图为浙江长龙山抽水蓄能电站
为实现碳达峰碳中和战略目标，可再生能源发电的规模快速提升，也推动了储能行业的发展。近日，国家发改委、国家能源局印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》，为储能赛道再添了一把火。本次实施方案提出的新型储能，主要针对的是以锂电池为代表的电化学储能。
锂电池储能的风口处自然热闹非凡，国内动力电池企业大多都在开辟储能业务，作为极为重要的第二增长曲线。
然而事实上，储能技术是多种多样的，常见的是电化学储能和机械储能两大类。电化学储能作为增长最快的细分领域吸粉最多，而默默担当大任的机械储能却已悄然迎来了发展的拐点，值得投资者及各界人士深入追踪。本文将尝试分析大家并不熟悉却前景同样广阔的——抽水蓄能：
为什么说它既是储能产业的基石，又是风电、光伏及核电等整个新型电力系统的压舱石？
图1：储能技术分类，资料来源：派能科技招股说明书
01
储能产业的基石—抽水蓄能
何谓抽水蓄能？
虽然抽水蓄能对大多数人来说都是陌生的领域，但它并不是什么新鲜的技术。抽水蓄能作为最早的大容量储能技术，从20世纪中期开始就被大量运用，逐渐成为全世界应用最为广泛的储能技术。
据国际水电协会（IHA）发布的全球水电报告，截至年底，全球抽水蓄能装机规模为1.59亿千瓦，占储能总规模的94%。在我国，抽水蓄能在储能领域同样是主导者。
图2：截至年末中国抽水蓄能占比，资料来源：CNESA
抽水蓄能，按字面意思理解，即利用水作为储能介质，通过电能与水的势能相互转化，实现电能的储存和释放。通常一座抽水蓄能电站由两座海拔高度不同的水库、水轮机、水泵以及配套的输水系统等组成。
工作原理
我们都熟悉，水力发电的原理是把水的势能转化为电能。抽水蓄能技术和水力发电技术是一脉相承的，底层技术都是势能和电能的相互转换。
在抽水蓄能电站运行过程中，当用电处在低谷时，先用电网中富余的电将水抽到上水库储存，这个过程是把电能转化为水的势能；等到用电高峰来的时候，再将上水库的水放出来，水流顺势而下推动水轮机发电，电就“送回去”了。
抽水蓄能有两种方式，一种是纯抽水蓄能，国内建的大部分都是这类，比如广州抽水蓄能电站、河北丰宁抽水蓄能电站；另一种是混合式抽水蓄能，是在纯抽水蓄能的基础上安装有普通水轮发电机组，可以利用上河道的水流发电。后者既有储能的作用，又拥有常规水电站的功能。
图3：抽水蓄能电站示意图，资料来源：鹏芃科艺
建设抽水蓄能的必要性
鉴于风电、光伏资源的特殊性，风电、光伏装机容量在负荷高峰时存在不能充分利用的可能性。故而建设抽水蓄能电站的必要性格外凸显：它可以同等程度替代煤电装机容量，并发挥调峰、填谷等特殊功能，能够显著减轻电网调峰压力。
具体来说，建设抽水蓄能电站，可以有效改善电网系统运行条件，降低系统煤耗量，提高水电、风电资源的利用程度，保证核电机组安全平稳运行，提高核电运行效益，从而促进能源结构的优化调整和清洁能源、可再生能源的发展。
抽水蓄能的优点
1)技术成熟
在我国，抽水蓄能早在20世纪60年代就实现了商业化应用。经过半个世纪的发展，我国的抽水储能技术已经处于世界一流水平。
图4：中国抽水蓄能电站发展历程，资料来源：中国改革报《能源发展》周刊，华创证券
2)运行成本低
看到运行成本低，相信很多人会疑问，抽水蓄能电站是个大工程，成本能低到哪里去？实际上，抽水蓄能电站度电成本（即储能电站总投资/储能电站总处理电量）远低于其他储能方案。
具体来说，根据国家能源局披露抽水蓄能在建项目数据，抽蓄电站平均单位装机投资金额为元/千瓦，初始投资确实较大，但抽水蓄能电站建成之后稳定运营期超过50年，甚至长达年，长期保值摊薄了各项费用。这就跟水力发电一样，虽然建造成本高昂，但综合下来反倒是最经济的电力来源。
