金風(fēng)科技：儲能市場比拼“三電服務(wù)”
動態(tài)2023-08-08
1 長時儲能定義及功能
長時儲能定義及標(biāo)準(zhǔn)
定義：長時儲能是在普通儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲能系統(tǒng)。根據(jù)充放電時長長短，一般將儲能分為短時儲能和長時儲能兩大類。長時儲能具備為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力支持，同時提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性的能力。
目前，國內(nèi)外對于長時儲能的充放電時長暫未達(dá)成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。1)國外：2021年美國桑迪亞國家實驗室發(fā)布《長時儲能簡報》，把長時儲能定義為持續(xù)放電時間不低于4小時的儲能技術(shù)。同年，美國能源部發(fā)布相關(guān)報告，將其定義為額定功率下至少持續(xù)運行(放電)10小時的儲能系統(tǒng)。2)國內(nèi)：為了區(qū)分大規(guī)模建設(shè)的2小時儲能系統(tǒng)，一般把長時儲能定義為4小時以上的儲能技術(shù)。
長時儲能優(yōu)勢(一)：提升新能源消納能力
可再生能源發(fā)電滲透率越高，所需儲能時長越長。可再生能源發(fā)電具有間歇性的特點，主要發(fā)電時段和高峰用電時段錯位，存在供需落差。美國加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)評估加州的電力生產(chǎn)和需求時發(fā)現(xiàn)，隨著光伏裝機容量的逐年上升，一日凈負(fù)荷的彎曲程度越明顯，凈負(fù)荷的大幅波動會損害電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。
因此隨著可再生能源的滲透率逐年上升，對平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷要求增加，而長時儲能可在更長時間維度上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動，避免電網(wǎng)擁堵，增加清潔能源消納能力。根據(jù)《Long-Duration Electricity Storage Applications, Economics, andTechnologies》，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)到50%-80%時，儲能時長需要達(dá)到10h以上。
長時儲能優(yōu)勢(二)：為電網(wǎng)提供靈活性
長時儲能有具備調(diào)頻優(yōu)勢。隨著新能源比例的逐步提升，用戶負(fù)荷、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等不確定性使得電力系統(tǒng)凈負(fù)荷波動加劇。傳統(tǒng)火電機組因爬坡約束和機組啟停限制難以快速并長期跟蹤負(fù)荷需求，而長時儲能兼顧儲能系統(tǒng)快速響應(yīng)特點及長期輸出能力有望成為調(diào)頻主力。
儲能系統(tǒng)靈活性在時間尺度上與電力系統(tǒng)安全性和容量充裕度存在耦合關(guān)系。針對不同的功能，所需的儲能系統(tǒng)持續(xù)時長存在顯著差異，因此一般需要在分鐘級、小時級、日級、季度級乃至年度級等多時間尺度上規(guī)劃電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般，短時儲能側(cè)重于保證電力系統(tǒng)在瞬時擾動下保持平衡等電網(wǎng)安全性問題;長時儲能側(cè)重于實現(xiàn)峰谷時期供需匹配等經(jīng)濟性問題。且長時儲能技術(shù)也具備短時儲能的功能;反之則不成立。因此長時儲能的提供靈活性的綜合性能更優(yōu)。
長時儲能優(yōu)勢(三)：峰谷套利空間更大
峰谷套利是工商業(yè)儲能的一大盈利模式。在負(fù)荷低谷時，以較便宜的谷電價對儲能電池進行充電;在負(fù)荷高峰時，由儲能電池向負(fù)荷供電，實現(xiàn)峰值負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，從峰谷電價中獲取收益。
根據(jù)現(xiàn)行的各省區(qū)的峰谷電價機制，峰時持續(xù)時間基本超過4小時。例如上海大工業(yè)兩部制夏季(7-9月)高峰時段為8：00-15：00及18：00-21：00，其中7-8月的12：00-14：00為尖峰時段。相較于短時儲能，長時儲能系統(tǒng)可更好地實現(xiàn)電力平移，將可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)移到電力需求高峰時段，起到平衡電力系統(tǒng)、規(guī)?；瘍Υ骐娏Φ淖饔谩?/p>
