重力储能行业深度报告：乘风光大基地建设之东风，重力储能未来可期

行业深度报告 2022年08月09日 乘风光大基地建设之东风，重力储能未来可期 ——重力储能行业深度报告 核心观点 新型重力储能下游应用场景广泛，补全现有储能技术不足。与锂电池储能相比：1）成本方面，重力储能度电成本相对较低；2）储能时长方面，储能时长更长，相对更能满足下游应用场景的储能需求；3）效率方面，储能塔等项目与锂电池储能差距较小。在温度层面重力储能的效率相对于锂电池更加稳定；4）安全方面，重力储能属于机械储能，无自燃以及爆炸等安全隐患。与抽水蓄能相比：新型重力储能的类型多样，因此选址限制较少且不完全依赖于水源。重力储能方案种类多样：1）基于不同的地形可选取不同的重力储能方案，其中包括基于抽水蓄能、基于构筑物高度差、基于山体落差、基于地下竖井的方案；2）响应时间：各重力储能方案响应时间跨度较大（从小于1秒到大于 10秒），不同重力储能方案可满足不同的响应需求。 评级推荐（维持）报告作者 作者姓名段小虎 资格证书S1710521080001 电子邮箱duanxh@easec.com.cn 股价走势 储能塔：重力储能先锋，降本路径清晰。从发展进程来看，EV公 司储能塔海外项目成功并网，且公司产品升级较快。从建造方面来看，储能塔能量密度较小、占地面积大、外部环境影响、建造污染等问题均有待解决。1）储能塔能量密度：单个储能塔能量密度相对较低。针对此问题可以通过多储能塔多模块拼凑解决，整体储能系统容量有望扩展到1GWh；2）占地面积：储能塔占地面积较大，EnergyVault的储能项目采用25MW储能容量，其占地面积达2英亩（约8000平方米）。因此短期应用将主要集中于土地资源丰富的地区，例如作为风光大基地的配套储能项目；3）外部环境影响：储能塔塔吊技术要求较高，水泥块位置误差要求为毫米级。针对该问题，EVx™平台可提高重力储能系统应对恶劣条件的能力；4）建造污染方面：根据中国水泥网计算，每生产1吨水泥熟料将会排放1吨二氧化碳。后期有望通过其他密度较高的物质进行替代，从而降低浇筑水泥所带来的碳排放。从系统容量和效率来看，起重机可在2.9s内达到最高功率，能源效率能够达到90%。该储能塔可持续以4-8MW功率连续放电8-16小时。从成本来看，根据EV公司测算，储能塔技术平准化成本约为0.32元/kwh。主要降本路径是对密度较高的废料重铸，替代水泥重力块。 截至2030年，新型重力储能市场规模有望超300亿元。我们假设：1）储能市场累计装机容量：2025年和2030年我国储能装机容量分别为255GWh和755GWh；2）重力储能渗透率：2025年和2030年重力储能渗透率分别为5.5%和15%；3）重力储能单GW成本：储能塔降本路径相对清晰，后续有望通过规模化生产以及改变重力块材料进行降本。从短期看（截至2025年），重力储能市场规模有望突破百亿元。重力储能处于市场发展初期，根据目前商业化进程来看，前期将以储能塔为主。从长远来看，新型重力储能市场规模有望超300亿元。经过前期技术验证，重力储能技术得到认可，且技术更为成熟。储能塔降本有望加速，重力储能的市场占有率或有望大幅增长。 投资建议 建议关注拥有重力储能技术的公司。相关标的：中国天楹。 风险提示 重力储能技术发展不及预期；储能政策推进不及预期。 相关研究 《【电新】2022年H1海内外光伏需求旺盛，7月国内新能源汽车持续发力_20220725》2022.07.25 《【电新】2022年H1光伏新增装机量同比+137.4%，光伏电池+组件出口金额同比+95.4%_20220721》2022.07.21 《【电新】新能源汽车6月销量强劲，可再生能源电价补贴下达_20220704》2022.07.05 《【电新】洞悉光伏主产业链系列一——光伏电池片：N型电池片技术迭代拉开序幕，引领行业降本增效_20220630》2022.06.30 《【电新】2022年可再生能源电价附加补助地方资金预算出台，推动解决可再生能源发电补贴资金缺口_20220629》2022.06.29 行业研究 ·综合电力设备商 ·证券研究报告 正文目录 1.