2025年热储能产业技术趋势现状及投资前景分析报告

第1章：热储能产业发展概述及技术发展必要性

1.1 热储能产业界定

1.1.1 热储能的界定

热储能（Thermal Energy Storage，TES）是指通过加热或冷却储存介质，将热能以显热、潜热或化学反应热的形式储存起来，并在需要时释放利用的技术。热储能系统主要包括储热介质、储热容器、热交换器及控制系统等核心组件，能够实现热能的时空转移，提高能源利用效率。

1.1.2 热储能相似概念辨析

热储能与相关概念的区别主要体现在：

• 与电化学储能的区别
  ：电化学储能直接储存电能，而热储能储存的是热能形式的能量，需要通过热机循环等方式转换为电能。
• 与机械储能的区别
  ：机械储能通过势能或动能储存能量，如抽水蓄能、压缩空气储能等，而热储能则是通过温度变化或相变储存能量。
• 与余热回收的区别
  ：余热回收是对废热的直接利用，而热储能强调能量的储存和时间上的转移。

1.1.3 热储能所处行业

热储能产业属于新能源产业和节能环保产业的交叉领域，在国民经济行业分类中归属于"C34通用设备制造业"下的"C3469其他通用设备制造"，同时也涉及"D44电力、热力生产和供应业"。作为储能技术的重要分支，热储能产业是支撑能源转型和实现"双碳"目标的关键技术产业。

1.2 热储能产业链全景梳理及市场现状分析

1.2.1 热储能产业链全景及生态

热储能产业链包括以下环节：

上游：原材料供应商

• 储热材料：熔盐、导热油、相变材料、固体储热材料等
• 保温材料：岩棉、玻璃棉、气凝胶等
• 设备制造：换热器、储罐、管道、阀门等

中游：系统集成商

• 系统设计与集成
• 工程总承包（EPC）
• 关键设备制造

下游：应用领域

• 火电灵活性改造
• 可再生能源消纳（光热发电、风电供热等）
• 工业余热回收利用
• 清洁供暖
• 建筑节能

1.2.2 热储能产业供需情况分析

供给端：

• 国内热储能技术供应商超过200家，主要集中在北京、江苏、浙江、山东等地
• 技术路线多样化，包括熔盐储热、固体储热、相变储热等
• 产能快速扩张，2024年新增产能约5GWh

需求端：

• 火电灵活性改造需求旺盛，预计存量改造市场超过300GW
• 可再生能源配储需求增长，特别是光热发电领域
• 工业领域碳减排压力推动余热回收利用需求
• 北方清洁供暖改造持续推进

1.2.3 热储能产业市场规模分析

根据行业统计数据：

• 2024年中国热储能市场规模达到156亿元，同比增长42%
• 新增装机容量约8.5GWh，累计装机容量超过25GWh
• 预计2025年市场规模将突破220亿元
• 到2030年，市场规模有望达到800-1000亿元

1.2.4 热储能产业市场竞争分析

市场竞争格局呈现以下特点：

竞争格局：

• 市场集中度较低，CR5约35%
• 技术路线竞争激烈，尚未形成统一标准
• 区域性特征明显，本地化服务能力重要

主要参与者：

• 传统能源装备企业：西子洁能、金合能源、爱能森等
• 新能源企业：首航高科、中控太阳能等
• 科研院所衍生企业：中科院工程热物理所、清华大学等背景企业

1.3 热储能产业技术发展的必要性/重要性

热储能技术发展的必要性体现在以下方面：

1. 能源安全保障

• 提高能源系统灵活性，增强电网调节能力
• 减少对化石能源依赖，提升能源自主性

2. 双碳目标实现

• 支撑可再生能源大规模并网消纳
• 助力工业领域深度脱碳
• 推动建筑领域节能减排

3. 经济效益显著

• 提高能源利用效率，降低用能成本
• 延长设备使用寿命，减少投资
• 创造新的产业增长点

4. 技术发展需求

• 填补长时储能技术空白
• 解决可再生能源间歇性问题
• 推动能源系统智能化升级

第2章：热储能产业技术发展环境及现状

2.1 热储能技术原理/工艺介绍

热储能技术按储热机理可分为三大类：

1. 显热储能

• 原理：利用储热材料温度变化储存热能
• 储热量：Q = m × Cp × ΔT
• 常用材料：水、熔盐、导热油、岩石、混凝土等
• 工作温度：-50℃至1000℃

