Рынок механического хранения энергии — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по типу (гидроаккумулирующие установки (PHS), накопители сжатого воздуха (CAES), накопители энергии на основе маховика (FES)), по конечному пользователю (коммунальные услуги, промышленный сектор, коммерческий сектор), по региону и конкуренции, 2019–2029 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок механического хранения энергии оценивался в 37,67 млрд долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет прогнозировать устойчивый рост в прогнозируемый период с CAGR 7,22% до 2029 года.

Рынок механического хранения энергии охватывает технологии, которые хранят энергию с помощью механических процессов и высвобождают ее по мере необходимости. Этот рынок в основном включает такие системы, как гидроаккумулирующее хранение, хранение энергии сжатым воздухом (CAES) и хранение энергии маховиком. Эти технологии используют физические методы для хранения и преобразования энергии, предлагая такие преимущества, как высокая эффективность, масштабируемость и длительный срок службы.

Гидроаккумулирующее хранилище включает перемещение воды между резервуарами на разных высотах для выработки электроэнергии. Хранилища энергии сжатого воздуха хранят воздух под давлением в подземных пещерах или контейнерах, который затем выпускается для приведения в действие турбин. Хранилище энергии с маховиком использует вращающийся маховик для хранения кинетической энергии, которая может быть преобразована обратно в электрическую энергию.

Этот рынок обусловлен растущим спросом на интеграцию возобновляемых источников энергии, стабильность сети и энергетическую безопасность. Поскольку мир переходит на более чистые источники энергии, механические решения для хранения энергии играют решающую роль в балансировке спроса и предложения, повышении надежности сети и поддержке роста прерывистых возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца. Ожидается, что рынок будет расти за счет технологических достижений, снижения затрат и поддерживающей государственной политики, продвигающей решения по хранению энергии.

Ключевые драйверы рынка

Интеграция возобновляемых источников энергии

Интеграция возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, является основным драйвером мирового рынка механического хранения энергии. Поскольку мир переходит к более чистым энергетическим решениям, непостоянство возобновляемых источников представляет собой значительную проблему для стабильности сети и энергоснабжения. Механические системы хранения энергии, такие как гидроаккумуляторы, накопители сжатого воздуха (CAES) и накопители энергии на основе маховика, предоставляют эффективные решения для решения этих проблем.

Гидроаккумуляторы, которые включают в себя перекачку воды между резервуарами на разных высотах, особенно эффективны для балансировки спроса и предложения. Когда производство возобновляемой энергии превышает потребление, избыток электроэнергии можно использовать для перекачки воды на более высокую высоту. В периоды низкой генерации возобновляемой энергии накопленная вода высвобождается для выработки электроэнергии, тем самым сглаживая колебания и обеспечивая стабильное энергоснабжение.

Хранение энергии сжатым воздухом работает аналогичным образом, сохраняя избыточное электричество в виде сжатого воздуха в подземных пещерах или контейнерах. Когда спрос на энергию превышает предложение, сжатый воздух высвобождается для приведения в действие турбин и выработки электроэнергии. Этот процесс помогает приспособиться к изменчивой природе возобновляемых источников энергии и обеспечивает надежное энергоснабжение.

Маховиковые системы хранения энергии хранят энергию в форме вращательной кинетической энергии. Они способны к быстрому реагированию и могут обеспечивать стабильность сети, компенсируя краткосрочные колебания в генерации возобновляемой энергии. Способность механических систем хранения энергии адаптироваться к переменной выходной мощности возобновляемых источников повышает их привлекательность как части сбалансированной и устойчивой энергетической системы.

Поскольку правительства и организации по всему миру ставят амбициозные цели в области возобновляемой энергии и стремятся сократить выбросы парниковых газов, спрос на решения для механического хранения энергии будет продолжать расти. Эти технологии играют решающую роль в обеспечении интеграции возобновляемых источников энергии в сеть и поддержке перехода к устойчивому энергетическому будущему.

Достижения в области технологий

Технологические достижения в системах механического хранения энергии являются значительным драйвером роста рынка. Инновации в материалах, дизайне и проектировании привели к повышению производительности, эффективности и экономической эффективности этих систем. По мере того, как исследования и разработки продолжают развиваться, технологии механического хранения энергии становятся все более конкурентоспособными и жизнеспособными для более широкого спектра приложений.

В области гидроаккумулирования достижения включают разработку более эффективных систем турбогенераторов и улучшенных методов гидравлического моделирования. Эти инновации повышают эффективность преобразования энергии и снижают эксплуатационные расходы. Новые критерии выбора места и миниатюрные системы также расширяют потенциал гидроаккумулирования в местах, где традиционные крупномасштабные объекты нецелесообразны.

