儲能的主要應用場景
儲能主要應用于電網輸配與輔助服務、可再生能源并網、分布式及微網以及用戶側各部分。在電網輸配和輔助服務方面,儲能技術主要作用分別是電網調峰、加載以及啟動和緩解輸電阻塞、延緩輸電網以及配電網的升級;在可再生能源并網方面,儲能主要用于平滑可再生能源輸出、吸收過剩電力減少“棄風棄光”以及即時并網;在分布式及微網方面, 儲能主要用于穩定系統輸出、作為備用電源并提高調度的靈活性;在用戶側,儲能主要用于工商業削峰填谷、需求側響應以及能源成本管理。
表1 儲能應用場景廣泛,包括電網側、可再生能源并網、用戶側等方面
國內儲能發展扶持政策
儲能產業政策持續出爐,目標集中在可再生能源并網和電網側,政策紅利明顯。自《十三五規劃綱要》出臺,我國各地方政府部門針對儲能產業出臺的政策層出不窮,儲能產業在密集政策的推動下迅速發展。針對儲能產業的政策主要集中在解決可再生能源并網出現的問題和電網側調峰調頻,電化學儲能作為快速發展的儲能方式,勢必將得到較大的政策助力。
表 2:2016 年以來儲能扶持政策頻繁出臺
2019-2020 年行動計劃出臺,各部門各司其職保障儲能產業化應用。2017年發改委等五部門聯合發布《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》,其中明確提到在十三五期間儲能產業發展進入商業化初期,十四五期間儲能儲能產業規模化發展。2019 年 7 月為進一步的貫徹落實該項指導意見,發改委等四部門發布 2019-2020 年行動計劃,其中對發改委、科技部、工信部、能源局的工作任務都做了詳細部署,進一步推進我國儲能技術與產業健康發展。
表 3:2019-2020 年行動計劃出臺明確各部門職責
儲能的主要方式
儲能即是將電能轉化為其他形式的能量儲存起來。儲能的基本方法是先將電力轉化為其他形式的能量存放在儲能裝置中,并在需要時釋放;根據能量轉化的特點可以將電能轉化為動能、勢能和化學能等。儲能的目的主要是實現電力在供應端、輸送端以及用戶端的穩定運行,具體應用場景包括:1)應用于電網的削峰填谷、平滑負荷、快速調整電網頻率等領域,提高電網運行的穩定性和可靠性;2)應用于新能源發電領域降低光伏和風力等發電系統瞬時變化大對電網的沖擊,減少“棄光、棄風” 的現象;3)應用于新能源汽車充電站,降低新能源汽車大規模瞬時充電對電網的沖擊,還可以享受波峰波谷的電價差。
圖 1:儲能系統通過儲能逆變器實現電能的充放電
目前市場上主要的儲能類型包括物理儲能和電化學儲能。根據能量轉換方式的不同可以將儲能分為物理儲能、電化學儲能和其他儲能方式:1)物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪儲能等,其中抽水蓄能容量大、度電成本低,是目前物理蓄能中應用最多的儲能方式。2)電化學儲能是近年來發展迅速的儲能類型,主要包括鋰離子電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能;其中鋰離子電池具有循環特性好、響應速度快的特點,是目前電化學儲能中主要的儲能方式。3)其他儲能方式包括超導儲能和超級電容器儲能等,目前因制造成本較高等原因應用較少,僅建設有示范性工程。
表 1:物理儲能和電化學儲能是目前主要的儲能方式
儲能主要應用于電網輸配與輔助服務、可再生能源并網、分布式及微網以及用戶側各部分。在電網輸配和輔助服務方面,儲能技術主要作用分別是電網調峰、加載以及啟動和緩解輸電阻塞、延緩輸電網以及配電網的升級;在可再生能源并網方面,儲能主要用于平滑可再生能源輸出、吸收過剩電力減少“棄風棄光”以及即時并網;在分布式及微網方面, 儲能主要用于穩定系統輸出、作為備用電源并提高調度的靈活性;在用戶側,儲能主要用于工商業削峰填谷、需求側響應以及能源成本管理。
表 4:儲能應用場景廣泛,包括電網側、可再生能源并網、用戶側等方面
鋰電儲能產業鏈,誰是核心競爭點?