2. 潜热储能

• 原理：利用相变材料相变过程储存/释放潜热
• 储热量：Q = m × L（相变潜热）
• 常用材料：石蜡、脂肪酸、无机盐水合物、金属合金等
• 特点：储能密度高、温度恒定

3. 热化学储能

• 原理：利用可逆化学反应储存热能
• 常用体系：金属氢化物、碳酸盐、氢氧化物等
• 特点：储能密度最高、长期储存无损耗

2.2 热储能产业技术支撑体系分析

2.2.1 热储能产业技术科技创新单元

***研发机构：

• 中国科学院工程热物理研究所
• 中国科学院过程工程研究所
• 中国科学院广州能源研究所

高等院校：

• 清华大学热能工程系
• 西安交通大学能源与动力工程学院
• 浙江大学能源工程学院
• 北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室

企业研发中心：

• 西子洁能国家企业技术中心
• 首航高科技术研究院
• 爱能森储能技术研究院

2.2.2 热储能产业科研投入情况

• 2024年国家科研经费投入约15亿元，同比增长25%
• 企业研发投入占营收比重平均达到6-8%
• 重点研发计划支持项目20余项
• 地方政府配套资金超过10亿元

2.2.3 热储能产业技术标准分析

已发布标准：

• GB/T 41955-2022《储能电站安全规程》
• T/CRES 2001-2023《熔盐储热系统技术规范》
• T/CES 053-2021《电化学储能电站并网运行与控制技术规范》

在编标准：

• 《固体储热系统技术要求》
• 《相变储热材料性能测试方法》
• 《热储能系统能效评价标准》

2.2.4 热储能产业技术科研政策现状

国家层面：

• 《"十四五"能源领域科技创新规划》明确将热储能列为重点发展方向
• 《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》支持热储能示范应用
• 国家能源局发布多项支持政策，推动热储能在火电灵活性改造中的应用

地方政策：

• 山东、河北、内蒙古等地出台专项补贴政策
• 江苏、浙江等地将热储能纳入产业发展重点
• 多地设立专项基金支持热储能项目

2.3 热储能产业技术科技创新成果分析

2.3.1 热储能技术论文发表情况

（1）论文发表数量情况

• 2024年全球发表热储能相关SCI论文3,256篇
• 中国发表1,432篇，占比44%
• 年均增长率保持在15%以上

（2）论文发表区域分布

• 亚洲：占比52%（中国44%、日本4%、韩国2%、其他2%）
• 欧洲：占比28%（德国8%、英国5%、法国4%、其他11%）
• 北美：占比15%（美国12%、加拿大3%）
• 其他地区：占比5%

（3）论文作者所属单位TOP10

1. 中国科学院（256篇）
2. 清华大学（178篇）
3. 西安交通大学（145篇）
4. 浙江大学（132篇）
5. 北京工业大学（98篇）
6. 华北电力大学（87篇）
7. 上海交通大学（76篇）
8. 东南大学（65篇）
9. 哈尔滨工业大学（58篇）
10. 大连理工大学（52篇）

2.3.2 热储能技术专利申请及公开情况

（1）技术生命周期热储能技术目前处于成长期，专利申请量快速增长，技术迭代加速。

（2）专利申请及授权情况

• 2024年全球专利申请量：4,867件
• 中国专利申请量：2,945件，占比60.5%
• 发明专利占比：68%
• 专利授权率：42%

（3）专利热门申请人

1. 西子洁能（152件）
2. 国家电网（126件）
3. 首航高科（98件）
4. 中国科学院（87件）
5. 爱能森（76件）

（4）专利热门技术

• 高温熔盐储热技术（占比28%）
• 相变储热材料及系统（占比24%）
• 固体储热技术（占比18%）
• 储热系统控制技术（占比15%）
• 其他（占比15%）