Технология хранения энергии сжатым воздухом достигла успехов в разработке высокоэффективных компрессоров и детандеров. Инновации в области современных материалов, таких как высокопрочные сплавы и композиты, улучшили производительность и долговечность емкостей для хранения. Кроме того, исследования в области адиабатических CAES, которые улавливают и повторно используют тепло, выделяемое при сжатии, имеют потенциал для значительного повышения общей эффективности системы.

Маховиковые системы хранения энергии извлекли выгоду из достижений в области высокоскоростных подшипников, магнитной левитации и композитных материалов. Эти разработки позволяют маховикам работать на более высоких скоростях с уменьшенным трением и потерями энергии. Использование передовых систем управления и силовой электроники также улучшило отзывчивость и надежность маховиковых систем.

По мере дальнейшего развития технологий ожидается, что механические системы хранения энергии станут более эффективными, экономичными и масштабируемыми. Эти усовершенствования будут способствовать более широкому внедрению решений по механическому хранению энергии и поддерживать их интеграцию в энергетические системы по всему миру. Продолжающаяся технологическая эволюция является ключевым фактором, способствующим росту и развитию мирового рынка механического хранения энергии.

Повышенный спрос на стабильность и надежность сети

Растущий спрос на стабильность и надежность сети является важнейшим фактором развития мирового рынка механического хранения энергии. Поскольку электрические сети становятся все более сложными и включают в себя большую долю переменных возобновляемых источников энергии, поддержание стабильности и надежности сети становится все более важным. Системы механического хранения энергии предлагают решения для решения этих проблем и обеспечения стабильного и надежного энергоснабжения.

Стабильность сети имеет важное значение для предотвращения отключений электроэнергии и обеспечения непрерывной работы электрических систем. Технологии механического хранения энергии, такие как гидроаккумулирующие электростанции, накопители сжатого воздуха (CAES) и накопители энергии на основе маховика, могут оказать решающую поддержку для поддержания стабильности сети, выступая в качестве буферов во время колебаний спроса и предложения.

Системы гидроаккумулирования с насосами особенно эффективны для обеспечения стабильности сети благодаря своей способности быстро реагировать на изменения спроса на электроэнергию. Регулируя поток воды между резервуарами, эти системы могут быстро увеличивать или уменьшать выработку электроэнергии в соответствии с колебаниями спроса на электроэнергию. Эта возможность помогает предотвратить дисбаланс частот и поддерживать общую стабильность электрической сети.

Системы хранения энергии на основе сжатого воздуха также могут способствовать стабильности сети, обеспечивая резервное питание в периоды высокого спроса или низкого производства возобновляемой энергии. Способность быстро высвобождать накопленный сжатый воздух для выработки электроэнергии делает системы CAES ценными активами для балансировки спроса и предложения и поддержки надежности сети.

Системы хранения энергии на основе маховика обеспечивают быстрое время отклика и высокую плотность мощности, что делает их хорошо подходящими для обеспечения стабильности сети в ответ на краткосрочные колебания спроса и предложения на электроэнергию. Их способность быстро поглощать и высвобождать энергию помогает сглаживать колебания напряжения и частоты, способствуя общей надежности сети.

Поскольку потребность в надежном и стабильном электроснабжении растет, обусловленная ростом электрификации и интеграцией возобновляемых источников энергии, спрос на решения по механическому хранению энергии будет продолжать расти. Эти системы играют важнейшую роль в поддержании стабильности и надежности сети, что делает их ключевым компонентом современной энергетической инфраструктуры.

Основные проблемы рынка

Высокие начальные капитальные затраты

Одной из основных проблем, с которой сталкивается глобальный рынок механического хранения энергии, являются высокие начальные капитальные затраты, связанные с развертыванием этих систем. Технологии механического хранения энергии, такие как гидроаккумулирующие накопители, накопители сжатого воздуха (CAES) и накопители энергии с маховиком, как правило, требуют значительных инвестиций в инфраструктуру, оборудование и установку.

Гидроаккумулирующие накопители, хотя и являются зрелой технологией, предполагают строительство крупномасштабных резервуаров и гидравлической инфраструктуры, что может быть дорогостоящим и трудоемким. Разработка подходящих площадок для таких проектов также может быть сложной задачей, особенно в районах с географическими или экологическими ограничениями. Кроме того, длительные сроки, связанные с получением разрешений и строительством, еще больше увеличивают первоначальные затраты.

