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储能行业发展趋势及前景浅析
发布时间:2023-05-19 09:08:40      点击次数:331

随着动力电池在产业、资本层面均受青睐,其光芒逐渐转移到其“近亲”储能电池赛道。

与动力电池挂钩的新能源汽车行业已经由政策驱动步入市场驱动,渐入佳境,当下处于1-N的发展阶段;相比之下,而储能行业处于0-1阶段,虽显青涩,但后劲大。

Part 1 储能发展的重要性及市场分析

储能,字面意思就是储存能量。简单讲就是使能量转化为在自然条件下稳定存在的能源,即在能量多余时,用特殊装置将能量储存起来,在需要时可以将能量释放出来, 从而起到调节能量供需在时空和强度上不匹配的作用。

储能能根据能量存储形式的不同,广义储能包括电储能、热储能和氢储能三类。电储能是最主要的储能方式,按照存储原理的不同又分为电化学储能和机械储能两种技术类型。

§ 电化学储能:是指各种二次电池储能,主要包括锂离子电池、铅蓄电池和钠硫电池等;

§ 机械储能:主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。

储能系统的构成中,电池是储能系统最重要的组成部分。根据BNEF统计,电池成本占储能系统的50%以上。储能电池系统成本由电芯、结构件、BMS、箱体、辅料、制造费用等综合成本组成。电芯占据80%左右的成本,Pack(包含结构件、BMS、箱体、辅料、制造费用等)成本占据整个电池包成本约20%。

储能系统的生产工艺主要分为两个工段:电池模组生产工段、系统组装工段。

储能诞生之初的使命就是为了调节电力资源,“削峰填谷”,缓解电力压力。

储能在产业链中的位置是怎样的?

储能电池产业链可分为上游原材料及设备、中游储能系统及集成、下游电力系统储能应用。

储能电池上游的原材料主要包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及结构件等;上游的集成系统设备主要包括涂布机、搅拌机等。产业链中游主要为储能系统的集成与制造,对于一个完整的储能系统,一般包括电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及储能变流器(PCS)四大组成部分。产业链下游的应用场景主要发电侧、电网侧和用户侧的电力系统储能。


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储能系统,主要包括电芯、能量管理系统、 电池管理系统、 双向逆变器、系统集成等,其中,电芯作用是储备与释放电能,成本占67%,电池管理系统作用是监测、评估、保护、均衡电池等。


目前的储能的主流方式:物理储能和电化学储能。

1. 物理储能

物理储能作为最成熟并已形成商业化的储能方式,它主要包括抽水蓄能、压缩空气蓄能等。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)数据统计,截至2020 年底全球储能装机规模中,抽水蓄能占比达到 90.3%,占据绝对的主导地位。

2. 电化学储能

电化学储能作为近几年增长最迅猛的储能方式,增长速度由2018年的3.7%迅速提升到2020年的7.5%,受益于储能技术的快速进步,单位成本逐渐降低,具备了良好的商业化运用条件,它主要包括以下几种方式:锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能。由于电化学储能需要考虑寿命、安全性,以及经济成本的问题,而锂离子电池储能具有能量密度高、商业应用广、单位成本不断下降、技术成熟,由此锂离子电池储能成为全球电化学储能的霸主地位。根据数据显示,截至2020 年底,锂离子电池占电化学储能装机量的92%,钠硫电池和铅蓄电池分别占比 3.6%、3.5%。目前锂离子储能主要采用磷酸铁锂电池技术

储能市场巨大,随着技术进步,储能方式也会产生缓慢变化,未来代表性的储能技术包括超导储能和超级电容器储能等。


 

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储能的必要性

全球储能发展比较早,前几年增速平均呈2%-4%规模增长, 2020 年底累计装机规模达到 191.1GW。我国前期储能方式主要是物理储能,电化学储能起步较晚。受益于国家的能源战略,新能源产业快速商业化发展,在锂离子电池储能上迎头赶上,2011 年我国电化学储能装机规模仅为 40.7MW, 2020 年累计装机规模达到 3.27GW,占全球电化学储能装机比重提升至 23%。

目前化石能源仍然是全球能源消费的主要方式,比例占据85%。2020 年 9 月,我国承诺在 2030 年实现碳达峰、在2060 年实现碳中和的目标,西方国家则是在2050 年前实现碳中和的减排目标。从设定的时间节点来看,全球主要经济体实现碳中和的时间仅剩 30-40 年,但目前可再生能源消费仅占全球能源消费的10%,而西方国家要在2050年实现碳中和,可再生能源消费占比必须要达到30%以上,由此可见,在短时间内进行能源结构的变革,时间上并不充裕,未来碳中和的脚步将逐步加快。风能、光能作为未来实现碳中和的重要手段,因其不稳定性、易冲击电网,商业化应用步伐较慢,未来储能的出现,将解决发电侧这些弊端问题。

电力处于现代能源的核心位置,以前是由发电侧-电网侧-用电侧组成的「源-网-荷」结构。

在「碳中和」指导下的电力清洁化趋势下,逐步转变成「源-网-荷-储」的结构,储能将贯穿整个电力系统。

如下图所示:


