新型儲能行業(yè)市場分析

新型儲能行業(yè)市場分析新型儲能配置靈活、響應(yīng)迅速，更加適合新能源儲能消納。根據(jù)國家能源局，新型儲能主要指“除抽水蓄能外以輸出電力為主要形式，并對外提供服務(wù)的儲能項(xiàng)目”。新型儲能由于建設(shè)周期短、選址靈活、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，與新能源開發(fā)消納更加匹配，優(yōu)勢逐漸凸顯。新型儲能包括機(jī)械儲能、電化學(xué)儲能、化學(xué)儲能、熱儲能、電磁儲能等多種技術(shù)路線，截止到2021年底，我國新型儲能市場累計(jì)裝機(jī)規(guī)模已達(dá)5.73GW，根據(jù)國家發(fā)改委/電科院預(yù)測，到2025年我國新型儲能市場裝機(jī)規(guī)模超30GW，2030年新型儲能裝機(jī)容量將達(dá)到1.5億千瓦。機(jī)械儲能：壓縮空氣、重力儲能、飛輪儲能多點(diǎn)開花。1）壓縮空氣儲能是儲能量級可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模儲能，功率達(dá)到百兆瓦級，且建設(shè)周期只需要12-18個月；但建設(shè)需要天然儲存空氣的地下結(jié)構(gòu)，同時(shí)能量轉(zhuǎn)化效率較低；絕熱系統(tǒng)效率較高，在60%-70%左右。壓縮空氣儲能通過三種技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)步：絕熱壓縮空氣儲能、液態(tài)空氣儲能、超臨界壓縮空氣儲能，三者分別解決需要化石燃料補(bǔ)燃、儲氣洞穴依賴以及效率問題。截至2022年10月，我國已投運(yùn)的壓縮空氣儲能電站共7個，共計(jì)182.5MW；在建/籌建項(xiàng)目共19個，裝機(jī)量共計(jì)6.3GW。2）重力儲能利用重物上升下落完成電能充放，轉(zhuǎn)化效率約85%，度電成本約為0.5元/kWh，具備良好經(jīng)濟(jì)性，且不會發(fā)生爆炸；但同時(shí)建設(shè)規(guī)模不及抽蓄，響應(yīng)速度略慢于電化學(xué)。國內(nèi)首個100MWh項(xiàng)目由中國天楹于2022年一季度建設(shè)，目前項(xiàng)目正在穩(wěn)步推進(jìn)。除中國天楹合作的EV公司外，美國GravityPower公司、英國Gravitricity公司也在重力儲能技術(shù)方面有所突破。3）飛輪儲能利用轉(zhuǎn)輪慣性能量儲能，具有響應(yīng)速度快、功率密度高、綠色無污染等特點(diǎn)，調(diào)頻性能優(yōu)越；但同時(shí)成本較高，能量密度低，存在飛輪脫離的安全隱患。飛輪儲能在技術(shù)上剛剛完成兆瓦級的突破，正在向商業(yè)化轉(zhuǎn)型，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022年招標(biāo)/施工/投運(yùn)的飛輪儲能試點(diǎn)項(xiàng)目已有19個，已有4個項(xiàng)目交付投運(yùn)。電化學(xué)儲能：液流電池安全性突出。1)全釩液流電池具有安全環(huán)保、壽命長、長時(shí)儲能的特點(diǎn)，充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2萬次以上，配儲時(shí)長可達(dá)4-12小時(shí)；同時(shí)目前全釩液流電池成本較高，據(jù)能源電力說，目前全釩液流電池投資成本大約在2.5-3.9元/Wh，鋰電池的投資成本約為1.2-2.4元/Wh，約為全釩液流電池投資成本的53%。2022年9月以來，國內(nèi)數(shù)個GWh級大型全釩液流電池項(xiàng)目啟動，截至2022年10月，全釩液流電池項(xiàng)目共建成約300MW，在建項(xiàng)目約2.4GW。2）鐵鉻液流電池同樣具備安全、壽命長的特點(diǎn)同時(shí)原料豐富廉價(jià)，成本較釩電池更低；缺點(diǎn)是效率低、穩(wěn)定性差、電解液會產(chǎn)生交叉污染，目前鐵鉻液流電池能量效率約為70%-75%，在電化學(xué)儲能中處于較低水平規(guī)模也較小。鐵鉻液流電池商業(yè)化進(jìn)程還處于起步階段截至2022年10月，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)鐵鉻液流備案項(xiàng)目共7個，累計(jì)儲能裝機(jī)容量17.5MW。一、新型儲能：能源轉(zhuǎn)型重要途徑1.1、背景：能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，新型儲能應(yīng)運(yùn)而生?