中國儲能行業(yè)發(fā)展如何？ 日益成為未來主要儲能應(yīng)用方向

• 劉春天 2023年9月13日 來源：中研網(wǎng) 801 48
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儲能電站在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)谷，可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域日益發(fā)揮重要作用，行業(yè)有望迎來快速增長。儲能技術(shù)路線呈現(xiàn)百花齊放，其中新型儲能占比逐步提升。鋰電池、液流電池等裝機(jī)規(guī)模逐步擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)能夠直接受益。

根據(jù)《2023-2028年中國儲能電池行業(yè)供需分析及發(fā)展前景研究報告》分析，儲能是指將電能通過物理或者化學(xué)的手段轉(zhuǎn)化為其他形式的能量存儲起來，在需要的時候?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)化為電能釋放出來，類似于一個大型“充電寶”。近年來，各類儲能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用蓬勃發(fā)展，并且日益成為未來主要儲能應(yīng)用方向。據(jù)能源局統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，我國已經(jīng)發(fā)展成為世界新能源生產(chǎn)第一大國，正在主導(dǎo)全球新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。同時，我國的新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)促使了儲能技術(shù)的飛速發(fā)展，對全世界儲能行業(yè)發(fā)展具有導(dǎo)向性意義。目前，我國新能源發(fā)電儲能大致可以分為：五大發(fā)電集團(tuán)和各種分布式電站投資的發(fā)電側(cè)儲能、兩大電網(wǎng)公司投資的電網(wǎng)側(cè)儲能和電力用戶投資的用戶側(cè)儲能。

發(fā)電側(cè)儲能主要應(yīng)用于傳統(tǒng)火電及水電進(jìn)行協(xié)調(diào)提供二次調(diào)頻輔助服務(wù)，目前我國各大區(qū)域電網(wǎng)主要以大型水電和火電機(jī)組作為電網(wǎng)調(diào)頻電源。通過調(diào)整調(diào)頻電源出力來響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化。但水電及火電機(jī)組在調(diào)頻方面具有一定的局限性。主要表現(xiàn)在：1）火電機(jī)組的調(diào)頻性能較差，響應(yīng)時間滯后、不適合短時調(diào)頻，調(diào)頻精度不高；2）參與一次調(diào)頻機(jī)組受到蓄熱制約存在調(diào)頻量明顯不足甚至遠(yuǎn)未達(dá)到調(diào)頻調(diào)節(jié)量理論值；3）參與二次調(diào)頻的機(jī)組爬坡速率慢；4）參與調(diào)頻后加劇了機(jī)組磨損而損害機(jī)組壽命，增加了燃料消耗，提升了運營成本。而電池儲能能夠解決以上問題，它具備快速響應(yīng)、精確跟蹤的特點，比傳統(tǒng)調(diào)頻手段更為高效。此外，短時功率吞吐能力強(qiáng)，可充可放，雙向調(diào)節(jié)。有研究指出儲能調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.7倍，是燃?xì)鈾C(jī)組的2.5倍，是燃煤機(jī)組的20倍以上。

以光伏和風(fēng)電為代表的新能源發(fā)展迅速，根據(jù)國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021年，我國風(fēng)電與太陽能發(fā)電裝機(jī)容量雙雙突破3億千瓦大關(guān)，連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位。風(fēng)電和太陽能發(fā)電對全國電力供應(yīng)的貢獻(xiàn)不斷提升。隨著風(fēng)光大規(guī)模接入電網(wǎng)，在改善電源結(jié)構(gòu)的同時，波動性和間歇性的缺陷給電網(wǎng)帶來影響，電網(wǎng)的調(diào)峰、棄風(fēng)棄光壓力較大。在此背景下，各地政府均對可再生能源配儲能提出了明確要求。根據(jù)全國信息平臺統(tǒng)計的信息，內(nèi)蒙古要求光伏電站儲能容量不低于5%、儲能時長在1小時以上；湖北要求風(fēng)儲項目配備的儲能容量不得低于風(fēng)電項目配置容量的10%，且必須與風(fēng)電項目同時建成投產(chǎn)；山東明確儲能配置規(guī)模按項目裝機(jī)規(guī)模20%考慮，儲能時間2小時，與項目本體同步分期建設(shè)。未來隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對于儲能需求將逐步加大。

隨著發(fā)電側(cè)對風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電的不斷部署，用戶側(cè)電力需求的不斷增長，日益擴(kuò)大的峰谷負(fù)荷差使現(xiàn)有的輸電和配電線路面臨著巨大的壓力，輸配電配套設(shè)施急需改造升級；但是構(gòu)建新一代輸電和配電線路存在著投資大耗時長的缺點，急需一種耗時短、成本低且可靠性高的解決方案來解決現(xiàn)有輸配電網(wǎng)存在的問題，而配套先進(jìn)的電池存儲系統(tǒng)正是解決該問題的可靠且具有不錯成本效益的有效途徑。電力的輸配電網(wǎng)中配置一定的電池儲能系統(tǒng)，在負(fù)荷低谷時段，電池儲能系統(tǒng)作為負(fù)荷進(jìn)行能量存儲，在負(fù)荷高峰時段，電池儲能系統(tǒng)作為電源進(jìn)行能量釋放，以解決現(xiàn)有輸配電線路在高峰負(fù)荷時段負(fù)荷力不足、低谷負(fù)荷時段輸配電線路設(shè)備利用率低的問題，實現(xiàn)整體提高輸配電效率的目的。另外當(dāng)輸電網(wǎng)發(fā)生局部故障時，還可利用儲能系統(tǒng)持續(xù)供電以保證電力的正常輸送。