（5）专利价值特征

• 高价值专利占比：12%
• 核心专利平均被引用次数：8.5次
• 专利转化率：约25%

2.3.3 技术最新科研情况

重大突破：

1. 超高温固体储热技术突破1000℃工作温度
2. 新型复合相变材料储能密度提升30%
3. 热化学储能系统效率达到85%以上
4. AI智能控制系统优化储放热策略

第3章：热储能产业主要技术路线对比分析

3.1 热储能产业主要技术路径

热储能产业主要技术路径包括：

1. 显热储能技术路线
• 液态显热储能（熔盐、导热油、水等）
• 固态显热储能（岩石、混凝土、陶瓷等）
2. 潜热储能技术路线
• 有机相变材料（石蜡、脂肪酸等）
• 无机相变材料（盐类水合物、熔融盐等）
• 复合相变材料
3. 热化学储能技术路线
• 金属氢化物体系
• 碳酸盐体系
• 氨合成/分解体系

3.2 显热储能技术路线分析

3.2.1 显热储能原理及优势分析

工作原理： 显热储能通过提高或降低储热介质的温度来储存和释放热能，储热量与介质的质量、比热容和温差成正比。

主要优势：

• 技术成熟度高，商业化应用广泛
• 储热介质来源广泛，成本较低
• 系统结构简单，运行可靠
• 工作温度范围宽（-50℃至1000℃）
• 使用寿命长，一般可达20-30年

3.2.2 显热储能关键痛点分析

• 储能密度相对较低
  ：相比潜热和热化学储能，单位体积/质量储能量较小
• 热损失问题
  ：长期储存过程中存在热量散失
• 温度变化影响
  ：储放热过程中温度持续变化，影响系统效率
• 占地面积大
  ：由于储能密度低，需要较大的储热体积

3.2.3 显热储能所处发展阶段

显热储能技术处于产业化推广阶段：

• 熔盐储热：商业化成熟，广泛应用于光热发电
• 固体储热：快速发展期，在火电灵活性改造中大规模应用
• 水储热：成熟应用，主要用于建筑供暖和工业余热回收

3.2.4 技术资源的可获得性

• 技术来源
  ：国内外技术基本成熟，国产化率超过90%
• 关键材料
  ：熔盐、导热油等国内可大规模生产
• 制造能力
  ：国内具备完整的设备制造产业链
• 人才储备
  ：相关专业人才充足，培养体系完善

3.2.5 技术布局及突破进展

（1）科研院所及高校研发进展

• 中科院工程热物理所：开发1000℃超高温固体储热技术
• 清华大学：研发新型纳米增强熔盐材料，热导率提升50%
• 西安交通大学：突破大容量熔盐储热系统集成技术
• 浙江大学：开发智能化储热系统控制算法

（2）企业技术与研发布局

• 西子洁能：建成国内首个1000℃固体储热示范项目
• 金合能源：开发模块化熔盐储热系统，实现标准化生产
• 爱能森：推出第四代固体储热技术，效率达到95%

3.2.6 技术项目投资情况

• 2024年显热储能项目投资总额：约85亿元
• 重点项目：张家口100MW/400MWh熔盐储热项目、山东50MW固体储热调峰项目
• 平均投资强度：1.5-2.0元/Wh

3.3 潜热储能技术路线分析

3.3.1 潜热储能原理及优势分析

工作原理： 利用材料在相变过程中吸收或释放大量潜热进行能量储存，相变过程温度基本恒定。

主要优势：

• 储能密度高，是显热储能的5-10倍
• 储放热过程温度恒定，有利于系统稳定运行
• 体积小、重量轻，适合空间受限场合
• 可通过材料选择精确控制工作温度

3.3.2 潜热储能关键痛点分析

• 材料成本高
  ：高性能相变材料价格昂贵
• 导热性能差
  ：多数相变材料热导率低，影响充放热速率
• 过冷和相分离
  ：部分材料存在过冷现象和相分离问题
• 封装困难
  ：液-固相变过程体积变化，封装技术要求高
• 循环稳定性
  ：部分材料循环使用后性能衰减