答案是成本。
鋰電儲能由電池組、儲能變流器(PCS)、電池管理系統(BMS)、能量管理系統(EMS)構成。
電池組是大頭,約占六成。
與動力電池比,儲能電池對能量密度要求較低,材料性能要求略低。
2021年,儲能項目中標價格均價在1.476 元/Wh,總體上價格向下走,但會隨著原材料價格出現波動。
儲能系統的買家大多是電網、發電、通信開發商等大客戶。
換言之,議價能力強。
所以原材料,主要是鋰源價格上漲,儲能電芯廠家成本壓力會增大。
但頭部廠商話語權強,到也能順利轉嫁上游漲價壓力。
比如寧德,由于規模效應、上游布局帶來材料成本優勢等原因,仍享受超30%的儲能產品毛利率。
自從政策層面開始要求風光發電要配置一定比例的儲能以來。
儲能市場開始快速增長。
GGII 數據顯示,2021年中國鋰電池儲能總出貨量為 37GWh,增長達128.4%;
其中電力儲能47%、通信儲能33%、家庭儲能15%、便攜式儲能3%。
從毛利來看,便攜式儲能>家庭儲能>電力儲能>通信儲能。
可以看出,2C利潤豐厚,2B則不然。
過去,全球儲能電池市場由日韓主導,但這幾年國內企業快速成長。
2019年韓國SDI和LG在全球儲能電芯市場的市場份額一度超過60%。
2020年則跌到55%,寧德時代占到了14%。
寧德時代布局儲能時間是2011年,就參與了張北國家電網風光儲輸示范項目。
2020年寧德儲能電池出貨量突破2.8GWh,排名世界第三,國內第一。
2021年出貨量預計在15-20GWh之間。
從發電側、電網側到用戶側,寧德時代已成功參與發、輸、配、用多項儲能項目。
寧王是King,名不虛傳。
第二強的選手是比亞迪,也是最早進入電池儲能領域的龍頭企業。
Cube T28是BYD全新一代的儲能產品,實現對新型儲能核心技術的自主可控、引領中國新型儲能技術和標準。
該產品占地16.66平方米,容量2.8MWh,面積能量密度較普通40尺風冷儲能集裝箱提升了 90%。
接下來是兩個小老弟。
鵬輝能源也是積極投入儲能市場,而且儲能業務營收占比提升高達28%。
儲能對營收增長邊際貢獻很高。
值得是的是,鵬輝能源在海外家儲、便攜式儲能和光伏儲能等收入大幅增加。
這公司在大幅擴張產能,擬投資60億建設儲能及動力電池制造基地,布局鋰電池電芯、PACK 生產線。
項目規劃產能20GWh。
客戶方面,鵬輝能源拿下了陽光電源、天合光能、中國移動通訊基站儲能電池項目和中國鐵塔2020年備電用磷酸鐵鋰蓄電池等單。
海外市場則拿到歐洲和澳洲的資格認證,在家儲產品訂單方面變現突出。
派能科技定位鋰電池系統供應商,除了電池包,還有能量管理系統。
其產品則集中在家儲,主要供出口。
2021年底其產能突破3GWh。
接下來說下儲能變流器
其成本約占儲能系統的10%-20%。
簡單來說,儲能變流器是鏈接儲能系統和電網的轉換設備。
第一個作用是直流變交流。
第二是“充電+放電”帶來的雙向變流需求,具有對電池充電和放電功能,可用于光伏、風力發電功率平滑、削峰填谷、微型電網等多種場合。
儲能變流器決定著輸出電能的質量和特征,從而很大程度上影響了電池的壽命。
這個設備的關鍵在于拓撲結構和IGBT。
拓撲結構可以理解為電路設計,不同的廠家會根據應用領域出不同的方案。
IGBT就是功率半導體,這一塊也是熱點領域,電車、光伏、風電都廣泛使用。
英飛凌是絕對龍頭,這兩年國產的斯達半導,時代電氣的產品力也在提高。
這一塊的市場空間也非常可觀。
而且相比電芯,儲能變流器毛利率較高,主要是技術方案技術含量高,而且具有差異化。
而且這東西和和光伏逆變器可以共線生產。
不難猜到,儲能變流器的龍頭就是逆變器龍頭,陽光電源。
作為國內最早介入儲能領域的企業,陽光電源是全球最有經驗的儲能設備 及系統解決方案供應商。
可提供儲能變流器、鋰電池模組、能量管理系統等儲能核心設備
連續五年,陽光電源登頂儲能變流器廠商、系統集成商榜首,出貨量國內第一,同時也是儲能企業出海冠軍。
陽光電源是自主研發型企業,已形成 PACK、PCS、EMS、BMS(均自主研發)之間深度耦合性集成技術。
有5~10kW/9.6~102.4kWh家庭儲能系統和50kW~1MW/2~5h分布式儲能系統。
為多個儲能項目提供整體解決方案。
固德威是全球戶用變流器龍頭。
其產品面向小型戶用市場,以降低用戶對電網和傳統能源的依賴,實現家庭電力的自給自足。
2020年固德威儲能變流器出貨量約為 2.23 萬臺,營業收入1.59 億元,同比47%,業務收入占比約為10%。
在戶用儲能市場,固德威市場占比超15%,全球排名第一。
而且由于是面向C端用戶,毛利率也明顯高于同行。
同樣主攻戶用市場的還有錦浪科技。
2021年儲能業務上半年營收達0.66億元,同比640%,收入占比4.57%。
雖然目前占比較小,但增速相當可觀。
錦浪科技在積極擴產,2020年定增3.5億投資“年產 40 萬臺組串式并網及儲能變流器新建項目”。
投產后可大幅提高生產效率,降低生產成本,預計帶來超5.3 億的營業收入。
戶用變流器還有個新秀德業股份。
其主業是微型變流器,是這一細分賽道的龍頭。
近期也將高毛利的儲能變流器作為發展重點。
2021H1變流器業務實現營收 3.79 億元,其中儲能變流器銷售收入約 1.8 億元,同期285.62%,儲能收入占比已升至 47.5%。
還有一個華寶新能,主攻便攜式儲能產品這一細分領域。