根据澳洲国立大学研究团队的成本模型数据：使用%可再生能源电力系统发电成本约$30/MWh，平衡成本约$20/MWh（含抽水蓄能、高压直流输电和光伏/风电溢漏成本），总度电成本约为$50/MWh（约合人民币0.32元/KWh）。
反观电化学储能虽然装机成本低，但其寿命跟抽水蓄能相比实在太短。当前成本较低的磷酸铁锂电池，循环寿命往往只有次左右，导致其度电成本高达0.62-0.82元/kWh。显然，抽水蓄能是现成的较为经济的储能技术，有抽水储能在，我们不必过于依赖锂电池或其他储能方式在未来能够大幅降本。
图5：使用%可再生能源电力的抽水蓄能成本模型，资料来源：澳洲国立大学研究团队
3)储电能力大
抽水蓄能电站额定功率一般在-MW之间，是目前唯一达到GW级且能大规模使用的储能技术。
那么抽水蓄能具体有多大能耐呢？举个例子，今年3月17日，国家电网浙江泰顺、江西奉新两座抽水蓄能电站工程同时开工建设，这两座电站装机容量都达到了万千瓦，预计年竣工投产后，年发电量可达24亿度。这相当于一个可以储存24亿度电的“巨型充电宝”。
还有更大的巨无霸，世界上最大抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能电站，总装机容量万千瓦。电站全部投产后每年可消纳过剩电能87亿千瓦时，年发电量62.88亿千瓦时，可以满足万户家庭一年的用电。丰宁抽水蓄能电站也因此成为京津冀能源电力转型的关键项目。
4)响应快
有人会问，抽水蓄能体型大，是典型的机械储能，真到紧急调节的时候，反应速度跟得上吗？与煤电、气电等相比，抽水蓄能电站的优势就是“更灵活”，后者启停速度更快，从停机状态到满负荷运行仅需几十秒至数分钟。而且，抽水蓄能也一样具备黑启动能力。
往远一点看，抽水储能凭借快速响应和大容量存储能力可以填补煤炭和天然气发电站退役后的空白。
5)待开发资源丰富
由于当前大部分抽水储能电站都与水电项目有关或者沿河而建，大家会以为建一个少一个。实际上，在远离河流的广阔地区，潜在的抽水蓄能站点极其丰富，也被业内称为离河抽水储能。
所谓离河抽水储能，通常只需满足一对人工水库（每个面积为几平方公里），彼此靠近（相隔几公里），但海拔不同（-0米的高度差）即可。水在两个水库之间通过管道无限循环，偶尔通过雨水、人工等方式来以弥补水分蒸发。而且离河抽水储能还有个优势就是建设防洪设施的成本更低。
那么抽水储能的整体规模究竟有多大呢？此前澳大利亚的研究团队曾做过相应研究，其在全球发现了约61.6万个潜在可行的站点（含现有水库），储能容量约万GWh。其中，东亚地区有12.4万个，储能容量约为万GWh，相当于每百万人口有2GWh的潜在抽水储能容量（按照16.7亿人口计算）。
根据上述团队的估算，支撑%可再生能源电力系统（90%为风电和光伏，10%为水电和生物质能等）所需储能约为每百万人20GWh，那么抽水储能的潜在储能容量将达到所需储能的倍。即使将来全社会用电量大幅提升，也足够满足。
换言之，未来以风电、光伏为主要电力来源，配合抽水蓄能、特高压、智能电网，就能用较为经济的成本支撑起以可再生能源为主的新型电力系统。
图6：东亚地区拥有每百万人2GWh的潜在储能容量，资料来源：澳大利亚国立大学研究团队
到这里想必有人会疑问，依靠人工水库的抽水储能得多耗费水资源？基于澳大利亚电力系统的建模表明，假设抽水蓄能电站在20年的过渡期内分阶段进行填充水库，平均下来就是每人每天多花3升水，这相当于年广东省人均日均用水量的1.27%。
6)安全性高
抽水蓄能利用水作为储能介质，安全性是毋庸置疑的。反观电化学储能却因安全事件时常引发行业内外高度
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