新型重力储能：储能行业后起之秀4 1.1.重力储能旧瓶换新酒4 1.2.新型重力储能种类多样，应用场景打开4 1.3.新型重力储能优势突出，储能塔一骑绝尘7 2.重力储能上下游产业链8 2.1.上游原材料价格稳定，重力储能建设设备供给充足8 2.2.中游重力储能系统安装以及运维商成为主角9 2.3.重力储能下游为储能全应用场景10 3.储能行业需求增长，重力储能优势助其打开市场空间10 3.1.需求端、政策端齐发力，行业整体空间大幅增长10 3.1.1.新能源装机量持续上涨，推动储能行业整体需求增长10 3.1.2.储能政策逐步落地，为储能行业发展保驾护航14 3.2.解决行业痛点问题，新型重力储能大有可为16 4.多种新型重力储能系统处于发展初期，重力塔储能项目抢先落地国内17 4.1.储能塔商用进展加速，多种重力储能系统进入试验及商用阶段17 4.1.1.海下储能系统18 4.1.2.储能塔20 4.1.3.机车斜坡轨道系统21 4.1.4.山地缆绳索道储能系统22 4.1.5.地下竖井系统23 4.2.重力储能市场规模测算24 5.相关标的25 5.1.中国天楹25 5.1.1.立足传统环保业务，切入重力储能领域25 5.1.2.Urbaser剥离，公司盈利能力回升26 5.1.3.垃圾发电业务稳定增长，重力储能业务成为第二增长点28 6.风险提示29 图表目录 图表1.重力储能发展历程4 图表2.德国海下储能StEnSea储能系统5 图表3.活塞水泵储能系统5 图表4.储能塔储能过程示意图5 图表5.ARES轨道车辆储能系统6 图表6.山地缆绳索道结构6 图表7.Gravitricity公司废弃钻井储能6 图表8.葛洲坝中科储能废弃矿井+缆绳系统6 图表9.主流储能技术对比7 图表10.多种新型重力储能相关参数对比8 图表11.重力储能产业链全景图8 图表12.2017-2022年6月我国水泥价格指数走势（点）9 图表13.铁矿石价格指数（元/吨）9 图表14.起重机进出口数量（辆）9 图表15.重力储能下游场景应用图10 图表16.光伏及风电装机量维持较高增速（GW）11 图表17.2021年储能装机增速大幅回升（GW）11 图表18.2015-2021年我国新能源配储比例11 图表19.2015-2021年我国弃风弃光情况11 图表20.2021年我国各地风电弃风率12 图表21.2021年我国各地弃光率13 图表22.储能调峰示意图14 图表23.储能调频示意图14 图表24.储能政策汇总15 图表25.LFP电池充放电效率随温度变化趋势16 图表26.2017年-2022年1-5月全球电化学事故次数统计（起）16 图表27.全球重力储能公司17 图表28.重力储能技术发展情况汇总18 图表29.StEnSea-博登湖试点测试球体结构及参数19 图表30.海下储能安装条件19 图表31.2017年全球StEnSea系统安装面积TOP10（km2）20 图表32.2017年全球StEnSea系统安装面积占比情况20 图表33.EVxTM平台示意图21 图表34.EV1项目图21 图表35.轨道机车储能系统选址参考参数22 图表36.内华达项目参数情况22 图表37.MGES与主流储能项目成本对比23 图表38.MGES项目不同参数储能情况23 图表39.Gravitricity爱丁堡项目相关参数24 图表40.Gravitricity地下竖井项目示意图24 图表41.2021年中国储能市场累计装机规模占比情况25 图表42.2021年中国新增储能装机量占比情况25 图表43.重力储能市场规模测算25 图表44.中国天楹发展历程26 图表45.