其儲能產品可應用于戶外旅行、應急備災等場景。
2021H1便攜儲能產品營收7.76 億元,年均復合增速約 273%,業務收入占比達 81.3%。
主要部件說完,下面說下儲能系統集成。
這一塊需要具有豐富的項目實踐經驗和多樣的技術儲備。
因為要根據不同的終端應用場景、不同客戶需求設計出相應的儲能系統。
這一塊呢,市場很分散,總體上就是掙個辛苦錢。
主要有四類:
一類來自電池企業,包括寧德時代、比亞迪、特斯拉等。
一類來自光伏行業,包括陽光電源等
還有是傳統電力企業如南瑞、中天、許繼等
最后是專注儲能系統集成的企業,如派能科技
由于生意模式一般,就不具體說了。
儲能系統還有更細分的領域,即產業鏈延伸部分。
寶光股份是真空滅弧室龍頭,市占率多年保持在 30%以上。
真空滅弧室是個安全設備,是中高壓電力開關的核心部件。
主要作用是,通過管內真空優良的絕緣性使中高壓電路切斷電源后能迅速熄弧并抑制電流,避免事故和意外的發生。
青鳥消防是消防安全系統產品龍頭。
在工業消防領域廣泛布局,近來也在在儲能消防領域有多個項目在加速落地。
儲能系統還有一個重要組成,就是溫控。
調節電池溫度,是安全的必須,也是延長電池壽命,充放電效率的關鍵組成。
這一塊的趨勢是從風冷切換到液冷。
隨著電池容量、系統功率密度的擴張需求增長,液冷散熱有望取代風冷成為未來占比最高的技術路線。
這一塊的龍頭,要看英維克。
其布局儲能領域最早,2020年推出系列液冷機組并開始批量應用于國內外各種儲能應用場景,在國內市占率較高。
總體上,由于儲能行業得到政策全面支持,行業高速發展。
整個產業呈現出高速發展的態勢。
建議從如下幾個方面考慮具體投資對象:
一是從市場規模看。電池和儲能變流器環節成本占比較高。
二是從業績增速看。短期是海外家儲快速放量,業績增速快,中長期要看電力儲能商業,待模式完善、盈利性提升后,儲能增長還有第二輪。
三是從收入占比來看。各領域巨頭公司儲能收入占比相對較小,儲能收入占比高、彈性好的公司,如鵬輝能源、派能科技,德業股份
四是從行業壁壘看。儲能電池對循環壽命要求高,目前寧德時代的磷酸鐵鋰電芯可做到 8000-10000次,高于競爭對手,具備技術優勢。
五是從行業集中度看。電池領域集中度高,寧德時代規模優勢顯著。
鋰離子電池應用廣泛,儲能應用占比穩步提升
鋰離子電池應用廣泛。與傳統電池相比,鋰離子電池不含鉛、鎘等重金屬,無污染、不含毒性材料,同時具備能量密度高、工作電壓高、重量輕、體積小等特點,已經廣泛應用于消費電子、新能源汽車動力電池和儲能領域。鋰離子電池電芯主要由正極材料、負極材料、電解液和隔膜四大材料構成,而從電芯到最后的完整的電池包主要經過兩個環節:1) 將一定數量的電芯進行串并聯組裝成電池模組;2)電池模組加上熱管理系統、電池管理系統(BMS)以及一些結構件組成完整的電池包,又稱作電池PACK。
圖 22:鋰離子電池產業鏈涉及上游有色金屬材料、中游電池材料和電池以及下游的動力電池、消費電池和儲能電池應用
鋰電技術路線多,儲能更注重安全性和長期成本。與動力鋰電池相比, 儲能用鋰電池對能量密度的要求較為寬松,但對安全性、循環壽命和成本要求較高。從這方面看,磷酸鐵鋰電池是現階段各類鋰離子電池中較為適合用于儲能的技術路線,目前已投建的鋰電儲能項目中大多也都采用這一技術。三元電池的主要優勢在于高能量密度,其循環壽命和安全性較為局限,因而更適合用作動力電池。
表 7:磷酸鐵鋰因其循環次數高、穩定性好等特點更適用于儲能應用
鋰離子電池儲能技術應用主要集中在可再生能源并網和電網側。從全球范圍內來看,鋰電池儲能技術應用最多的為電網側,占比達到 52.7%,主要用于電網的調峰調頻;可再生能源并網占比達到 28.9%,分布式及微網和用戶側占比分別為 13.2%及 5.2%。中國市場略微有所差別,可再生能源并網應用占比最高,達到 37.7%;其次分別是電網側應用、用戶側和微網端,占比分別為 25%、22.1%和 13.2%。
圖 23:全球范圍來看鋰電池儲能主要用于電網側
圖 24:中國市場鋰電池儲能主要用于可再生能源并網
鋰電儲能技術在可再生能源并網和電網側裝機增長顯著。在 2012 年, 鋰電儲能技術在風光電并網和輔助服務的累計裝機量僅為 23.9MW、23.7MW。自 2016 年起,全國各地方儲能產業政策不斷出爐,推動了儲能產業的快速發展,鋰電儲能在風光電并網和電力輔助服務上裝機量攀升,2018 年累計裝機同比增速高達 226.7%、115.1%,累計裝機量分別為285.9MW、184.3MW。目前仍有大量風光發電站和熱電廠未裝備有調峰調頻儲能設備,鋰電儲能技術在風光電并網和輔助服務側存在廣闊的市場。
圖 25:鋰電儲能技術在可再生能源并網和電網側裝機增長顯著
注:以上來源國泰君安證券&華東儲能聯盟
抽水蓄能:儲能最成熟技術
提高可再生能源并網規模的重要性和緊迫性日益凸顯,儲能規模的提升是重中之重。
儲能行業仍處于多種儲能技術路線并存的階段,抽水蓄能仍然是當前最成熟、裝機最多的主流儲能技術。
根據CNESA統計,截至2020年底,中國已投運儲能項目累計裝機規模35.6GW,占全球市場總規模的18.6%,同比增長9.8%。其中,抽水蓄能的累計裝機規模最大,為31.8GW,同比增長4.9%,占我國儲能結構的89.3%。
