一分钟了解储能要点

科创之道 2022-09-29 18:17

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储能政策强力推动,带来新增需求增量,未来5-10倍市场空间,让储能行业站在风口。本文采用问答形式,简单梳理储能产业情况,以供参考。
Q:什么是储能?
A:储能是通过特定的装置或物理介质将不同形式的能量通过不同方式储存起来,以便以后在需要时利用的技术。
Q:为什么会需要储能?
A:储能的价值就是解决电力的供需时差,调峰调频,减少电网侧的输送压力,进而降低弃风弃光。
在“双碳”目标牵引下,需要降低化石能源供电占比,而提升风电、光伏发电占比。但由于风电和光伏有明显的季节性和波动性,他们发电占比的提升会影响电力系统的稳定,外加地理因素风光发电一般在西北,当地人口少,工业规模小,消纳能力有限,而电网送出通道不畅,导致弃风弃光现象很严重。因此需要储能技术进行调节。
Q:储能技术分类?
A:储能技术大致分为三类,机械储能、电磁储能、电化学储能。此外还有热储能和化学储能。利用这些储能技术,电能以机械能、化学能、热能等形式存储下来,并适时反馈回电力网络。
Q:各类主要储能技术优缺点&成熟度
基本成熟的技术:主要包括抽水蓄能、铅蓄电池和储热储冷三类。它们技术研发的重点在于在原有技术基础上如何进一步改进性能。
集成示范为主的技术:主要包括锂离子电池、液流电池、压缩空气储能和飞轮储能四类。这些储能技术研发的重点为如何突破从集成示范到产业化应用的特定关键技术,比如锂离子电池的高安全性技术、液流电池的低成本技术、压缩空气储能的高效技术,以及高速飞轮储能技术等。在这四类技术中,锂离子电池技术的研发最为活跃,示范项目也最多,也是最接近技术成熟和产业链完整的技术。
关键技术研发为主的技术,主要包括钠离子电池、超级电容器、液态金属、金属离子电池和水系电池技术五类。它们技术研究的重点在于如何突破材料、单体、模块的关键技术,实现从实验室技术到集成示范的转变。这五类技术中,钠离子电池取得了多项技术进展,也在2021年实现了1Mwh示范,是最受关注的新兴储能技术;超级电容器的研究也非常活跃,且在2021年实现了在规模储能的示范应用,也是值得重点关注的储能技术。
下图可以发现,中国储能技术在压缩空气储能、储热储冷、铅蓄电池锂离子电池、液流电池和钠离子电池技术已达到或接近世界先进水平;抽水蓄能、飞轮储能,超级电容器和储能新技术和世界先进水平还有一定的差距,但总体上差距在逐步缩小。



通过对多种储能技术的对比与技术成熟度来看,目前电化学储能当中的锂电池储能综合性价比最高,这也是锂电池顺理成章成为当下储能主流方案的主要原因。不过锂电池能量密度提升目前有其300Wh/KG的理论瓶颈,相对氢燃料电池的能量密度极限仍存在不少差距,所以从更长期的角度来看,氢会是储能的最佳方案。所以储能技术方面当下看锂,远期看氢。
电化学储能成长性排序:锂离子电池 > 铅酸电池 纳流电池 液流电池 镍氢电池
锂离子电池成本也在快速下降,预计到2030年其装机成本将由2016年的1050美元/千瓦时降至478美元/千瓦时。由于锂离子电池成本下降速度超过预期,使其在多个主要能源市场成为天然气发电厂的有力竞争对手。预计电化学储能将成为中国储能装机容量的核心增长动力。
Q:储能各类技术装机占比?
A:2020年储能市场装机构成,机械储能89.6%,抽水占主导地位。其次是电化学储能占比9.2%,在电化学储能中又以锂离子电池为主,占比高达88.8%