中国天楹股权架构图（截至2022年一季报）26 图表46.2015-2022Q1公司营收（亿元）27 图表47.2015-2022Q1公司归母净利润（亿元）27 图表48.2015-2022Q1公司毛利率、净利率28 图表49.2015-2022Q1公司各项费用率28 图表50.2015-2022Q1公司经营性现金流情况（亿元）28 1.新型重力储能：储能行业后起之秀 1.1.重力储能旧瓶换新酒 重力储能属于机械储能，其储能介质主要为固体物质和水。重力储能的基本原理是基于高度落差对储能介质进行升降，从而完成储能系统的充放电过程。1）当以水为重力储能介质时，储能系统可以使用密封性较好的管道、竖井等结构。水介质最大的局限在于其灵活性以及储能容量将会受到水源和地形的极大限制；2）当以固体物质为介质时，固体重物需要选择密度较高的物质，例如金属、水泥、石砂等从而实现相对较高的能量密度。 新型重力储能将通过多种路径实现。海外在19世纪末已有抽水蓄能 电站；我国重力储能应用相对较晚，于1968年建成第一座小型混合式抽水蓄能电站。目前根据储能介质和落差实现路径的不同有多种重力储能方案：基于抽水蓄能、基于构筑物高度差、基于山体落差、基于地下竖井等方案。 图表1.重力储能发展历程 资料来源：华经产业研究院，东亚前海证券研究所 1.2.新型重力储能种类多样，应用场景打开 重力储能种类多样，不同类型重力储能应用场景不同。根据重力储能的介质以及高度差，主要有以下四种储能类型：新型抽水蓄能、基于构筑物高度差的重力储能、基于山体落差的重力储能和基于地下竖井的重力储能。 新型抽水蓄能解决传统抽水蓄能痛点，提高消纳新能源发电的能力。海下储能系统：1）利用海水静压差通过水泵-水轮机进行储能和释能；2）合理利用海洋空间，适合用于沿海大规模储能。我国用电负荷大多为沿海地区，海上风电场建设加速，沿海地区储能需求或将迎来爆发期。此种储能的难点在于中空球体的制造、海底系统的加固以及海面沟通的电缆和管道的架设。活塞水泵储能系统：1）利用活塞的重力势能在密封良好的通道内形成水压进行储能和释能；2）根据活塞的质量以及被抬升高度的改 变，可以改变其储能容量，从而实现电网级的长时间储能。该储能系统容量可调，水量需求较少，可灵活应用于城市中小功率储能和大规模储能。相对于传统的抽水蓄能用水量更少，选址更加灵活。尽管相对于传统抽水蓄能选址更为灵活，但是该项储能技术只能建造在地质坚硬的地区，因此大规模应用仍受阻碍。 图表2.德国海下储能StEnSea储能系统图表3.活塞水泵储能系统 资料来源：国防科技信息网，东亚前海证券研究所资料来源：《新型重力储能研究综述》，东亚前海证券研究所 基于构筑高度差的重力储能各方面优势显著，选址制约相对较小。以储能塔为例，储能塔是利用起重机将混凝土块堆叠成塔的结构；通过混凝土块的吊起和掉落进行储能和释能。储能塔具有选址灵活、能源效率较高、可长时间连续功率放电、响应速度快等优点。因此，该系统足以满足电网侧调峰的需求。破除基于构筑高度差的重力储能系统发展制约的关键在于克服外部环境影响，保证做到毫米级别的误差控制。 图表4.储能塔储能过程示意图 资料来源：Energyvault官网，东亚前海证券研究所 基于山体落差的重力储能结构能够降低安全风险，实现连续大规模储能。ARES公司轨道车辆储能系统的工作原理:通过起重机将沙砾等运送到山顶，在沙石运回山下时将重力势能转化为电能。后期演变成多电机多绞盘分段储能，连续作业，利用传送链提升重物方案可以减少能量损耗，安全性足以支撑长时间连续工作。该储能系统对环境影响小，利用重物储能 和释能，且没有坍塌风险，结构稳定，易实现大规模安全储能。轨道车辆储能系统建设成本较高，且需要依靠山地地形，因此其发展受到制约。山地缆绳索道结构工作原理：由两个平台连接而成，每一个平台都由一个类似矿山的砂砾储存站和一个正下方的加砂站组成。阀门将沙石填放入筐内，然后通过起重机和电机电缆将其运送到高海拔平台。通过将沙石运回低海拔平台，从而将重力势能转化为电能。此系