抽水儲能是物理儲能的一種,是在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫時將電能轉化成重力勢能儲存起來,在負荷高峰時利用反向水流發電的形式,綜合效率在70%到85%之間。
根據《儲能的度電成本和里程成本分析》中測算,抽水蓄能僅有0.21-0.25元/kWh的度電成本,在各種儲能技術中度電成本最低。
抽水蓄能電站是水電電源的重要組成部分,也是光伏及風力發電重要的調峰手段,將在“十四五”將迎來新的發展窗口期。
抽水蓄能站工作原理:
從抽水蓄能裝機地域分布上來看,根據國際可再生能源機構數據,截至2020年底,我國主要集中在華東、華南地區。
裝機規模超過4GW的有浙江、廣東;3-4GW的有安徽;2-3GW的有江蘇;1-2GW的有河北、山西、內蒙古、遼寧、福建、江西、山東、河南、湖北、湖南。
從單個電站規模來看,目前國內最大的為惠州與廣州的抽水蓄能電站,規模均為2.4GW。
投資金額產業鏈方面,一般由甲方投資建設及運營抽蓄電站,主要在輸電端進行抽蓄電站建設。
投資方一般為國網,南網等。國網委托第三方建設機構進行設計建設,由于工程難度較高,有一定技術壁壘,一般為中國電建、中國能建、粵水電下屬設計院及部分省級電力設計院進行勘察設計及建設工作。
2011-2020年抽水蓄能完成投資額整體呈增長趨勢,2020年抽水蓄能完成投資額已超過200億元,數據較詳細的有38個,中國電建承建了其中36個項目,其余2個分別由中國能建和安能建設承建。
整體來看,中國能建與中國電建在抽水蓄能建設領域有競爭優勢,中國能建吸收合并的葛洲壩于2020年中標土耳其埃利迪爾抽水蓄能電站項目EPC (106.2億元)。
根據兩網規劃情況,南方電網未來十年將建成投產2100萬千瓦抽水蓄能,同時開工建設“十六五”投產的1500萬千瓦抽水蓄能,總投資約2000億元。
目前抽水蓄能的兩部制電價的定價機制和傳導機制已經確定,即抽水蓄能實施兩部制電價,以競爭性方式形成電量電價,將抽水蓄能容量電價納入輸配電價回收,僅電量電價通過市場方式形成。
2021年5月發改委發布《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》,明確提出以政府定價的方式核定容量電價,經營期定價法核定抽水蓄能容量電價,抽蓄電站按照40年經營期進行核算,經營期內資本金內部收益率按6.5%核定,并隨省級電網輸配電價監管周期同步調整。
國家能源局發布《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》,提出到2025年,抽水蓄能投產總規模較“十三五”翻一番,達到6200萬千瓦以上;到2030年,抽水蓄能投產總規模較“十四五”再翻一番,達到1.2億千瓦左右;到2035年,形成滿足新能源高比例大規模發展需求的,技術先進、管理優質、國際競爭力強的抽水蓄能現代化產業。
不可忽視的熱儲能
當前,全球約有234GWh的儲熱系統正在發揮著重要的靈活性調節作用。但與火熱的電化學儲能技術相比,業界對熱儲能技術的關注熱度一直不高,在冷、熱、電、氣等多種能源形態綜合協同發展的趨勢下,熱儲能技術的關注熱度正在逐步提升。
當前,儲熱技術的應用價值已經在民用供暖、工業蒸汽、火電靈活性改造等多個細分領域得到充分體現,在電力輔助服務、綜合能源服務的時代潮流下,新的市場正在打開,儲熱技術的市場空間將進一步擴大,在“碳達峰、碳中和”的目標背景下,行業亟需加大對儲熱技術的宣傳推廣力度,清除市場對儲熱技術應用的認知誤區,推動儲熱技術的規模化應用和發展。
儲熱技術的優越性
儲熱技術是以儲熱材料為媒介將太陽能光熱、地熱、工業余熱、低品位廢熱等熱能儲存起來,在需要的時候釋放,最大限度地提高整個系統的能源利用率而逐漸發展起來的一種技術。其最大的潛力就在于解決由于時間、空間或強度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題。
在解決棄風棄光、促進可再生能源消納,參與電網調峰、需求側響應等電力輔助服務市場,以及綜合能源服務等市場,儲熱技術均有應用價值和市場空間。除此之外,儲熱技術在電供暖、工業蒸汽、余熱回收等熱能利用市場,還擁有儲電技術無法參與的應用場景。
此外,儲熱技術并不單指儲存和利用高于環境溫度的熱能,還包括儲存和利用低于環境溫度的熱能,即日常所說的儲冷。蓄冷技術在冷鏈相關領域已有成熟應用,市場規模亦在持續擴大。
儲熱的技術分類
儲熱技術主要分為顯熱儲熱、潛熱儲熱與熱化學儲熱三大類。其中,顯熱儲熱是利用材料物質自身比熱容,通過溫度的變化來進行熱量的存儲與釋放;潛熱儲熱是利用材料的自身相變過程吸/放熱來實現熱量的存儲與釋放,所以潛熱儲熱通常又稱為相變儲熱。熱化學儲熱是利用物質間的可逆化學反應或者化學吸/脫附反應的吸/放熱進行熱量的存儲與釋放。
顯熱和相變儲熱技術已廣泛應用
顯熱儲熱方式原理簡單、技術較成熟、材料來源豐富且成本低廉,因此廣泛地應用于化工、冶金、熱動等熱能儲存與轉化領域,獲得充分發展。
顯熱儲熱目前主要應用的儲熱材料有硅質、鎂質耐火磚,三氧化二鐵、鑄鋼鑄鐵、水、導熱油、沙石等熱容較大的物質。其中,水的比熱大,成本低,主要用于低溫儲熱,目前已經在清潔供熱和火電靈活性改造等領域廣泛應用,鎂質耐火磚等材料已成為市場上固體蓄熱式電暖器的主要選材,導熱油、硝酸鹽的沸點比較高,已應用于太陽能中溫儲熱和高溫熱發電。
▲顯熱儲熱材料特點
