重力储能与二氧化碳储能技术对比研究

——全球长时储能赛道的两条非电化学技术路线

报告编号：OGF-A-015

出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司

报告类别：A级专题研究 · 储能板块

报告日期：2026年6月

保密级别：内部参考

版本：V1.0

执行摘要

在以风电、光伏为主体的新型电力系统加速构建的背景下，长时储能（Long Duration Energy Storage，LDES）正从概念走向规模化落地，成为破解新能源高比例并网下"日内调峰、跨日平抑、季节调节"难题的核心基础设施。在锂离子电池主导4小时以内短时储能的格局之外，一批基于机械势能与热力学循环的非电化学储能技术正在4—24小时长时区间展开激烈竞争。其中，重力储能（Gravity Energy Storage）与二氧化碳储能（CO₂ Energy Storage）是两条颇具代表性、却走向截然不同命运的技术路线。本报告以全球视野，对二者的技术原理、关键指标、核心专利、企业项目、经济性、市场格局与发展趋势进行系统对比，并为不同决策主体提供差异化建议。

经过对全球公开技术资料、企业披露、行业报告与学术文献的多源交叉研究，本报告形成以下核心判断：

第一，二氧化碳储能在技术成熟度上已显著领先重力储能。 二氧化碳储能已进入百兆瓦级商业化阶段——意大利Energy Dome的20MW/200MWh全尺寸商业电站于2025年7月在撒丁岛投运，中国华电集团-东方电气的新疆木垒100MW/1000MWh项目作为全球最大二氧化碳储能项目正在建设。相较之下，重力储能除瑞士Energy Vault在中国江苏如东建成的全球首座25MW/100MWh商业塔式项目外，全球范围内商业化进展缓慢，多家欧美企业已停滞或转型。技术就绪度（TRL）层面，二氧化碳储能已达8—9级，重力储能多数路线仍停留在6—7级。

第二，二氧化碳储能在效率、占地与规模化经济性上构成对重力储能的系统性优势。 二氧化碳储能依托液态/超临界态CO₂的高能量密度，实测往返效率（Round-Trip Efficiency，RTE）达70%—75%，占地面积仅为同等容量重力储能的零头；而固体重力储能受限于势能储能的低能量密度，宣称效率虽超80%，但独立学术验证存疑，且占地巨大、单位投资高。

第三，资本市场已用脚投票，两类技术的产业前景出现分野。 重力储能代表企业Energy Vault（纽交所代码NRGV）虽2025年营收大幅增长，但纯重力业务已非其增长引擎，公司战略重心明显转向电池资产运营与人工智能数据中心供电；二氧化碳储能代表企业Energy Dome则获得谷歌（Google）、Ørsted等产业巨头的战略投资与商业订单背书，订单储备遍及欧美亚。

第四，中国已成为决定二氧化碳储能全球格局的关键变量。 依托完整的压缩机、透平、换热器制造产业链与水泥、电力央企的工程能力，中国在压缩二氧化碳储能领域已形成与欧洲并跑甚至局部领跑之势，多个百兆瓦级项目落地；而重力储能因占地与经济性短板，未获中国主流储能政策的实质性倾斜。

风险提示：两类技术的效率与成本数据多源于企业披露，独立第三方验证有限；重力储能"80%以上效率"与二氧化碳储能"成本为锂电池一半"等宣称均需审慎对待。锂电池持续降价并向长时化延展，可能对所有机械/热力学长时储能路线构成经济性挤压。

行动建议（概要）：建议技术选型方在4—12小时长时储能场景优先评估二氧化碳储能；投资方重点跟踪二氧化碳储能赛道而对纯重力储能保持谨慎；中国能源央企抓住2025—2027新型储能规模化窗口，依托本土产业链推进二氧化碳储能国产化放量。详细论证与分层建议见正文第七章。

*图0-1：报告核心结论速览图*

第一章 调研背景与目标

1.1 调研缘起

全球能源系统正经历由化石能源向可再生能源的深刻转型。风电、光伏发电具有显著的间歇性、波动性与季节性，其大规模并网对电力系统的灵活性调节能力提出了前所未有的要求。当新能源在电源结构中的占比突破临界点（通常认为在30%—50%区间），仅靠4小时以内的短时储能（以锂离子电池为主）已难以满足跨越多个小时乃至跨日、跨季的电力时移需求。在此背景下，长时储能（LDES，通常指放电时长达到或超过4—8小时，乃至数日、数周的储能技术）成为构建新型电力系统的刚性需求。

抽水蓄能（Pumped Hydro Storage，PHS）作为最成熟的长时储能技术，长期占据全球储能装机的绝对主体，但其对特定地理地形（高低水库落差）的强依赖，限制了其在平原地区与新能源富集区的部署。这一约束催生了一系列"不依赖特定地形的抽水蓄能替代方案"，其中既包括基于固体或液体重物势能的重力储能，也包括基于气体压缩-膨胀热力学循环的压缩空气储能（CAES）、液态空气储能（LAES）与二氧化碳储能。

重力储能与二氧化碳储能，分别代表了"机械势能"与"热力学相变"两大技术哲学。前者直观、原理简单，一度因瑞士Energy Vault的"积木塔"概念赢得资本与媒体的高度关注；后者则凭借二氧化碳介质优良的热力学性质与可观的能量密度，在近三年实现了从示范到商业化的快速跨越。二者孰优孰劣、各自的适用边界何在、对企业的技术选型与投资决策意味着什么，正是本次调研试图厘清的核心问题。

1.2 核心调研问题

本报告围绕以下核心问题展开：

其一，两类技术的工作原理、技术分类与关键性能指标究竟如何？各自的技术成熟度处于何种水平？

其二，全球范围内有哪些核心企业与标志性项目？中国在两条赛道上的产业地位如何？

其三，从往返效率、能量密度、占地、经济性（CAPEX与平准化储能成本LCOS）、应用场景等维度横向对比，二者各有何优劣？与抽水蓄能、锂电池、压缩空气储能等主流技术相比又处于何种位置？

其四，全球长时储能市场的规模与增长前景如何？各国政策环境怎样塑造两类技术的发展轨迹？

其五，面向未来3—5年，两类技术的演进方向、降本路径与竞争互补关系如何？对不同决策主体应给出怎样的行动建议？

1.3 调研范围界定

本报告以全球视野展开，重点覆盖欧洲（意大利、英国、德国）、北美（美国）与中国的技术与项目；时间维度采用全时间轴，梳理两类技术从概念提出、示范验证到商业落地的完整脉络，并对未来演进做出预判。研究颗粒度兼顾宏观（行业趋势与政策环境）、中观（产业链与竞争格局）、微观（具体企业、项目与技术细节）三个层次。竞争格局分析采用全面对比框架，风险与挑战部分作简要提示。

1.4 调研方法说明

本报告采用定性与定量相结合的研究方法，信息来源以公开资料为主，包括企业官方网站与新闻稿、行业研究机构报告、学术论文、政府政策文件、专业媒体报道与上市公司财报等多元渠道，并对关键数据进行多源交叉验证。需特别说明的是，长时储能为新兴领域，大量效率与成本数据来自企业自身披露，独立第三方验证有限，本报告在引用时已尽量标注口径并在第八章风险部分作出审慎提示。