Системы хранения энергии сжатого воздуха также сталкиваются со значительными капитальными требованиями. Строительство подземных пещер или резервуаров для хранения, наряду с установкой компрессоров и детандеров высокого давления, требует значительных инвестиций. Более того, разработка адиабатических CAES, которые улавливают и повторно используют тепло, выделяемое во время сжатия, требует дополнительных усилий по исследованиям и разработкам для достижения экономически эффективных решений.

Маховиковые системы хранения энергии, хотя и предлагают быстрое время отклика и высокую плотность мощности, по-прежнему требуют значительных инвестиций в передовые материалы, высокоскоростные подшипники и системы магнитной левитации. Расходы, связанные с этими высокотехнологичными компонентами, и необходимость точного проектирования вносят свой вклад в общие капитальные затраты.

Высокие первоначальные капитальные затраты могут стать препятствием для широкого внедрения технологий хранения механической энергии, особенно в регионах с ограниченными финансовыми ресурсами или там, где альтернативные варианты хранения более конкурентоспособны по стоимости. Для решения этой проблемы финансовые стимулы, субсидии и инновационные механизмы финансирования могут сыграть решающую роль в снижении экономического бремени и поощрении инвестиций в проекты по механическому хранению энергии.

Более того, достижения в области технологий и экономия за счет масштаба могут со временем снизить затраты. Поскольку исследования и разработки продолжают повышать эффективность и рентабельность систем механического хранения энергии, ожидается, что финансовая жизнеспособность этих технологий улучшится, что сделает их более доступными для более широкого спектра приложений и рынков.

Ограничения, связанные с местом

Еще одной значительной проблемой для мирового рынка механического хранения энергии являются ограничения, связанные с местом. Для эффективной работы систем механического хранения энергии часто требуются особые географические или экологические условия, что может ограничивать их развертывание и масштабируемость.

Например, для гидроаккумулирования требуются подходящие места со значительным перепадом высот и доступом к водным ресурсам. Идеальными местами обычно являются горные или холмистые регионы, где можно построить крупные водохранилища. Однако поиск подходящих мест с необходимым рельефом и наличием воды может оказаться сложной задачей, а воздействие таких проектов на окружающую среду может вызвать обеспокоенность у местных сообществ и регулирующих органов.

Системы хранения энергии сжатого воздуха нуждаются в геологических формациях, подходящих для хранения сжатого воздуха, таких как подземные пещеры или истощенные газовые месторождения. Доступность таких геологических формаций ограничена, а процесс выявления и оценки потенциальных мест может быть сложным и дорогостоящим. В регионах без подходящих подземных формаций развертывание систем CAES может быть непрактичным или экономически нецелесообразным.

Системы хранения энергии с маховиками в меньшей степени ограничены географическими факторами, но все еще сталкиваются с ограничениями, связанными с пространством и инфраструктурой. Установка маховиков требует специализированных помещений для размещения высокоскоростного вращения и передовых систем управления. Кроме того, необходимость точного проектирования и соображений безопасности может ограничить развертывание маховиков в определенных городских или промышленных условиях.

Ограничения механических систем хранения энергии, характерные для конкретной площадки, могут повлиять на их способность удовлетворять региональные потребности в энергии и повлиять на общий потенциал рынка. Для преодоления этих проблем необходимы инновационные подходы, такие как модульные и масштабируемые конструкции, гибридные системы хранения и разработка новых технологий с более широкими возможностями развертывания.

Устранение ограничений, специфичных для конкретного объекта, с помощью исследований, технологических достижений и адаптивных стратегий развертывания может помочь расширить применимость механических систем хранения энергии и повысить их вклад в устойчивую и отказоустойчивую энергетическую инфраструктуру.

Основные тенденции рынка

Растущее внедрение гибридных систем хранения

Значительной тенденцией на мировом рынке механического хранения энергии является растущее внедрение гибридных систем хранения. Гибридные системы объединяют технологии механического хранения энергии с другими формами хранения или генерации энергии для оптимизации производительности, эффективности и экономической эффективности. Интегрируя различные методы хранения, эти системы могут устранить ограничения и усилить сильные стороны отдельных технологий.

Гибридные системы часто сочетают механическое хранение, такое как насосные гидросистемы или маховиковые системы, с химическими технологиями хранения, такими как литий-ионные аккумуляторы или проточные батареи. Такое сочетание обеспечивает более широкий спектр применений, от краткосрочной балансировки мощности до долгосрочного хранения энергии. Например, хотя маховиковые системы превосходны в обеспечении быстрого реагирования и высокой плотности мощности, они могут быть не идеальными для длительного хранения. Интеграция их с батареями может обеспечить более сбалансированное и надежное энергоснабжение.