2018年是中国电化学储能发展史的分水岭,电化学储能呈现爆发式增长,新增电化学储能装机功率规模高达612.8MW,对比2017年新增功率规模147.3MW,同比增长316%。截至2020年底,中国电化学储能市场累积装机功率规模为3269.2MW,同比增长91.2%,新增电化学储能累积装机功率规模达到1.56GW,首次突破GW
2021年我国电化学储能装机中,锂离子电池占比高达89.7%,是目前技术比较成熟,发展势头最为迅猛的储能方式。
Q:未来市场空间?
A:目标到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,新型储能装机规模达3000万千瓦以上。截至2020年底,中国已投运电化学储能累计装机为3269.2兆瓦,即330万千瓦,按照文件提出的装机目标,2025年中国的电化学储能安装量将增加10倍左右。
Q:储能应用场景有哪些?
A:根据在电力系统中接入位置、服务对象以及投资主体的不同,储能应用场景可以被划分为发电侧、电网侧与用户侧
在发电侧,主要用于平滑新能源出力波动、跟踪新能源电站发电曲线、辅助火电深度调峰、自动发电控制(AGC)调频;
在电网侧,主要用于参与系统调峰、调频、调压,提升新能源消纳能力,延缓电网升级改造投资,优化电网潮流分布,提供紧急功率支撑;
在用户侧,主要用于峰谷电价差套利运行、提升用电可靠性、满足多样化供电需求、支撑微网离网运行。
储能装在发电侧,分为传统电源侧和新能源侧两个场景。
新能源发电侧装储能(风电、光伏):由于风力发电和光伏发电等新能源具有随机性、间歇性、出力变化快等特点,大容量的新能源发电装置直接并网会对电网调度运行与控制带来较大影响,甚至直接引发一些安全稳定事故。利用电池储能装置与可再生能源发电装置联合运行,可使随机变化的输出功率转换为相对稳定的输出,有利于满足并网的各项技术要求。
传统能源发电侧装储能(火电厂):当参与二次调频的火电机组受爬坡速率限制,不能精确跟踪调度调频指令时,由高速响应的储能根本上改善火电机组的AGC能力,从而获得更多的AGC补偿收益。在目前阶段,储能项目的商业模式尚在探索及落地形成过程中。
电网侧的储能项目,主要安装在变电站及其附近,提供缓解电网阻塞、延缓输配电升级、提高输配电网供电安全性、弹性、灵活性、稳定性与可靠性等服务。
用户侧主要是为了“谷存峰放”节省电费开支、作为备用应急电源、新能源配套,其中应用最广泛的场景是峰谷价差套利。项目经济性受电池成本和电价影响。
市场机会方面,短期看发电侧强配需求,长期看用户侧峰谷套利需求。
Q:储能投资机会如何把握?
A机械储能:重点关注抽水储能设备及承包方,“十四五”期间将在抽水储能领域投资1000亿元。
抽水储能:目前最成熟、最经济、使用寿命最长的储能模式。优点为储能容量大(百兆瓦起步),响应时间相对燃气机组及火电机组要短,充放电时间长,循环寿命是所有储能技术中最长的,适用于能量时移、调频、调相、黑启动等。缺点为需要上下池,选址有局限性,且涉及生态保护,建设周期长。抽水储能设备及承包方集中度较高,关注该领域头部公司。
压缩空气储能:“十四五”期间最接近商业化技术,市场集中度不高,场地限制发展空间。优点是容量大、充放电时间长、寿命长、稳定性好,缺点是需要和燃气轮机一起使用,效率低,且存在能量密度低、自放电等问题。
飞轮储能:处于示范工程阶段,特定场景为主。
重力储能:新型储能技术,技术尚不成熟。
电磁储能:多场景应用的超级电容更具发展空间
超级电容:应用面广,除了储能辅助之外,还可在智能微电路、轨道交通发挥作用,但目前成本高,以军工及特殊应用场景为主。
超级电容器是一种通过极化电解质来储能的一种电化学元件,作为一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,且储能过程是可逆的。优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长,工作温度范围宽。
超导储能:超导储能直接将电能储存在磁场中,无能量形式的转换,响应速度快,但存在成本高昂、维持低温制冷运行需要大量能量、能量密度低(只能维持秒级)等问题,现状是已有商业性的低温和高温超导储能产品可用,但因价格昂贵和维护复杂,在电网中应用很少,大多是试验性的。
电化学储能:系统集成、电池是重点
电化学储能系统一般由电池模组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)以及能量管理系统(EMS)组成。
其中,电池模组负责储电;PCS是连接于电池系统与电网或负荷之间,实现电能双向转换的变流器;BMSEMS是储能系统的管理控制中枢——BMS主要负责监测电池数据,保护电池安全;EMS主要通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制,保证微电网和整套系统正常运行。
电化学储能产业链由上游设备商,中游集成商和下游终端用户组成。其中设备包括电池、EMS(能量管理系统)BMS(电池管理系统)PCS(变流器);中游集成商包括储能系统集成和EPC;终端用户则由发电侧、电网侧、用户侧以及通信/数据中心组成。
在电化学储能中,系统集成商多为PCS供应商,在产业地位承上启下、不可或缺。
锂离子电池:
根据正极材料的不同,主流锂离子电池有三元和磷酸铁锂两类。磷酸铁锂电池能量密度比三元材料低,同样成本也较低。储能领域对能量密度要求不高,成本低、寿命长的磷酸铁锂电池更受青睐。
电池作为整个储能系统中核心组成部分,成本占到整个储能系统成本的50%,是储能系统后续降本的重要渠道。2021年我国磷酸铁锂电池储能中标价格大多集中在1.2-1.7/Wh
而根据彭博新能源财经(BNEF)测算,2022年全球电化学储能EPC成本约为261美元/kWh(折合人民币约1.66/Wh),预计2025年将降至203美元/kWh(折合人民币约1.29/Wh)。2021年以来大量EPC中标价格1.3-1.7/kWh之间。
锂离子电池模组包含正极(43%)、负极(11%)、电解液(15%)、隔膜(13%)、集流体(13%
纳离子电池:
钠离子电池构成包括正极(26%)、负极(16%)、电解液(26%)、隔膜(18%)、集流体(4%)。
钠离子电池跟锂离子电池的制造工艺相似,近年来钠离子电池技术突破,在能量密度、循环次数等关键指标有大幅进益,且原材料成本低,易取得,在未来电化学储能领域除锂离子电池外的重要分支。
Q:目前阻碍储能发展的三大因素?
A:成本、盈利模式以及安全性。

——创道硬科技研究院——

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——END——

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