未来储能行业市场格局将是多维的、立体的,竞争与合作并存将是常态。

 

一、全球储能市场现状


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各国能源结构在碳中和背景下加速转型,全球储能市场近年保持高速增长态势。据中关村储能产业技术联盟(CNESA)统计,2021 年全球新增投运电力储能项目装机规模达18.3GW,同比增长185%,已投运累计装机规模达209.4GW,同比增长9%。其中,新型储能新增投运规模翻番达到10.2GW,已投运装机规模累计25.4GW,同比增长68%。美国、中国、欧洲为前三大市场,合计占全球市场的80%(根据2021 年新增新型储能项目规模计算)。

二、国内储能市场现状

全球锂离子电池储能技术装机规模逐年上涨,占全球储能累计装机规模比重不断扩大,锂离子电池储能市场需求量大,截至2021年,中国锂离子电池储能技术装机规模为5.2GW,占比为11.2%。全球储能电池装机量及增速逐年上涨,全球储能电池市场需求量大;中国储能锂电池产量上涨,下游需求量大,2021年疫情稳定后产能增速明显。


据CNESA 统计,2021 年中国已投运电储能项目累计装机规模46.1GW,同比增长30%。其中,新型储能累计装机规模达到5.73GW,同比增长75%。2021 年中国新增投运电力储能项目装机规模突破10GW,其中抽水蓄能新增规模8GW,同比增长437%,新型储能新增规模达2.4GW,同比增长54%。新增百兆级项目数量达到78个,为20 年同期9倍。

 

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从中国发电量结构来看,火电占比持续下降,从2011 年的81.7%下降至2021 年的67.4%。可再生能源占比则由2011 年的18.3%上升到2021 年的32.6%。其中, 风电、太阳能、核电发电占比增长至7.8% (2011 年: 1.5%)、3.9%、4.9% (2011 年: 1.8%)。装机量方面, 2021 年全国累计发电装机容量约2,377GW,同比增长8%,接近过去5 年的平均增速。2021年风光新增装机合计占全国新增发电装机量58.1% (风电: 27%, 光伏: 31.1%)。据中电联预测,2022 年底累计全口径发电装机容量预测将达到2,600GW。其中,非化石能源发电装机合计将达到1,300GW,占累计装机量的50%。

未来,可以预见到储能行业的未来景气度可能会高于光伏和风电。截至2021 年底,中国新型储能累计装机规模只有5.73GW,假设以发改委2025 年规模30GW 目标计算,年复合增速高达51%。而光伏新增装机量乐观估计到2025 年复合增速也就20%。从这一点看,储能未来的爆发力会更强。

1. 从整体上看

 

 

· 保守场景:政策执行、成本下降、技术改进等因素未达预期。2026 年新型储能累计规模将达48.5GW,2022-26 年CAGR 为53.3%。

· 理想场景:储能规划目标顺利实现。随着电力市场逐渐完善,储能供应链配套、商业模式日臻成熟,新型储能凭借建设周期短、环境影响小、选址要求低等优势成功跑出。2026 年新型储能累计规模达79.5GW,2022-26 年CAGR 为69.2%。

2. 从类别上看储能电池类别又分为很多种,其中锂电池是正处于储能行业爆发期的电池。我国电化学储能目前主要以锂电池为主,其发展也相对成熟,2000-2019年累计电化学储能装机中,锂离子电池占比达87%,已成为主流技术路线。

1)锂离子电池:正处于爆发期 根据GGII 统计,2021年国内储能电池出货量48GWh,其中电力储能电池出货量29GWh, 同比增长339%。其中,铁锂电池是当前应用最成熟的电化学储能,经济性不断提高。 据CNESA 统计,2021年全球储能电池出货量排名前十位的储能技术提供商分别为:宁德时代、鹏辉能源、比亚迪、亿纬锂能、派能科技、国轩高科、海基新能源 (未上市)、中创新航 、南都电源和中天科技。

2) 钠离子电池:多家公司布局,正处于加紧研发阶段

钠离子电池是一种充电电池,主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来运作,原理与锂离子电池相似。钠离子电池的性能优异,在安全性、材料资源可得性、寿命、投资成本等方面均表现良好。规模化应用后成本有望低于铁锂电池。钠离子电池商业化在即。其中,中科海钠于2021 年投运全球首套1MWh 钠离子电池储能系统;宁德时代已启动钠离子电池产业化布局,预计2023 年将形成基本产业链。相关公司:宁德时代、中科海钠(未上市)、华阳股份。

3) 钒液流电池

钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。该等技术被国家发改委、国家能源局认定为十三五期间重点发展并进行应用推广的重点技术之一。目前液流电池相较于锂离子电池、铅碳电池成本较高,但优势是循环寿命长、环保、储能容量大且易于扩展等。行业当前处于由示范阶段转向商业化过程中。相关公司:大连融科、北京普能、上海电气储能科技。