Другим примером является сочетание насосного гидрохранилища с солнечной или ветровой генерацией энергии. В периоды высокой выработки возобновляемой энергии избыток электроэнергии может быть использован для перекачивания воды на более высокую высоту. В периоды низкой выработки возобновляемой энергии накопленная вода может быть выпущена для выработки электроэнергии, тем самым обеспечивая непрерывное и стабильное энергоснабжение.

Внедрение гибридных систем обусловлено потребностью в более гибких и устойчивых решениях по хранению энергии, которые могут удовлетворить различные требования, от стабильности сети до интеграции возобновляемой энергии. Поскольку технологические достижения продолжают повышать эффективность и рентабельность гибридных систем, ожидается, что их использование будет расти, что приведет к более инновационным и интегрированным решениям по хранению энергии.

Достижения в области материалов и технологий

Достижения в области материалов и технологий оказывают значительное влияние на мировой рынок механического хранения энергии. Инновации в области материаловедения и инженерии повышают производительность, эффективность и долговечность механических систем хранения энергии, делая их более конкурентоспособными и жизнеспособными для ряда приложений.

В области гидроаккумулирования разработка передовых систем турбогенераторов и улучшенных методов гидравлического моделирования повышает эффективность и снижает эксплуатационные расходы. Инновации в материалах, такие как высокопрочные композиты и коррозионно-стойкие покрытия, также способствуют увеличению срока службы и сокращению потребностей в обслуживании.

Системы хранения энергии сжатого воздуха выигрывают от достижений в области высокоэффективных компрессоров и детандеров. Новые материалы, такие как усовершенствованные сплавы и композиты, улучшают производительность и долговечность емкостей для хранения. Кроме того, исследования в области адиабатического CAES, который улавливает и повторно использует тепло, выделяемое во время сжатия, повышают общую эффективность этих систем.

Системы хранения энергии с маховиками испытывают значительные улучшения благодаря достижениям в области высокоскоростных подшипников, магнитной левитации и усовершенствованных систем управления. Эти инновации позволяют маховикам работать на более высоких скоростях с уменьшенным трением и потерями энергии, что приводит к более эффективным и отзывчивым системам.

Поскольку исследования и разработки продолжают стимулировать технологический прогресс, ожидается, что механические системы хранения энергии станут более эффективными, экономичными и масштабируемыми. Эти достижения будут играть решающую роль в расширении рынка и поддержке интеграции решений по хранению энергии в глобальную энергетическую инфраструктуру.

Сегментные данные

Типовые данные

Сегмент гидроаккумулирующих станций занимал самую большую долю рынка в 2023 году. Гидроаккумулирующие станции (PHS) доминируют на мировом рынке механического хранения энергии благодаря нескольким ключевым факторам, которые подчеркивают ее широкое внедрение и известность.

Технология PHS отличается высокой эффективностью и надежностью. Она может достигать эффективности за цикл, как правило, от 70% до 90%, что делает ее надежным решением для крупномасштабного хранения энергии. Эта эффективность имеет решающее значение для балансировки спроса и предложения и обеспечения стабильной сети, особенно в регионах с высокой изменчивостью генерации энергии из возобновляемых источников.

PHS имеет значительную емкость хранения энергии и длительную продолжительность разряда. В отличие от других технологий хранения, PHS может хранить большие объемы энергии и высвобождать ее в течение длительных периодов времени, что делает ее идеальной для стабилизации сети и балансировки нагрузки. Эта возможность особенно ценна для интеграции непостоянных возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, которым требуется надежное резервное копирование для сглаживания колебаний генерации.

PHS извлекает выгоду из своей устоявшейся инфраструктуры и опыта эксплуатации. Технология используется уже несколько десятилетий, и многочисленные крупные объекты по всему миру демонстрируют солидный послужной список производительности и надежности. Эта долгая история привела к хорошо развитой цепочке поставок, снижению затрат за счет экономии масштаба и богатству технических знаний.

Проекты PHS обычно имеют длительный срок эксплуатации, часто превышающий 50 лет. Такая долговечность обеспечивает стабильную окупаемость инвестиций и оправдывает высокие первоначальные капитальные затраты, необходимые для строительства. Способность технологии обеспечивать долгосрочную и стабильную производительность высоко ценится на энергетическом рынке.