“雙碳”目標(biāo)下新能源發(fā)展迅速，新型儲能成為推動能源轉(zhuǎn)型重要支撐。在碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的驅(qū)動下，我國能源綠色轉(zhuǎn)型進(jìn)度加速。根據(jù)2021年10月24日國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，到2030年，我國非化石能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%，到2060年將達(dá)到80%，在新能源高速發(fā)展的驅(qū)動下，電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)加重，儲能成為新型電力系統(tǒng)中必要環(huán)節(jié)。新型儲能配置靈活、響應(yīng)迅速，更加適合新能源儲能消納。根據(jù)《新型儲能項(xiàng)目管理規(guī)范（暫行）》（國能發(fā)科技規(guī)〔2021〕47號），新型儲能主要指“除抽水蓄能外以輸出電力為主要形式，并對外提供服務(wù)的儲能項(xiàng)目”。隨著電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)能力需求提升、新能源開發(fā)消納規(guī)模不斷加大，新型儲能由于建設(shè)周期短、選址靈活、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，與新能源開發(fā)消納更加匹配，優(yōu)勢逐漸凸顯。1.2、政策：“十四五”規(guī)劃有序落地，新型儲能盈利模式逐步明確“十三五”期間我國已完成新型儲能技術(shù)儲備。在“十三五”期間我國電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能等取得技術(shù)突破，新型電池、大規(guī)模新型儲能電站紛紛落地?！笆奈濉逼陂g新型儲能盈利模式進(jìn)一步明確。2022年1月，國家發(fā)改委在《“十四五”新型儲能方案》中明確指出，計(jì)劃在2025年電化學(xué)儲能系統(tǒng)成本下降30%、百兆瓦級壓縮空氣儲能技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用等；2022年5月，發(fā)改委、能源局首次明確了獨(dú)立儲能定義，完善了新型儲能相關(guān)市場機(jī)制、價(jià)格機(jī)制和運(yùn)行機(jī)制，指出電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能不承擔(dān)輸配電價(jià)和政府性基金及附加，新型儲能盈利模式逐步明確。1.3、空間：發(fā)改委預(yù)計(jì)2025年我國新型儲能市場規(guī)模將超30GW新型儲能市場廣闊，未來或呈跨越式增長。截止到2021年底，我國新型儲能市場累計(jì)裝機(jī)規(guī)模已達(dá)5729.9MW，2021年4月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》提出我國到2025年新型儲能市場裝機(jī)規(guī)模超30GW，同時(shí)中國電科院首席技術(shù)專家惠東2021年10月表示，到2030年新型儲能裝機(jī)容量將達(dá)到1.5億千瓦。目前電化學(xué)儲能仍占新型儲能主要部分，機(jī)械類儲能中壓縮空氣占比最高。根據(jù)CNESA全球儲能項(xiàng)目庫，截止到2021年底，鋰離子電池裝機(jī)容量占新型儲能89.6%，非電化學(xué)儲能類型中壓縮空氣占比較高，占新型儲能累計(jì)裝機(jī)3.2%；其他新型儲能方式如液流電池儲能、飛輪儲能等占比均在1%以下。二、機(jī)械儲能：壓縮空氣、重力儲能、飛輪儲能多點(diǎn)開花2.1、壓縮空氣儲能：大規(guī)模長時(shí)儲能的主流品種之一壓縮空氣儲能系統(tǒng)是以高壓空氣壓力能作為能量儲存形式，并在需要時(shí)通過高壓空氣膨脹做功來發(fā)電的系統(tǒng)。壓縮空氣儲能是儲能量級可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模儲能，功率達(dá)到百兆瓦級，且建設(shè)周期只需要12-18個月，具有能量密度高、日常運(yùn)營成本低、自放電率低等優(yōu)勢，技術(shù)正越來越受到青睞。目前非絕熱系統(tǒng)的儲能效率較低，在40%-55%左右，主要由于能量以熱能形式損失，而絕熱系統(tǒng)的效率在60%-70%左右，且不需要借助傳統(tǒng)化石能源加熱壓縮空氣。