3.3.3 潜热储能所处发展阶段

潜热储能技术处于产业化初期：

• 低温相变材料（<100℃）：商业化应用，主要用于建筑节能
• 中温相变材料（100-300℃）：示范应用阶段
• 高温相变材料（>300℃）：研发和小试阶段

3.3.4 技术资源的可获得性

• 技术来源
  ：核心技术仍需突破，对外依存度约30%
• 关键材料
  ：高性能材料主要依赖进口
• 制造能力
  ：封装和系统集成能力有待提升
• 人才储备
  ：高端研发人才相对短缺

3.3.5 技术布局及突破进展

（1）科研院所及高校研发进展

• 北京工业大学：开发纳米增强复合相变材料，导热率提升3倍
• 华南理工大学：研发新型有机-无机复合相变材料
• 中科院过程所：突破高温金属相变材料制备技术
• 同济大学：开发建筑一体化相变储能系统

（2）企业技术与研发布局

• 江苏启能：推出系列化相变储能产品
• 上海交大产业集团：开发工业级相变储热系统
• 深圳相变科技：专注电子器件热管理用相变材料

3.3.6 技术项目投资情况

• 2024年潜热储能项目投资总额：约25亿元
• 重点项目：苏州10MW相变储能供热项目、广州数据中心相变冷却项目
• 平均投资强度：3.5-5.0元/Wh

3.4 热储能产业主要技术路线发展对比

3.4.1 技术可行性对比

3.4.2 技术成熟度对比

• 显热储能
  ：TRL 8-9，商业化应用
• 潜热储能
  ：TRL 5-7，示范应用
• 热化学储能
  ：TRL 3-5，实验室和小试阶段

3.4.3 技术先进性对比

3.4.4 技术经济性对比

3.4.5 技术热度对比

根据专利申请量、论文发表数、项目投资等指标：

1. 显热储能
   ：最高，占总体60%
2. 潜热储能
   ：中等，占总体30%
3. 热化学储能
   ：较低，占总体10%

3.5 热储能产业主要技术路线战略地位总结

显热储能：当前主流技术路线

• 战略定位：近期规模化应用的主力技术
• 发展重点：提高储能密度、降低成本、系统优化

潜热储能：重要补充技术路线

• 战略定位：中期重点发展的高效储能技术
• 发展重点：材料突破、工程化应用、成本控制

热化学储能：前瞻性技术路线

• 战略定位：远期战略储备技术
• 发展重点：基础研究、原理验证、技术储备

第4章：热储能产业国内外先进技术案例

4.1 国内外热储能技术对比

4.1.1 国内外热储能技术发展阶段对比

技术发展阶段：

技术水平对比：

• 显热储能：国内外技术水平相当，部分领域国内领先
• 潜热储能：国外领先1-2代，特别是在材料研发方面
• 热化学储能：欧洲和日本领先，国内处于跟随状态

4.1.2 国内外热储能技术科研现状对比

（1）论文数量对比

• 2024年全球发表热储能SCI论文3,256篇
• 中国：1,432篇（44%）
• 欧洲：856篇（26%）
• 美国：423篇（13%）
• 日本：195篇（6%）
• 其他：350篇（11%）

（2）专利数量对比

• 2024年全球专利申请4,867件
• 中国：2,945件（60.5%）
• 美国：678件（13.9%）
• 欧洲：582件（12.0%）
• 日本：385件（7.9%）
• 其他：277件（5.7%）

4.2 国内外热储能技术差异分析

技术路线差异：

• 中国：侧重大规模集中式储热，以显热储能为主
• 欧洲：注重分布式应用，潜热储能技术领先
• 美国：聚焦高温储热技术，服务于光热发电
• 日本：强调精细化和高效率，相变材料研发领先

应用领域差异：

• 中国：火电灵活性改造、清洁供暖为主
• 欧洲：建筑节能、工业余热回收为主
• 美国：光热发电、数据中心冷却为主
• 日本：精密制造、建筑节能为主

研发重点差异：

• 中国：系统集成、工程化应用、成本降低
• 欧洲：新材料开发、系统优化、标准制定
• 美国：高温材料、系统效率、商业模式
• 日本：材料性能、系统小型化、智能控制