Несмотря на более высокие первоначальные затраты и ограничения, связанные с конкретными площадками, сочетание высокой эффективности, большой емкости для хранения, проверенной надежности и долгосрочных эксплуатационных преимуществ гарантирует, что PHS останется доминирующим игроком на мировом рынке механического хранения энергии.

.

Региональные данные

Азиатско-Тихоокеанский регион занимал самую большую долю рынка в 2023 году. Быстрый экономический рост и индустриализация в таких странах, как Китай и Индия, вносят значительный вклад. По мере расширения этих экономик растет спрос на надежные и эффективные решения для хранения энергии для поддержки промышленных операций, городского развития и интеграции возобновляемых источников энергии. Механические системы хранения энергии, в частности гидроаккумулирующие системы (PHS), хорошо подходят для удовлетворения этих потребностей, обеспечивая крупномасштабное надежное хранение энергии.

Государственная политика и инвестиции в возобновляемые источники энергии и энергетическую инфраструктуру играют решающую роль. Многие страны Азиатско-Тихоокеанского региона поставили амбициозные цели по внедрению возобновляемых источников энергии и вкладывают значительные средства в технологии хранения энергии для повышения стабильности сети и поддержки интеграции чистой энергии. Такие меры политики, как субсидии, стимулы и исследовательские гранты, стимулируют рост рынка и способствуют развертыванию механических систем хранения энергии.

Технологические достижения и снижение затрат повысили осуществимость и привлекательность решений по хранению механической энергии в регионе. Азиатско-Тихоокеанский рынок выигрывает от инноваций в технологиях и материалах, которые снижают стоимость и повышают эффективность таких систем, как гидроаккумулирующие системы и системы хранения сжатого воздуха (CAES). Эти достижения делают хранение энергии более доступным и экономически выгодным для крупномасштабных приложений.

Стратегические географические и экологические факторы также способствуют доминированию региона. Азиатско-Тихоокеанский регион имеет подходящие географические условия для крупномасштабных проектов гидроаккумулирующих систем, с множеством горных регионов и существующими водными ресурсами. Эта благоприятная среда способствует развитию обширных объектов PHS.

Последние разработки

• В мае 2024 года Китай запустил инициативу «золотой цепи» для продвижения новых технологий хранения энергии, при этом несколько провинций активизировали усилия по развертыванию этих решений и ускорению перехода к зеленой энергетике. В отличие от традиционных гидроаккумулирующих хранилищ, эти новые типы технологий хранения энергии были сосредоточены в первую очередь на хранении энергии в форме вырабатываемой электроэнергии. В 2024 году разработка этих новых технологий хранения энергии была впервые официально включена в отчет о работе правительства.
• В марте 2024 года компания Superdielectrics разработала передовую технологию хранения энергии, объединив электрические поля с традиционными методами химического хранения, что привело к созданию инновационного раствора на основе водного полимера. Компания официально запустила Faraday 1, свою передовую гибридную систему хранения энергии. Эта технология, прошедшая более миллиона часов строгих испытаний, продемонстрировала значительное улучшение производительности по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами и обладает потенциалом конкурировать или превосходить возможности литий-ионных аккумуляторов при дальнейшем развитии. Рынок хранения энергии в то время был в основном занят литий-ионными и свинцово-кислотными аккумуляторами, которые представляли проблемы для экономичного хранения быстро меняющихся и прерывистых возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия. Запатентованная полимерная технология Superdielectrics эффективно решила эти проблемы, предложив многообещающее решение для экономичного хранения возобновляемой энергии.
• В июле 2024 года компания Eos Energy Enterprises, Inc., лидер в области безопасных, масштабируемых и устойчивых систем длительного хранения энергии на основе цинка, объявила об успешном запуске коммерческого производства на своей новой современной производственной линии. Расположенный в Тертл-Крик, штат Пенсильвания, этот объект значительно расширяет производственные возможности компании для батарей Eos Z3™ в масштабах. Начало коммерческого производства знаменует собой важную веху для Eos, отражающую ключевое улучшение ее эксплуатационных возможностей и ее готовность удовлетворить растущий спрос на решения для долгосрочного хранения энергии. Процесс ввода этой линии в эксплуатацию включал всестороннюю оценку и проверку критических механических процессов, интеграцию программного обеспечения и общую производительность линии.

Ключевые игроки рынка

• ABB Limited
• Siemens AG
• Schneider Electric SE
• General Electric Company
• Toshiba Corporation
• Hydrostor Inc.
• Redflow Limited
• AES Corporation
• Centrica plc
• S&C Electric Company
• Eos Energy Storage LLC
• Samsung SDI Co., Ltd