2 長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀一覽
長時儲能是市場主力，儲能規(guī)模快速增長
長時儲能是儲能市場主力軍。根據(jù)《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2023》，2022年全球已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模237.2GW，其中，抽水蓄能累計裝機同比下滑6.8%，占總裝機規(guī)模下降至79.3%。中國已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模59.4GW，占全球市場總規(guī)模的25%，年增長率38%，抽水蓄能累計裝機占比77.1%。以抽水蓄能、熔融鹽儲熱、鋰電儲能為代表的長時儲能技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位。
中國儲能規(guī)模持續(xù)增長。2022年中國電力儲能累計裝機規(guī)模達(dá)59.4GW，相較于2018年增長51.1%，預(yù)計2025年裝機規(guī)模將達(dá)到64.06GW，總體保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。
發(fā)展歷程：循序漸進，正逐步向產(chǎn)業(yè)化降本過渡
以我國為例，將風(fēng)光發(fā)電量作為劃分點，長時儲能發(fā)展主要分為三個階段。 (1)2021年以前：即長時儲能技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略窗口期。該階段的儲能主力仍為原有的存量機組，而抽水儲能等項目還在規(guī)劃建設(shè)中，此時長時儲能出現(xiàn)，彌補主流技術(shù)的不足; (2)2025-2030年：即長時儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的降本時期。該階段除了已經(jīng)穩(wěn)定使用的存量機組以外，還逐步投入運營大量的抽水蓄能，同時對未來的新型儲能時長也提出了更高要求; (3)2030年以后：傳統(tǒng)儲能方式受限，不再符合新型電力系統(tǒng)的要求，長時儲能等新技術(shù)將替代傳統(tǒng)儲能方式成為時代主流。
海外現(xiàn)狀：政府注入資金支持，開發(fā)商踴躍投資
國外加碼長時儲能政策支持，全球長時儲能市場火熱。例如：1)美國能源部從2018年起就不斷地投入資金，支持長時儲能的技術(shù)研發(fā)，其目標(biāo)是在2030年把儲能成本降低到5美分/度電以內(nèi);加州作為長時儲能最活躍地區(qū)之一，在2020年就發(fā)出了標(biāo)書采購50MW/4GWh的8小時長時儲能系統(tǒng)，在2022年到2023年預(yù)算中計劃提供3.8億美元進一步支持長時儲能部署。2)英國政府為24個不同技術(shù)類型的長時儲能技術(shù)提供了6800萬英鎊的競爭性融資資金支持，并于2021年初啟動了總投資1億美元的長時儲能示范競賽;歐洲投資銀行管理的歐盟創(chuàng)新基金項目發(fā)展援助(PDA)從15個被定義為大規(guī)模清潔能源項目中選擇了重力儲能和熱儲兩個長時儲能項目進行支持，每個項目投資超過750萬歐元。
國內(nèi)現(xiàn)狀：政策支持，確立長期發(fā)展趨勢
國內(nèi)中國政府已出臺多項相關(guān)政策和法規(guī)以促進長時儲能技術(shù)的發(fā)展。在針對新能源消納和系統(tǒng)調(diào)峰問題，我國將推動大容量、中長時間尺度儲能技術(shù)示范，同時部署了全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱、氫儲能等多種類別長時儲能技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)。國家科技部發(fā)布的《“十四五”國家的重點研發(fā)計劃》提出為代表各種長時間儲能多種儲能技術(shù)提供了研發(fā)的資金支持，重點包括超長時間尺度儲能技術(shù)3項：100MW級先進壓縮空氣儲能技術(shù)、新一代液流電池儲能技術(shù)、寬液體溫域高溫熔鹽儲熱技術(shù);中長時間尺度儲能技術(shù)4項：低成本長壽命錳基儲能鋰離子電池、有機儲能電池、水系金屬離子儲能電池、百兆瓦時級鈉離子電池儲能技術(shù)。
3 長時儲能主要技術(shù)分類及市場分析
長時儲能技術(shù)分類
長時儲能技術(shù)可以分為機械儲能、化學(xué)儲能、熱儲能以及氫儲能四大主線。機械儲能包括壓縮空氣、抽水儲能、重力儲能;電化學(xué)儲能根據(jù)材料不同分為鋰離子電池、鈉電池、鉛蓄(碳)電池和液流電池儲能;熱儲能主要為熔鹽儲能。其中，抽水儲能和鋰離子電池儲能發(fā)展較為領(lǐng)先。 各儲能技術(shù)路線對比：抽水蓄能和壓縮空氣儲能具備大規(guī)模運行的能力;氫能前景廣闊，有較大降本空間;電池儲能的設(shè)備協(xié)調(diào)能力較強，因此有較大的耦合潛力。