相變儲熱技術亦整體趨于成熟,其中,低溫相變材料主要包括聚乙二醇、石蠟和脂肪酸等有機物及無機水合鹽,中高溫相變材料主要包括無機鹽、金屬和合金等。目前相變材料在清潔供熱、相變溫控、冷鏈運輸等領域都已有了一些實踐。
熱化學儲熱技術的成熟度在三種技術路線中最低,其從實驗室驗證到商業推廣還有很長的一段路要走,在未來熱化學儲熱技術的循環原理、控制機制及技術經濟性仍然需要大量的研究。
▲各儲熱技術的主要特點對比
儲熱市場可期但短期障礙猶存
國際可再生能源署(IRENA)于2020年發布的儲熱專項報告《創新展望:熱能存儲》指出,到2030年,全球儲熱市場規模將擴大三倍,在未來10年,儲熱裝機容量將增長到800GWh以上,儲熱市場發展的浪潮不可阻擋。
但當前,經濟性仍是制約儲熱技術大規模推廣的重要因素,需要繼續開展高性能、低成本儲熱技術研發;現有儲熱技術偏重于居民供暖領域,在工業高品質差異化供能方向需要進一步研究;規模化儲熱裝置缺乏統一的標準和測試手段,需要加強標準體系建設以指導儲熱產品規范發展;需加強規模化儲熱負荷入網檢測標準及檢測技術研究。
未來,儲熱材料將朝著低成本、高儲熱密度、高循環穩定性、長周期存儲的方向發展;儲熱裝置從關注單體設備效率、成本向滿足高品質供能、差異性需求、儲用協調方向發展;規模化分布式儲熱/冷技術從單純供能,向兼顧電網輔助服務和綜合能源服務的多元化用能方式發展。
另一個障礙是在政策方面。近段時間以來,關于儲能的利好政策頻出,但其中部分政策條文未涉及熱儲能技術。4月21日,國家發改委、國家能源局聯合印發的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見(征求意見稿)》將新型儲能定義為除抽水蓄能外的新型電儲能技術,引發儲熱業界的熱烈討論,CHPLAZA清潔供熱網等相關團體對此專門提交了反饋意見,呼吁將熱儲能技術納入該文件。
再者,從行業自身來看,相較于火熱的電儲能行業,熱儲能產業鏈從業企業整體展現出的凝聚力較差,各個企業各自為戰,企業間缺乏協同、溝通與合作。這很大程度上是由于儲熱領域一直欠缺一個牽頭的協會類的組織機構去凝聚行業力量,向上傳達行業訴求。目前儲能領域的協會組織幾乎被電儲能所主導,他們形成了一個強大的利益共同體,儲熱的發聲機會和空間幾乎沒有。
儲能商業模式及案例
電網側:調峰調頻是儲能企業的主要收入來源
儲能電網側應用的補償費用普遍由發電廠均攤,具體盈利機制各地方有所不同。發電企業因提供有償輔助服務產生的成本費用所需的補償即為補償費用,國家能源局南方監管局在 2017 年出臺了《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》及《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》, 兩個細則制定了南方電力輔助服務的市場補償機制,規范了輔助服務的 收費標準,為電力輔助服務市場化開辟道路。以廣東地區為例,目前 AGC 服務調節電量的補償標準可以達到 80 元/MWh,電力輔助服務存在盈利空間。
表 5:南方地區電力輔助服務補償機制
儲能技術在并網側的應用主要是解決“棄光、棄風”問題,改善電能質量。我國能源供應和能源需求呈逆向分布,風能主要集中在華北、西北、東北地區,太陽能主要集中在西部高原地區,而絕大部分的能源需求集中在人口密集、工業集中的中、東部地區;供求關系導致新能源消納上的矛盾,風光電企業因為生產的電力無法被納入輸電網,而被迫停機或限產。據國家能源局統計,我國棄光、棄風率長期維持在 4%以上,僅2018 年棄風棄光量合計超過 300 億千瓦時。鋰離子電池儲能技術能有效幫助電網消納可再生能源,減少甚至避免棄光棄風現象的發生。風光發電受風速、風向、日照等自然條件影響,輸出功率具有波動性、間歇性的特點,將對局部電網電壓的穩定性和電能質量產生較大的負面影響, 鋰離子電池儲能技術在風光電并網的應用主要在于平滑風電系統的有功波動,從而提高并網風電系統的電能質量和穩定性。
圖 5:2016 年至今中國棄光率、棄風率逐年下降
在可再生能源并網領域,鋰電儲能收益主要依靠限電時段的棄電量存儲。
儲能電站在用電低谷期儲存剩余電量,在用電高峰期釋放電能,釋放電量與指導電價的乘積即為儲能電站的收益。目前在青海、遼寧等光照和風電資源較豐富的地區已經有對應儲能項目投運。
表 6:可再生能源并網部分已投運項目
用戶側峰谷套利
峰谷電價的大力推行為儲能套利提供可觀空間。我國目前絕大部分省市工業大戶均已實施峰谷電價制,通過降低夜間低谷期電價,提高白天高峰期電價,來鼓勵用戶分時計劃用電,從而有利于電力公司均衡供應電力,降低生產成本,并避免部分發電機組頻繁啟停造成的巨大損耗等問題,保證電力系統的安全與穩定。儲能用于峰谷電價套利,用戶可以在電價較低的谷期利用儲能裝置存儲電能,在電高峰期使用存儲好的電能,避免直接大規模使用高價的電網電能,如此可以降低用戶的電力使用成本,實現峰谷電價套利。
用戶側儲能主要應用場景及案例
1充電站
光儲充一體化,目前也是比較普遍的應用場景,一方面緩解了充電高峰時充電樁大電流充電對區域電網的沖擊,另一方面通過峰谷差價,給充電站帶來了非常可觀的收益。目前已經覆蓋了大部分地區,在全國江蘇、廣東、四川、云南、陜西、山東等等很多省份均有建設投運。
2工業園區