壓縮空氣儲能局限性主要是受地理?xiàng)l件影響，需要天然儲存空氣的地下結(jié)構(gòu)，同時(shí)能量轉(zhuǎn)化效率較低。壓縮空氣儲能已經(jīng)步入百兆瓦級時(shí)代。2013年國家電網(wǎng)在江蘇投運(yùn)了國網(wǎng)江蘇同里500kW液態(tài)空氣儲能示范項(xiàng)目，2018年在江蘇、安徽投運(yùn)安徽蕪湖500kW壓縮空氣儲能示范項(xiàng)目，主要用于早期技術(shù)驗(yàn)證，陸續(xù)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模多在500kW至MW級。2021年，隨著山東肥城鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲能調(diào)峰電站項(xiàng)目、河北張家口百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能示范項(xiàng)目的投運(yùn)，我國的壓縮空氣儲能項(xiàng)目正式進(jìn)入百兆瓦級時(shí)代。截至2022年10月，我國已投運(yùn)的壓縮空氣儲能電站共7個，共計(jì)182.5MW；在建/籌建項(xiàng)目共19個，裝機(jī)量共計(jì)6.3GW。2022年9月以來，壓縮空氣儲能項(xiàng)目加速推進(jìn)，在遼寧朝陽、甘肅酒泉、山東等地完成4項(xiàng)壓縮空氣儲能項(xiàng)目簽約、備案等工作，備案項(xiàng)目規(guī)模均在300MW以上。其中，遼寧朝陽能建300MW項(xiàng)目是全球首個采用人工硐室作為儲氣系統(tǒng)壓縮空氣儲能示范工程，人工硐室儲氣技術(shù)有利于百兆瓦級壓縮空氣儲能電站靈活選址，為大規(guī)模推廣奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2.2、重力儲能：安全性經(jīng)濟(jì)性兼具，技術(shù)驗(yàn)證中重力儲能通過電力將重物提升至高處，以增加其重力勢能完成儲能過程，通過重物下落過程將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。重力儲能項(xiàng)目具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。重力儲能采用機(jī)械能相互電能轉(zhuǎn)化，不會發(fā)生爆炸，安全性較強(qiáng)；同時(shí)不造成地質(zhì)生態(tài)破壞，環(huán)保效益較好；重力儲能建設(shè)周期通常只需要6個月左右，壽命可達(dá)30-35年，轉(zhuǎn)化效率約85%，因此從全生命周期角度重力儲能度電成本較低，約為0.5元/kWh，具備良好經(jīng)濟(jì)性。重力儲能也有一定局限性。目前國內(nèi)在建的首個重力儲能項(xiàng)目為中國天楹于2022年一季度在江蘇如東建設(shè)的100MWh項(xiàng)目，相較抽蓄規(guī)模較??；同時(shí)重力儲能響應(yīng)速度達(dá)到秒級，但略低于電化學(xué)響應(yīng)速度。重力儲能在西部能源消納方面大有可為。重力儲能具有功率大、效率高、壽命長、選址不受限等優(yōu)勢，能夠在中、長時(shí)間內(nèi)儲存大量可再生能源產(chǎn)生的富余能量，同時(shí)可提供轉(zhuǎn)動慣量，適用于西部可再生能源的大規(guī)模消納利用。全球紛紛布局重力儲能，市場空間廣闊。除中國天楹合作的EV公司外，美國GravityPower公司、英國Gravitricity公司也在重力儲能技術(shù)方面有所突破。韓國鋅業(yè)公司5000萬美元注資EV、EV成功登陸紐交所、歐洲銀行明確資金支持英國Gravitricity，今年國家電網(wǎng)正式入局，越來越多的企業(yè)參與重力儲能投資，重力儲能技術(shù)有望加速進(jìn)步，市場空間有望提升。2.3、飛輪儲能：調(diào)頻性能優(yōu)越，成本有待降低飛輪儲能即用電能將一個放在真空外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子加速，從而將電能以動能的形式儲存起來，利用大轉(zhuǎn)輪所儲存的慣性能量儲存電能。飛輪儲能具有響應(yīng)速度快，功率密度高，不受充放電次數(shù)的限制、綠色無污染等特點(diǎn)。飛輪儲能的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到毫秒級，同時(shí)飛輪儲能系統(tǒng)是一種物理儲能裝置，因此不會產(chǎn)生環(huán)境污染，飛輪儲能單機(jī)功率可達(dá)2000-3000kW，可實(shí)現(xiàn)儲能0.5-100kWh，且沒有化學(xué)儲能充放電次數(shù)的限制。