4) 铅炭电池

铅碳电池是一种电容型铅酸电池,为由传统的铅酸电池演进出来的技术。铅炭电池同时具有铅酸电池和电容器的特点,拥有非常好的充放电性能,电池寿命得以延长。铅炭电池生产商通过提升循环次数和倍率性能最终降低储能成本。相关公司:双登集团。

储能作为清洁能源的主力,其技术将迎来大发展,这是不可避免的趋势。

 

Part 2 政策加持储能行业发展

新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备,是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑,也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。近年来,国家陆续出台配套储能政策,其中硬性指标与扶持鼓励双管齐下,从电价机制、项目管理、市场交易、技术攻关、商业模式、发展目标等多个维度进行了顶层设计,助力行业向规范化、产业化、市场化发展。

根据《“十四五”新型储能发展实施方案》、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》和《国家发展改革委 国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》要求。到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段,具备大规模商业化应用条件。其中,电化学储能技术性能进一步提升,系统成本降低30%以上;火电与核电机组抽汽蓄能等依托常规电源的新型储能技术、百兆瓦级压缩空气储能技术实现工程化应用;兆瓦级飞轮储能等机械储能技术逐步成熟;氢储能、热(冷)储能等长时间尺度储能技术取得突破。到2030年,新型储能全面市场化发展。新型储能核心技术装备自主可控,技术创新和产业水平稳居全球前列,市场机制、商业模式、标准体系成熟健全,与电力系统各环节深度融合发展,基本满足构建新型电力系统需求,全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现。


注:上图,列举了一些具体的措施

2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,实现碳达峰与碳中和,最重要的就是能源供给侧实现能源替代——可再生能源发电。上图是国家这两年来出的一些相关政策。国家密集出台多项有关储能发展的纲领性文件及细化实施方案,可以预计“十四五”期间中国储能行业在宏观政策的推动下将加速发展。2021年7月, 发改委和国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,首次明确储能装机量的量化目标:到2025年,新型储能装机规模达30GW以上,并实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。到2030年,向全面市场化发展。此外,近日出台的《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》更是为国内储能行业带来实质性利好。《通知》提出鼓励新型储能可作为“独立储能”自主参与电力市场,推动独立储能参与电力市场配合电网调峰,明确了新型储能在参与电力市场的角色及交易机制等。这一举措将可进一步加快储能市场铺开。


除了国家政策,地方上也陆续出台各种政策,主要体现在:发电侧的技术要求上,以及用户侧补贴(如调峰补贴)上。综合来看,目前地方政策对储能的支持力度:发电侧 > 电网侧 > 用户侧。

地方政府更多倾向于出台发电侧政策,发电侧政策可分为两大类:1)强制配置,2)鼓励配置,在审批项目给予评分倾斜或优先支持。

截至目前,全国已有21个省级行政区在全省或市县级地区明确了新增新能源发电项目的配储比例以及配储时长。综合而言,大部分省份或地区的配储比例为不低于装机容量的10%,配储时长(即持续充放电时间)为2小时以上。

部分地区(例如内蒙古、湖南、河南、广西等地)的新能源项目配置要求甚至达到15%~20%以上。补贴政策可分为两大类:1)投资补贴, 2)运营补贴(调峰补贴)。

目前,储能行业仍主要受阻于高成本、低收益率的问题,而经济性向来是制约电储能规模化及商业化发展的核心原因。所以,地方政府的项目补贴方案可以部分提升储能项目的盈利能力,一定程度上可调动行业的投资积极性。

 

Part 3 储能行业发展前景

随着碳达峰、碳中和目标的提出,以光伏、风电为代表的可再生能源战略地位凸显,储能作为支撑可再生能源发展的关键技术也在快速发展。

➤ 政策支持行业发展,助力碳中和

近年来,国家政策大力支持储能电池发展,《关于促进储能技术和产业发展的指导意见》,明确计划在未来10年内完成两步走,到2025年,使储能电池产业实现规模化发展,形成较为完整的产业体系,成为能源领域经济新增长点。中国十四五规划纲要在储能产业、储能能力、储能项目方面都做出了要求。《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出,坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用。在政策利好下,预计储能电池快速发展将助力我国实现碳中和目标。

➤ 储能电池成本下降,助力能源转型

储能电池可广泛应用于发电、输配电、用电等电力系统环节,可再生能源电力系统建设的快速增长为大规模储能系统的部署奠定了基础。同时,技术进步和生产规模的扩大推动了储能电池成本的下降。此外,动力电池产业的快速发展也带动了相关技术在储能电池中的应用,推动了储能电池成本的降低。随着储能电池成本的不断下降,储能电池市场将迎来快速发展和规模化发展阶段,将助力我国能源低碳化转型。

➤ 储能电池性能升级,助力“双碳”目标实现

储能系统安全事故在全球范围内的发生,引起行业的广泛关注。因此,提高储能电池安全性能是解决系统安全问题最有效的措施。

随着储能电池性能的不断升级,将不断提高储能电池的安全性能和使用寿命,实现绿色低碳,助力实现我国“双碳”目标。


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