抽水儲能：發(fā)展前景良好，仍為最主要長時儲能模式
2022年我國抽水蓄能總裝機規(guī)模達(dá)4579萬千瓦，是2012年底的2.2倍以上，規(guī)模位居世界首位。中國抽水蓄能行業(yè)市場規(guī)模不斷擴大，2021年達(dá)到263億元，預(yù)計2026年將達(dá)到499.8億元。2022年我國投產(chǎn)28臺抽水蓄能機組，合計880萬千瓦。根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)中心預(yù)測，2023年抽水蓄能總裝機規(guī)模將超過5000萬千瓦。 從“十四五”規(guī)劃實施至2023年2月16日，國內(nèi)已核準(zhǔn)抽水蓄能電站共計67個項目，裝機規(guī)模合計為9219.1萬千瓦，項目投資金額合計約為6116億元。根據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2030年我國要投產(chǎn)抽水蓄能總規(guī)模1.2億千瓦左右，到2035年我國抽水蓄能總裝機規(guī)模將達(dá)到3億千瓦，儲能資源充足。
壓縮空氣儲能：儲能裝機規(guī)模迅速擴張，產(chǎn)業(yè)化速度開始加快
中國壓縮空氣儲能行業(yè)目前處于高速增長階段。2021年全國累計裝機規(guī)模182.5MW，市場規(guī)模達(dá)12.8億元，2022年市場規(guī)模達(dá)18.4億元。據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年已有20個壓縮空氣儲能示范項目簽約，已公開的儲能規(guī)模可達(dá)7.98GW。 未來壓縮空氣儲能市場有望保持高速增長態(tài)勢。壓縮空氣儲能當(dāng)前在儲能市場中的滲透率較低，仍在1%以下。壓縮空氣儲能具有規(guī)模大、壽命長、建設(shè)周期短、站址布局相對靈活等優(yōu)點，有望成為抽水蓄能在大規(guī)模儲能電站領(lǐng)域的重要補充，滲透率有所提升，行業(yè)規(guī)模也將受益于儲能市場整體規(guī)模的擴張而水漲船高。
重力儲能：高行業(yè)壁壘，部分龍頭率先進入商用階段
中游儲能系統(tǒng)集成商未來是產(chǎn)業(yè)鏈主角。產(chǎn)業(yè)鏈上游以建設(shè)原材料(水泥、金屬、鋼鐵等)和裝備為主，中游為儲能系統(tǒng)集成商，下游應(yīng)用分布在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)以及用戶側(cè)。 重力儲能行業(yè)尚未進入全面商業(yè)化階段，資本壁壘與技術(shù)壁壘較高。目前國內(nèi)外的重點企業(yè)主要有Energy Vault、Gravitricity和中國天楹等。
鈉離子電池：加速產(chǎn)業(yè)化，成本降低后將迎來快速發(fā)展
目前鈉離子電池市場存量有限，但未來有望持續(xù)增長。根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，2022年我國現(xiàn)有鈉離子電池的市場裝機量約2GWh。但一方面，未來隨著寧德時代、湖南立方、海四達(dá)等企業(yè)的鈉離子項目逐步落地，我國鈉離子電池的合計規(guī)劃產(chǎn)能將在2025年底達(dá)到275.8GWh;另一方面，從全球范圍來看，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)正在向商用化領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，規(guī)模化程度不斷擴大，市場份額不斷擴大。 實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化仍然需要產(chǎn)業(yè)鏈完善與成本下降。由于鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈培養(yǎng)和理論低成本水平達(dá)成仍然需要較長的時間，其大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需等到2025年后。
氫儲能：消納優(yōu)勢與規(guī)模經(jīng)濟顯著，系統(tǒng)效率及成本有待降低
氫儲能與其他儲能方式相比，在能量維度、時間維度和空間維度上具有突出優(yōu)勢，可在長時儲能中發(fā)揮重要作用。在用電低谷期時，可通過利用低谷期富余的新能源電能進行電解水制氫，儲存起來或者供下游產(chǎn)業(yè)使用;在用電高峰期時，儲存起來的氫能可利用燃料電池進行發(fā)電并入公共電網(wǎng)。
熔鹽儲熱：安全持久但經(jīng)濟性與能量轉(zhuǎn)換效率受限