飛輪儲能缺點(diǎn)是成本較高，能量密度低，儲能容量少，安全性有待改進(jìn)。目前飛輪儲能使用的飛輪及磁懸浮軸承價(jià)格較高，據(jù)《儲能的度電成本和里程成本分析》（2019年，何穎源等）核算投資成本在1000-1500萬元/MW，高于其他儲能方式，且飛輪儲能安全性相對較差，2021年8月弘慧能源在進(jìn)行飛輪實(shí)驗(yàn)時(shí)飛輪脫離造成人員傷亡，存在一定安全隱患。飛輪儲能主要應(yīng)用領(lǐng)域是調(diào)頻。由于飛輪儲能具有短時(shí)高頻的特點(diǎn)，適合應(yīng)用在電力系統(tǒng)調(diào)頻方面，同時(shí)在分布式發(fā)電及微網(wǎng)、軌道能量回收、電力輸配/備用電源方面也有應(yīng)用，據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2021年飛輪儲能在調(diào)頻方面裝機(jī)容量占比達(dá)84%，遠(yuǎn)超在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。飛輪儲能未來市場廣闊。隨著大規(guī)模新能源并網(wǎng)，電網(wǎng)頻率的波動越來越大，迫切需要飛輪儲能這種短時(shí)高頻的儲能技術(shù)支持。根據(jù)飛輪儲能滲透率提升趨勢，我們預(yù)計(jì)2025年飛輪儲能滲透率將達(dá)到0.7%，累計(jì)裝機(jī)將達(dá)規(guī)模210MW。三、電化學(xué)儲能：液流電池安全性突出3.1、全釩液流電池：安全環(huán)保壽命長，適合長時(shí)儲能全釩液流電池是將具有不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)，通過氧化還原反應(yīng)充放電。全釩液流電池具有安全環(huán)保、壽命長、長時(shí)儲能的特點(diǎn)。全釩液流電池介質(zhì)為含有釩離子的稀硫酸水溶液，且工作環(huán)境為常溫常壓，不易發(fā)生爆炸和燃燒。2022年5月，大連融科總經(jīng)理王曉麗在接受新型儲能資本專訪時(shí)表示在百分之百充放電循環(huán)下，充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2萬次以上，全生命周期能量保持率可以達(dá)到百分之百，是大容量高效儲能技術(shù)的首選之一。同時(shí)，釩電池適合于中長時(shí)儲能，配儲時(shí)長可達(dá)4-12小時(shí)。全釩液流電池成本較高，技術(shù)有待改進(jìn)。目前全釩液流電池電堆的額定工作電流密度較低，造成其功率密度較低、材料用量大，成本高。據(jù)能源電力說統(tǒng)計(jì)，目前全釩液流電池投資成本大約在2.5-3.9元/Wh，與之對比鋰電池的投資成本僅為1.2-2.4元/Wh，約為全釩液流電池投資成本的53%。目前全釩液流電池成本較高，后續(xù)有望通過提高材料化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性、降低材料成本以及提高系統(tǒng)整體性能等方式進(jìn)行釩液流電池的降本。全釩液流電池未來規(guī)模將進(jìn)一步提升。全釩液流電池具有響應(yīng)快、安全環(huán)保、壽命長、規(guī)模大等特點(diǎn)，適合長時(shí)儲能。同時(shí)中國是世界釩資源最豐富的國家，原材料方面不受限，未來市場空間廣闊。我們假設(shè)全釩液流電池市場滲透率提升至20%，到2025年，我國全釩液流電池儲能規(guī)模將達(dá)到6GW。3.2、鐵鉻液流電池：成本較釩電池更低，電池性能有待提升鐵鉻液流電池是一種氧化還原反應(yīng)電池，利用溶解在鹽酸溶液中的鐵、鉻離子價(jià)態(tài)差異進(jìn)行充放電。鐵鉻液流電池被譽(yù)為最安全、儲能壽命最長的電化學(xué)儲能技術(shù)之一，該技術(shù)的電解質(zhì)溶液為氯化鹽水溶液，安全性很高。水溶溫區(qū)也較全釩液流電池的硫酸鹽更寬，在高低溫環(huán)境下的工作性能更優(yōu)。由于功率和容量完全獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)功率和容量按需靈活定制，且充放電次數(shù)可達(dá)10000次以上，具有循環(huán)壽命長、容易回收、穩(wěn)定性強(qiáng)、可運(yùn)行溫度范圍廣和成本低廉等優(yōu)勢。鐵鉻液流電池缺點(diǎn)是效率低、穩(wěn)定性差、電解液會產(chǎn)生交叉污染。