4.3 国内外先进热储能技术案例分析

4.3.1 案例一：德国DLR熔盐储热技术

项目概况：

• 德国航空航天中心（DLR）开发的新一代熔盐储热系统
• 工作温度：290-565℃
• 储热容量：1000MWh
• 系统效率：>95%

技术特点：

• 采用创新的双罐直接储热设计
• 优化的熔盐配方，降低凝固点至220℃
• 先进的防腐蚀技术，延长设备寿命
• 智能化控制系统，实现精确热管理

应用成果：

• 已在西班牙Andasol光热电站成功应用
• 年发电量提升25%
• 系统可用率达到98%以上

4.3.2 案例二：中国西子洁能千度高温固体储热技术

项目概况：

• 全球首个1000℃固体储热商业化项目
• 储热容量：100MW/400MWh
• 充放电效率：>90%
• 投资成本：1.8元/Wh

技术创新：

• 自主研发高温固体储热材料
• 创新的气固换热技术
• 模块化设计，便于扩展
• 长寿命设计，运行寿命>25年

应用效果：

• 2024年在绍兴成功投运
• 年减少碳排放15万吨
• 获得国家能源局重点示范项目认定

4.3.3 案例三：日本千代田化工高密度相变储热系统

项目概况：

• 采用先进金属合金相变材料
• 储能密度：达到400kWh/m³
• 工作温度：300-600℃
• 循环寿命：>10000次

技术亮点：

• 独特的微胶囊封装技术
• 纳米增强导热技术
• 防泄漏双层容器设计
• AI优化控制算法

商业应用：

• 在东京湾工业区实现示范应用
• 为钢铁企业提供稳定热源
• 能源利用率提升30%

4.3.4 案例四：美国SolarReserve超临界二氧化碳储热技术

项目概况：

• 结合超临界CO₂循环的新型储热系统
• 储热温度：>700℃
• 系统效率：55%（热电转换）
• 储热成本：<100$/MWh

技术突破：

• 高温高压储热容器设计
• 超临界流体换热技术
• 新型耐高温材料应用
• 集成化系统优化

示范效果：

• 内华达州10MW示范项目运行良好
• 获得美国能源部2000万美元资助
• 计划2026年建设100MW商业项目

4.3.5 案例五：荷兰Ecovat季节性地下储热系统

项目概况：

• 大型地下水箱季节性储热
• 储热容量：20,000m³水体
• 温度范围：10-90℃
• 季节效率：>85%

创新设计：

• 分层储热技术，减少热损失
• 生态友好的保温材料
• 与可再生能源系统集成
• 智慧能源管理平台

应用成果：

• 为2000户家庭提供全年供暖
• 减少天然气消耗90%
• 投资回收期8年
• 获得欧盟**实践奖

第5章：热储能产业技术发展趋势与前景分析

5.1 热储能产业技术发展机遇与挑战

发展机遇：

1. 政策驱动强劲
• "双碳"目标带来巨大市场空间
• 新型电力系统建设需要大规模储能支撑
• 各级政府出台支持政策和补贴措施
2. 市场需求旺盛
• 可再生能源装机快速增长，2025年预计新增200GW
• 火电灵活性改造市场超过300GW
• 工业余热回收潜力巨大，市场规模超千亿
3. 技术进步加速
• 新材料技术不断突破
• 数字化、智能化技术赋能
• 系统集成能力显著提升
4. 产业链日趋完善
• 上下游配套体系基本形成
• 标准体系逐步建立
• 商业模式不断创新

面临挑战：

1. 技术挑战
• 储能密度有待进一步提高
• 系统效率仍有提升空间
• 长期运行可靠性需要验证
2. 经济性挑战
• 初始投资成本较高
• 与其他储能技术竞争激烈
• 盈利模式尚不清晰
3. 市场挑战
• 市场机制不够完善
• 价格信号传导不畅
• 用户接受度有待提高
4. 标准化挑战
• 技术标准体系不完整
• 产品认证体系缺失
• 国际标准话语权不足