目前大多數用戶側儲能項目都建設在工業園區內。2018年1月報道,江蘇無錫星洲工業園內,新加坡工業園智能配網儲能電站儲能容量為20MW/160MWh,是當時全球最大商用儲能電站。該項目是首個接入國網江蘇省電力公司客戶側儲能互動調度平臺的大規模儲能電站,也是首個依照江蘇省電力公司《客戶側儲能系統并網管理規定》并網驗收的項目。除此之外,還有江蘇啟東螺絲廠、食品工廠、污水處理廠、信義空調園區等也有安裝儲能設施。
3數據中心
為進一步提升數據中心供電的穩定性和可靠性,萬克能源和阿里巴巴合作,在阿里巴巴上海數據中心建設了數據中心儲能系統,在雙十一期間為數據中心提供了電力保障。儲能系統并聯接入數據中心,簡化了數據中心供電的串聯級數,優化改進了電源結構,大幅改善了數據中心應急電源的容量和備用時間,進而進一步增強了數據中心的供電可靠性。此外,儲能系統還可通過削峰填谷、容量調配等機制,提升數據中心電力運營的經濟性,節能降耗,低碳環保。
4通信基站
2018年1月4日,中國鐵塔公司在北京與重慶長安、比亞迪、銀隆新能源、沃特瑪、國軒高科、桑頓新能源等16家企業,簽訂新能源汽車動力蓄電池回收利用戰略合作簽約儀式。據了解基站儲能電池需求巨大,中國鐵塔公司在全國范圍內現有近200萬座基站,備電、削峰填谷、新能源站等合計需要電池約13600萬kWh,每年新增儲能電池需求約2500萬kWh。
5地鐵、有軌電車
2018年5月9日,德令哈現代有軌電車項目首列車,在中車四方股份公司下線,該車采用超級電容和鈦酸鋰電池混合儲能技術,堪稱超級電容有軌電車的“升級版”。2018年已投入運營,是首列開進青藏高原的現代有軌電車,也是世界上運營海拔最高的有軌電車。
6港口岸電
港口是用電大戶,隨著港口規模的不斷擴大,其對電能的消耗也得到越來越多的關注。港口主要用電負荷集中在大功率、長時間工作的設備。江蘇連云港擬在港口岸電系統中建設5MW(1MW超級電容+4MW鋰電)儲能電站,滿足總量10MW以上以及單個泊位3MW以上岸電接入需求,岸電滿負荷運行的情況下,留有足夠裕量,滿足多種隨機性電源和負荷的接入需求。
7島嶼
目前,在我國的一些偏遠山區、海島等遠離城市的地方,仍然存在著一些未通電或者供電不穩定的“電力空白區”。2018年5月27日,我國首個遠海島嶼智能微電網在三沙永興島建成,通過柴油發電、光伏、儲能等多種能源互補,將永興島的供電能力提高8倍,同時也實現光伏等清潔能源100%的優先利用,未來還可以實現波浪能、可移動電源等多種能源的靈活接入。
8醫院
2018年12月31日,由上海電建福建公司承建的福建瑪高愛紀念醫院750千瓦/1.8兆瓦時儲能項目一期工程順利投運。該工程為福建省首個醫院系統儲能項目,在電網正常供電時可以實現對電網的削峰填谷,在電網停電的情況下能夠快速斷開電網,保證醫院重要負荷的供電,快速接入,充當UPS(不間斷電源)的功能保證醫院重要負荷不斷電,為醫院平穩運營提供堅實的電力保障。
9商場
南都電源的北京藍景麗家用戶側商業綜合體智慧能源儲能電站位于北京市海淀區北三環,項目總規模1MW/5MWh,其中首期投運規模為500KW/2.5MWh,項目總占地170平米。儲能系統在400V低壓側接入商場配電房母線,電站預期使用壽命為10年。該儲能電站于2017年5月22日,實現了家居商場容量電費管理和電量電費的管理,解決了家居商城線路無法擴容改造,以及電動汽車充電接入帶來的沖擊電網的痛點,實現削峰填谷智慧儲能服務,同時還可參與電力需求側響應。此外,據北極星儲能網了解,北京昌平多樂港也在規劃建設儲能設施以削峰填谷節約電力費用。
10軍區營地
新疆某戍邊高原營地,由電建集團新能源公司投資建設的全軍首個軍民融合可再生能源局域網項目于2018年8月啟動,2018年12月26日正式并網。項目主要新建光伏、風力和儲能電站,配套建設輸電線路、應急柴油電站和智能微網管控系統等。建成后能源自給率超過90%,成為國內最大的可再生能源局域網,不僅能較好滿足軍地雙方照明、供暖、制氧、取水和裝備等綜合用能需求,而且還可大大減輕油料、煤炭等后勤保障負擔,初步構建綠色低碳、安全高效、可持續的高原現代能源體系。
11政務樓宇
2018年11月消息,陽光家庭光伏儲能電站落戶安徽廬江縣政府大樓,成為政務樓宇光伏儲能項目的全國首例應用.電站裝機容量約6千瓦,采用陽光家庭光伏儲能系統實現離網獨立式發電供電。每年可發6000多度電,為大樓輸送源源不斷的清潔電力。
12田園生態園區
2018年12月5日,業主方上海玉海棠生態農業科技有限公司正式移交鑒定書。至此,上海電氣電站集團的崇明三星田園“互聯網+”智慧能源示范項目系統全部完成調試。該示范項目是針對三星鎮新安村特有的生態環境、發展規劃和居民需求,量身打造的集“風光儲充”于一體的智慧能源項目,是建設崇明世界級生態島的重要一環。白天CIGS薄膜光伏發電后存儲在梯次利用動力電池中,晚上亮燈時,儲能系統中的電釋放出來,草帽論壇、海棠左岸等富有當地特色的建筑依次點亮。至此,一場以可再生能源、儲能、能源管理系統為核心應用的鄉村能源的升級和變革正在拉開序幕。
13銀行
2018年11月3日,上海招商銀行大廈1MW/2.56MWH儲能系統順利并網。該項目是上海市首個商業化應用樓宇用戶側儲能項目,也是國內金融企業利用自有物業建成的首個儲能項目。該項目由中國廣核新能源控股有限公司(簡稱“中廣核新能源”)出資建設,建筑物業主為上海招商銀行股份有限公司,廣州智光儲能科技有限公司(簡稱智光儲能)為該項目提供綜合解決方案。項目坐落于上海市浦東新區中心位置,建設地點為招商銀行上海大廈,占地103平米,利用“削峰填谷”模式為上海招商銀行大廈提供節能服務。
