置换及发行股份的方式购买中国南方电网有限责任公司所持有的南方电网调峰调频发电有限公司100%股权，将成为南网旗下抽水蓄能上市平台。
其次江苏国信、内蒙古电力、三峡集团、豫能控股、浙江新能、湖北能源、桂东电力、皖能电力、新天绿能等能源企业也在积极布局抽水蓄能电站运营。
本文参考资料：电力设备及新能源行业深度报告、抽水蓄能行业研究、网络等
储能产业交流群
2021年全球电化学储能装机规模21.1 GW。其中，锂离子电池93.9%；铅蓄电池2.2%；钠基电池2.0%；液流电池1.2%；超级电容器0.2%；其它0.5%。到2025年，预计电化学储能增量将达到12GW/年，累计装机约40GW。在储能产业链中，各种电化学储能技术、新材料、先进制造设备、储能配套设施等都迎来了爆发式增长的机会。为促进储能产业行业交流，艾邦特建有“储能产业交流群”，欢迎业内人员加入。
方法：长按识别二维码关注公众号，点击公众号下方菜单栏“微信群”，申请加入群聊。
推/荐/阅/读
原文始发于微信公众号（艾邦储能与充电）：装机量约180.7GW！抽水蓄能迎新一轮建设高峰