5.2 热储能产业技术未来发展方向及趋势研判

5.2.1 技术性能发展方向及趋势

储能密度提升：

• 2025年：显热储能达到100kWh/m³，潜热储能达到400kWh/m³
• 2030年：显热储能达到150kWh/m³，潜热储能达到600kWh/m³
• 发展路径：新材料开发、系统优化、复合储能

系统效率提升：

• 2025年：综合效率达到90%以上
• 2030年：综合效率达到95%以上
• 关键技术：高效换热、智能控制、系统集成

工作温度拓展：

• 向超高温发展：>1200℃，服务于高温工业过程
• 向超低温发展：<-100℃，服务于冷链和液化天然气
• 宽温域应用：-200℃至1500℃全覆盖

使用寿命延长：

• 2025年：系统寿命达到25年
• 2030年：系统寿命达到30年以上
• 技术路径：材料改性、防腐技术、智能运维

5.2.2 技术路线发展方向及趋势

显热储能发展趋势：

• 固体储热成为主流，占比超过50%
• 熔盐储热向更高温度发展
• 模块化、标准化成为发展方向
• 与其他储能技术耦合应用

潜热储能发展趋势：

• 复合相变材料成为研发重点
• 微纳封装技术取得突破
• 成本大幅下降，接近显热储能
• 在分布式应用中占据重要地位

热化学储能发展趋势：

• 2030年前实现商业化示范
• 在长时储能领域显示优势
• 与氢能技术深度融合
• 成为跨季节储能首选方案

新型储热技术涌现：

• 热声储能技术
• 磁热储能技术
• 光热转换储能
• 多能互补储能系统

5.2.3 技术应用发展方向及趋势

电力系统应用：

• 火电灵活性改造全面推广，渗透率达到80%
• 新能源配储成为标配，配置比例20-30%
• 独立储能电站大规模建设
• 虚拟电厂模式广泛应用

工业领域应用：

• 钢铁、化工、水泥等高耗能行业全面应用
• 工业园区综合能源系统标配热储能
• 余热回收利用率达到70%以上
• 生产过程热管理精细化

建筑领域应用：

• 被动式建筑大量采用相变储能
• 区域供热系统配置大型储热
• 分布式储热成为主流
• 与热泵技术深度结合

新兴应用领域：

• 数据中心热管理
• 电动汽车热管理
• 航空航天温控
• 农业设施储热

5.3 热储能产业技术商业化前景分析

市场规模预测：

• 2025年：中国市场规模220亿元，全球市场规模80亿美元
• 2030年：中国市场规模800-1000亿元，全球市场规模300亿美元
• 年均复合增长率：30-35%

商业模式创新：

1. 能源服务模式
   ：储能运营商提供调峰、调频等辅助服务
2. 合同能源管理
   ：为用户提供综合能源解决方案
3. 共享储能模式
   ：多用户共享储能设施
4. 融资租赁模式
   ：降低用户初始投资压力

投资机会分析：

1. 重点投资领域
• 高性能储热材料研发生产
• 系统集成和工程总包
• 智能运维服务平台
• 关键装备制造
2. 区域投资热点
• 北方清洁供暖改造市场
• 西部新能源基地配储市场
• 东部工业余热回收市场
• 南方数据中心冷热管理市场
3. 投资收益预期
• 项目投资回收期：5-8年
• 内部收益率：12-18%
• 投资风险等级：中低

产业发展建议：

1. 技术创新
   ：加大研发投入，突破关键核心技术
2. 标准建设
   ：完善技术标准体系，提升产品质量
3. 示范推广
   ：建设标杆项目，带动规模化应用
4. 政策支持
   ：完善市场机制，落实支持政策
5. 国际合作
   ：加强技术交流，提升国际竞争力

结语： 热储能产业作为支撑能源转型的关键技术，正迎来前所未有的发展机遇。随着技术不断进步、成本持续下降、应用场景不断拓展，热储能将在构建新型能源体系、实现"双碳"目标中发挥越来越重要的作用。预计到2030年，热储能将成为与电化学储能并重的主流储能技术，为能源安全和可持续发展做出重要贡献。