14 酒店
由科陸電子參與建設的北京拉斐特城堡酒店1MW/2MWh儲能項目,是削峰填谷應用類儲能項目,是500MWh 儲能設施國際采購項目中首個建成并投運的儲能電站,從確認訂單到完成交付僅歷時45天。
抽水儲能占主導市場
中國市場與全球類似,抽水蓄能占據主導地位。在儲能裝機的類型分布中,我國呈現與全球類似的特點,根據 CNESA 數據統計顯示,截止 2018年底我國儲能整體裝機中抽水蓄能占比達到 95.8%,電化學儲能與其他儲能方式共存,其中電化學儲能市場占比為 3.4%,熔融鹽蓄熱儲能市場占比 0.7%,而飛輪儲能,壓縮空氣儲能市場占比均不足 0.1%。
圖 11:截止 2018 年底抽水蓄能占中國儲能裝機的主導地位
根據中國儲能分會數據顯示,我國儲能裝機主要分布在西北和華東地區,兩者合計占裝機總規模的49%;其中西北地區主要集中在新疆、甘肅省,華東地區主要集中在江蘇、浙江等省份。此外西南、華南、華北地區儲能裝機估摸占比分別為 14%、12%及 15%;其中西南地區主要集中在云南省,華南地區集中在廣東省,華北地區則主要集中在山東、山西和內蒙古等省份。華中及東北地區的儲能裝機量極少,占比均為 5%,其儲能裝機主要集中在湖南省、遼寧省。
圖 12:我國投運儲能項目在南方地區分布較多
圖 13:西北和華東地區占全國儲能裝機規模的近 50%
5.3 儲能蓄能裝機增速下滑,電化學裝機規模快速上升
抽水蓄能的主導地位仍然不會改變。抽水蓄能屬于大規模、集中式能量儲存;其技術非常成熟,每瓦儲能運行成本較低,可用于電網的能量管理和調峰;但其建設完全依賴于地理條件,即當地水資源的豐富程度, 并且一般與電力負荷中心有一定的距離,面臨長距離輸電的問題。2016 年以來全球抽水蓄能的裝機增速持續下降,2018 年裝機增速僅為 0.6%;而從我國的情況來看,2018 年我國抽水蓄能裝機規模同比增速為 5.3%,高于全球水平。短期來看我們認為抽水蓄能成本更加的便宜,并且隨著特高壓輸電的不斷建設,電力損耗有望進一步減少,抽水蓄能在儲能應用中的主導地位短期內仍然不會被動搖。
圖 14:2016 年以來全球抽水蓄能裝機規模增速逐年下滑
圖 15:2018 年我國抽水蓄能裝機規模同比增長 5.3%
5.4電化學儲能是儲能市場發展的新動力
電化學儲能是儲能市場保持增長的新動力。無論是從全球還是中國的裝機情況來看,2018 年都可以說是電化學儲能的元年,亦或是集中爆發的一年。從全球角度來看,2018 年電化學儲能裝機規模達到 6625MW,同比增長 126.4%;占儲能市場裝機規模比重從 2017 年 1.67%提升到 2018 年的 3.70%。從中國市場來看,2018 年我國電化學儲能裝機規模達到1072.7MW,同比增長 175.2%;占我國儲能市場裝機估摸比重從 2017 年1.35%提升到 2018 年的 3.43%。我們認為隨著電化學儲能技術的不斷改進,電化學儲能系統的制造成本和維護成本不斷下降、儲能設備容量及壽命不斷提高,電化學儲能將得到大規模的應用,成為中國儲能產業新的發展趨勢。根據中關村儲能產業技術聯盟數據預測,到 2020 年我國電化學儲能市場占比將進一步從 2018 年的 3.43 提高到 7.3%。
圖 15:全球和中國電化學儲能規模占比逐年上升
圖 13:到 2020 年電化學儲能占我國儲能裝機比重有望達到 7.3%
國內市場主要抽水儲能企業
在儲能類型中,一般可以分為機械儲能、電磁儲能和電化學儲能三種形式,而抽水蓄能是當前最成熟、裝機最多的主流儲能技術,去年底國內抽水蓄能產能達30GW,綜合效率在70%到85%之間,且僅有0.21-0.25元/kwh的度電成本,在各種儲能技術中成本最低。
在過去,由于市場運行向來以效益為首要目標,雖主基調一直支持抽水蓄能發展,國內大部分水電站也都能改成混合式抽水蓄能;
但廠網分開機制下,前期投建所需的資金較大,更多也需要電網自己花錢建設,疊加電能-勢能-電能的區間能量損耗問題(耗4度電抽水發3度電),不僅進展緩慢,A股市場各路資金也對這一細分新能源賽道缺乏“興趣”。
自國內開展第一輪抽水蓄能選點規劃及部分省規劃調整起,提出規劃推薦站點105個,總裝機容量1.2億千瓦,并提出到去年實現1.1億千瓦裝機(裝機3149萬千瓦)。但截至到目前,抽水蓄能電站建成規模尚不足規劃目標的1/3,嚴重滯后。
不過,隨著能源轉型的不斷推進和碳中和遠景目標提出,以煤炭(僅單向調峰)為代表的傳統能源受到限制,而光伏、風電等新能源的隨機性和反調峰的特點,能夠起到削峰填谷調節和解決部分風光發電的儲存調節問題的抽水蓄能(雙向調峰),也得以重新登臺亮相。
能源局發布新的《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》,內容提出到2025年,抽水蓄能投產總規模較翻一番,達到6200萬千瓦以上,到2030年,抽水蓄能投產總規模較“十四五”再翻一番,達到1.2億千瓦左右。
在持續向清潔能源的結構轉型中,儲能將在未來發揮重要角色,而抽水蓄能作為當前最成熟和裝機最多的儲能方式,相對化學儲能,也更環保更符合碳中和遠景,在產業政策的不斷扶持催化下,仍不失為值得關注的賽道之一,最后附上相關概念名單,僅限交流探討之用。