熔鹽儲熱屬于熱儲能，裝機規(guī)模較大，且安全環(huán)保，使用壽命通常在25年以上;作為儲熱介質(zhì)的熔融鹽使用溫度范圍廣，傳熱性能好、飽和蒸汽壓低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適用于光熱電站中。但與電化學(xué)儲能相比，熔鹽儲能能量轉(zhuǎn)化效率較低，且初始投資成本高。
4 重點公司分析
抽水儲能—浙富控股：國內(nèi)水電設(shè)備制造龍頭
水電板塊是浙富控股集團的主營業(yè)務(wù)之一，公司已經(jīng)成為中國最大的民營水電設(shè)備制造商及水電開發(fā)一體化服務(wù)供應(yīng)商，也是中國三大水電設(shè)備制造企業(yè)之一。2022年公司營業(yè)收入達(dá)到167.8億元，同比增長18.56%，歸母凈利潤達(dá)到14.7億元，相較于上一年度有所下降。
浙富水電公司全資子公司浙富水電主要從事大中型成套水輪發(fā)電機組的研發(fā)、設(shè)計、制造與服務(wù)，產(chǎn)品涵蓋貫流式水輪發(fā)電機組、軸流式水輪發(fā)電機組和混流式水輪發(fā)電機組三大機型，以及抽水蓄能發(fā)電機組、水電工程機電總承包以及電站機電設(shè)備總承包項目等。2022年公司新簽水電業(yè)務(wù)訂單共計 8.12 億元。
壓縮空氣儲能—開山股份：中上游壓縮機設(shè)備提供商
開山股份圍繞壓縮機業(yè)務(wù)，涉足了工業(yè)用空壓機、礦山用空壓機、螺桿膨脹發(fā)電機、工藝氣體壓縮機等多個領(lǐng)域。2022年公司營業(yè)收入達(dá)到37.54億元，同比增長7.73%，歸母凈利潤達(dá)到4.09億元，同比增長34.58%。 設(shè)備開發(fā)設(shè)計技術(shù)成熟。公司是國內(nèi)唯一可以做到每個功率段(5.5-630kW)的螺桿空壓機都達(dá)到一級能效的制造商。2022年開始，公司開始陸續(xù)推出擁有發(fā)明專利保護的第四代螺桿主機。該系列產(chǎn)品的能效將比一級能效標(biāo)準(zhǔn)還要高出5-10%。除具備螺桿機主機自主設(shè)計能力外，公司還具備螺桿膨脹發(fā)電機、工藝氣體壓縮機等的設(shè)計能力。 壓縮機與膨脹機在壓縮空氣儲能成本中占相當(dāng)比重?？諝鈮嚎s機和膨脹機是壓縮空氣儲能核心設(shè)備，兩者各占比20%左右，壓縮空氣儲能需求上升利好中上游設(shè)備提供商。
鋰電儲能—比亞迪：儲能產(chǎn)品全棧自研，實現(xiàn)儲能全產(chǎn)業(yè)鏈布局
公司實現(xiàn)全部件自研。2008年進入儲能領(lǐng)域。2021年，比亞迪儲能電池(不含基站、數(shù)據(jù)中心備電電池)全球出貨量名列中國企業(yè)第三，僅次于寧德時代和鵬輝能源。在儲能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了電池、 PCS 、BMS和EMS等全業(yè)務(wù)制造領(lǐng)域覆蓋，且從電芯到PCS、BMS等核心部件基本為自主研發(fā)生產(chǎn)。 打通了能源從獲取、存儲到應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈。比亞迪主要從事磷酸鐵鋰電池的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，與磷酸鐵鋰電池上游材料廠商共同建廠，穩(wěn)定上游原材料。在中游研發(fā)與生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。下游具備儲能系統(tǒng)集成實力，比亞迪汽車換下來的電芯可以用作儲能電池，并通過比亞迪儲能電站實現(xiàn)應(yīng)用端的推廣變現(xiàn)。
氫儲能—京城股份：高壓氣瓶純正標(biāo)的，盈利能力逐步改善
京城股份主營業(yè)務(wù)為氣體儲運業(yè)務(wù)。主要產(chǎn)品包括LNG氣瓶、CNG氣瓶、鋼質(zhì)無縫氣瓶、氫燃料電池用鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復(fù)合氣瓶等，憑借氣體儲運多年積累的技術(shù)經(jīng)驗，公司2021年開始布局車載儲氫瓶生產(chǎn)，2022年公司氣體儲運產(chǎn)品營收達(dá)11.6億元，占總營收達(dá)到84.76%。背靠氫氣儲運核心技術(shù)，大力發(fā)展儲氫瓶業(yè)務(wù)。公司擁有規(guī)?？捎^、技術(shù)水平先進的鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復(fù)合氣瓶的設(shè)計測試中心及生產(chǎn)線。所生產(chǎn)的35MPaⅣ型儲氫氣瓶已批量應(yīng)用于氫燃料電池汽車、燃料電池備用電源領(lǐng)域。
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