目前鐵鉻液流電池能量效率約為70%-75%，在電化學(xué)儲能中處于較低水平，離子傳導(dǎo)膜在高溫運(yùn)行條件下的溶脹較大，同時(shí)鐵鉻液流電池電解液在閉合回路中運(yùn)行，容易產(chǎn)生電解液交叉污染的問題。鐵鉻液流電池較全釩液流電池成本更低。鐵鉻液流電池和全釩液流電池基本原理類似，同屬于水系液流型氧化還原電池，都有原理層面的安全性。但鐵鉻液流電池在成本上具有明顯優(yōu)勢，原材料上鐵價(jià)、鉻價(jià)更低，且相較于釩價(jià)波動較為穩(wěn)定。鐵鉻液流電池關(guān)注度日益增加，技術(shù)存在較大的提升空間。鐵鉻液流電池效率略低于全釩液流電池的75%-85%，同時(shí)鐵鉻液流電池負(fù)極鉻離子的活性還有待提高，析氫副反應(yīng)影響較大，離子傳導(dǎo)膜在高溫運(yùn)行條件下的溶脹較大，循環(huán)穩(wěn)定性較差。技術(shù)改進(jìn)的研究主要集中在電池的關(guān)鍵材料(電解液、電極和離子傳導(dǎo)膜等)和電池結(jié)構(gòu)等方面，以提高電池能量效率、能量密度及其穩(wěn)定性等性能。鐵鉻液流電池商業(yè)化進(jìn)程還處于起步階段。由國家電投投資的河北張家口戰(zhàn)石溝250kW/1.5MWh示范項(xiàng)目于2020年12月投產(chǎn)，項(xiàng)目所采用的鐵-鉻液流電池儲能技術(shù)具備6小時(shí)儲能時(shí)長，并且可以有效適應(yīng)高溫與嚴(yán)寒天氣帶來的不良影響，安全性能顯著。同時(shí)公司在內(nèi)蒙古霍林河啟動全球首個兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能示范項(xiàng)目建設(shè)，預(yù)計(jì)今年年底投產(chǎn)，標(biāo)志著國內(nèi)鐵鉻液流電池量化供貨以及儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。截至2022年8月，據(jù)我們不完全統(tǒng)計(jì)鐵鉻液流項(xiàng)目7個，累計(jì)儲能裝機(jī)容量17.5MW，預(yù)計(jì)后續(xù)市場規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。四、氫儲能/熱儲能：大規(guī)模儲能新思路4.1、氫儲能：大規(guī)模儲能新思路，儲氫問題仍未解決氫儲能技術(shù)是利用了電-氫-電的互變性。其基本原理就是將水電解得到氫氣和氧氣，利用富余的電力大規(guī)模制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來；在電力輸出不足時(shí)利用氫氣通過燃料電池或其它方式轉(zhuǎn)換為電能。氫儲能作為一種清潔、高效、可持續(xù)的無碳能源存儲技術(shù)，是化學(xué)儲能的延伸，具有能量密度高、運(yùn)行維護(hù)成本低、存儲時(shí)間長、無污染、與環(huán)境兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，氫儲能的功率、能量可獨(dú)立優(yōu)化，儲電和發(fā)電過程無須分時(shí)操作，是一種理想的綠色儲能技術(shù)。氫儲能缺點(diǎn)主要是效率較低、儲氫技術(shù)難、安全性較低。根據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所分析，目前氫儲能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)效率僅35%左右，相較于其他儲能較低，同時(shí)儲氫技術(shù)仍需突破，同時(shí)氫氣作為無色無味的易燃易爆氣體，安全性需要進(jìn)一步提高。氫儲能是極具發(fā)展?jié)摿Φ囊?guī)?；瘍δ芗夹g(shù)，可用于可再生能源消納、電網(wǎng)削峰填谷、用戶冷熱電氣聯(lián)供、微電網(wǎng)等場景等諸多場景。例如具備快速響應(yīng)及啟停能力的電解制氫系統(tǒng)，在用電高峰時(shí)可用于調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)；電解制氫+儲氫+氫燃料電池發(fā)電用于構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行氫、熱、電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)可靠供能。氫能儲運(yùn)在產(chǎn)業(yè)鏈中成本較高，高效率和低成本是氫能儲運(yùn)發(fā)展趨勢。氫能產(chǎn)業(yè)鏈