中國電建:9月份以來浮動39%,滾動市盈率15
國內抽水蓄能行業龍頭,市場占有率高達80%。公司主營從事水利水電建設、其他電力建設與基礎市政設施工程建筑及電站,擁有完整的水電、火電、風電和光伏發電工程的勘察設計與施工、運營核心技術體系。
近年累積的鋰電等儲能約51個訂單(抽水儲能38個、電化學約13個),包括國內裝機容量最大的惠州抽水蓄能電站(總裝機容量244.8萬千瓦)和廣州抽水蓄能電站(總裝機容量240萬千瓦)均出自公司及子公司承建。
華能水電:9月份以來浮動18%,滾動市盈率20
區域性發電龍頭,國內規模第二段水電公司,公司業務核心為水力發電業務,占據營收的絕對核心,擁有瀾滄江全流域干流水電資源開發權,糯扎渡水電站和小灣水電站是其核心的兩座主電站,在托巴水庫投產之前,公司依托瀾滄江沿線非常豐富的風光資源進行新能源業務開發。
國際化方面,穩步推進境外項目投資,已在海外多地布局水電站和儲能電站,已在緬甸太白江、羅馬尼亞等多地建有抽水蓄能電站。
國投電力:9月份以來浮動17%,滾動市盈率15
國內“五大四小” 發電集團之一,發電裝機容量位居國內前列,長江電力連續增持。主營業務以水電、火電和新能源三大模塊為主,控股雅礱江水電和甘肅小三峽水電等多個能源主體,錦屏一、二級水電站投產后,清潔能源比重不斷提高。
在抽水蓄能電站建設方面,公司旗下控股的雅礱江流域抽水蓄能可開發規模約1000萬千瓦,也已設立雅礱江流域清潔能源基地。
豫能控股:9月份以來浮動24%,滾動市盈率391
火電企業代表之一,旗下所屬8臺機組為豫北、豫南地區的重要支撐電源。主要從事火電項目的投資管理,同時涉足新能源項目投資建設,正處于能源轉型期,擁有8個風電場大概年底并網,參與屋頂分布式光伏開發試點建設工作。
在抽水蓄能方面,公司設立魯山豫能抽水蓄能,擬在河南魯山投建電站總裝機容量120萬千瓦,安裝4臺30萬千瓦單級立軸混流可逆式水輪發電機組。
東方電氣:9月份以來浮動13%,滾動市盈率24
電力裝備制造行業龍頭,研制完成世界首臺百萬水電精品水輪機,業務以發電設備的研產銷為主,產品覆蓋傳統能源和新能源的各個領域,擁有完整的電站改造與全生命周期服務能力。
東方電氣是抽水蓄能上游設備的核心供應商,在抽水蓄能水電市場處于行業領先地位,水輪機市場占有率高達40%,旗下的白鶴灘1000MW混流式機組水輪機項目是代表著世界先進水平的大型抽水蓄能機。
寧波能源:9月份以來浮動27%,滾動市盈率19
區域性熱電聯產龍頭,中報歸母凈利潤9300萬元,同比上升10%。主營業務涉及熱電聯產、生物質發電、抽水蓄能和綜合能源服務,以及能源類相關金融投資等業務,在抽水蓄能方面,旗下控股子公司寧波溪口抽水蓄能電站有限公司經營抽水蓄能業務。
浙富控股:9月份以來浮動4%,滾動市盈率16
國際化經營的上市公司,多元化布局,近4個季度凈利潤持續高速增長。主業以以水電設備為核心,核電設備、特種電機為重點,涉及水電、核電、油氣等諸多板塊,擁有應用于華龍一號核電站的三代壓水堆核電控制棒驅動機構技術,也是韓國SIHWA潮汐電站項目的供應商。
旗下全資子公司浙富水電主要從事大中型成套水輪發電機組的研產銷,產品覆蓋貫發電機組,水電工程機電總承包、抽水蓄能發電機組以及電站機電設備總承包項目等。
湖北能源:9月份以來浮動16%,滾動市盈率12
地區電力龍頭,公司主營業務為能源投資、開發與管理,主營業務已形成水電、火電、核電、新能源、天然氣、煤炭和金融“6+1”的業務板塊。目前也正開展湖北省內部分地區抽水蓄能電站項目前期工作,與三峽能源攜手簽約黃岡羅田平坦元抽水蓄能項目。
浙江新能:9月份以來浮動5%,滾動市盈率82
浙能集團境內水電、風電及光電開發與投資的唯一平臺,公司業務包括風力發電項目的投資、開發、建設和運營管理,擁有自建 7 座水電站、13 座光伏電站和 4 座陸上風電場,通過不斷的并購擴張,旗下共有3家參股子公司主營方向為抽水蓄能電站。
三峽水利:9月份以來浮動4%,滾動市盈率24
國內水利經濟十強企業,同比增長111%。作為水力發電為主業的電力公司,其所在西部地區水力資源豐富,同時水面落差更大,主營發電、供電、勘察設計安裝、節水安裝銷售以及蒸汽銷售,所投產的水電裝機容量共計26.98萬千瓦。
在抽水儲能方面,公司表示將加強儲能新技術儲備和研究,提升方案制定能力和項目實施能力,為用戶開展峰谷套利、分布式光儲、需求側響應等服務,探索充儲與市場化售電協同的商業模式。
通裕重工:9月份以來浮動7%,滾動市盈率37
新能源裝備綜合制造企業,國內僅有的能夠同時批量供應風電鍛件、風電鑄件和風電結構件的企業,球墨鑄鐵管管模及MW級風力發電機主軸是核心競爭力的產品,抽水蓄能產品主要集中在水輪機方面,有優質的合作客戶。
皖能電力:9月份以來浮動12%,滾動市盈率15
安徽省最大的發電集團,歸母凈利潤1.02億元,同比下降79%。公司電力業務以燃煤火力發電為主,控股火電裝機容量為708.58萬千瓦,發電量267.45億千瓦時(含核、風),在抽水蓄能方面,參股的抽水蓄能項目桐城抽水蓄能電站已列入145綱要。
審核編輯:郭婷
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原文標題:技術前沿:儲能技術一覽——抽水&鋰電&儲熱
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