在一些類似于電鍍、地鐵等高集中的用電大戶，配置儲能系統(tǒng)能夠使企業(yè)利用低谷期低電價的“谷電”對儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電，然后在用電高峰時段將儲能系統(tǒng)中的電能應(yīng)用于工廠或企業(yè)部門的生產(chǎn)、運營中，不僅可大大減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，還可以有效降低運營成本。此外，針對在樓宇或工廠內(nèi)存在的間歇性停電突發(fā)狀況，通過配置一定量的鋰電池儲能系統(tǒng)作為應(yīng)急后備電源可有效解決間歇性停電問題?？刂品逯?，減低高峰的功率，以降低高峰費，保證入網(wǎng)功率不過負(fù)荷，提供安全性。入圍線路的功率可以減低以節(jié)省費用。

在一些居民家庭中配置一定大小的光伏儲能電池系統(tǒng)，在白天利用大陽能發(fā)電解決家電的日常耗電，多余電能可存儲于儲能電池中以供晚間使用，還可選擇回饋至電網(wǎng)以賺取電費，在夜間利用電池系統(tǒng)進(jìn)行放電，合理避開高電價的高峰用電時段，有效解決居民用戶對市電使用的強(qiáng)度依賴。另外也可作為家庭的備用電源以應(yīng)對市電停電情況發(fā)生。

隨著全球范圍內(nèi)5G時代的開始，基站迎來大范圍鋪設(shè)和應(yīng)用，通信基站對于儲能需求增加。通信電源系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的心臟，通信電源是整個通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。5G基站耗能相對較高，儲能安裝需求提升。通訊基站小型化、集成化的趨勢對通信備份電源功能(環(huán)境適應(yīng)性、能量密度等)提出了更高的要求。傳統(tǒng)基站儲能用的鉛酸電池存在能量密度低、使用壽命短、對環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點，鋰電池能很好的解決鉛酸電池存在的不足，鋰電池具有功率/容量大，使用壽命長，重量更輕，綠色環(huán)保無污染，環(huán)境兼容性好等突出的優(yōu)點。鋰離子電池因其突出的功能優(yōu)勢和不斷提高的性價比，有望在通信后備電源領(lǐng)域率先突破。

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國大會一般性辯論上向全世界宣布，“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。2022年8月，為深入落實黨中央、國務(wù)院有關(guān)部署，做好科技支撐碳達(dá)峰碳中和工作，科技部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實施方案（2022—2030年）》。方案中提出，“能源綠色低碳轉(zhuǎn)型支撐技術(shù)”中提到了儲能技術(shù)，提出要研發(fā)壓縮空氣儲能、飛輪儲能、液態(tài)和固態(tài)鋰離子電池儲能、鈉離子電池儲能、液流電池儲能等高效儲能技術(shù)；研發(fā)梯級電站大型儲能等新型儲能應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)儲能安全技術(shù)。

我國能源體量大，但能源結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有一定的特殊性，而儲能產(chǎn)業(yè)是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵和推手，加快儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)健康的能源產(chǎn)出與消費體系具有重要意義。政府部門從2018年開始就通過制定出臺多種政策來規(guī)范和推動儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，包括制定行動計劃指南、探討參與電力現(xiàn)貨市場交易等政策。尤其是2022年發(fā)布具有重要意義的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，明確到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件；到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展。市場機(jī)制、商業(yè)模式、標(biāo)準(zhǔn)體系成熟健全。

地方政府對于儲能產(chǎn)業(yè)也非常重視，各地出臺了一系列政策，支持本地儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2021年至今，全國共有24個省區(qū)發(fā)布了能源配儲能政策，其中，不少地方對分布式光伏配套建設(shè)儲能都提出了明確要求。例如，山東省是國內(nèi)首個出臺電力現(xiàn)貨市場儲能支持政策的省份，政策中明確新型儲能示范項目進(jìn)入電力現(xiàn)貨市場后，充電時為市場用戶，從電力現(xiàn)貨市場直接購電；放電時為發(fā)電企業(yè)，在現(xiàn)貨市場直接售電。

受益于不同應(yīng)用場景對于儲能的快速增長，儲能裝機(jī)量呈現(xiàn)高速增長。根據(jù)CNESA（中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟）的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全球已投運電力儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模209.4GW，同比增長9%。其中，抽水蓄能的累計裝機(jī)占比首次低于90%，比去年同期下降4.1個百分點；新型儲能的累計裝機(jī)規(guī)模緊隨其后，為25.4GW，同比增長67.7%，其中，鋰離子電池占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，市場份額超過90%。

根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）全球儲能項目庫的不完全統(tǒng)計，截至2021年底，中國已投運電力儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模46.1GW，占全球市場總規(guī)模的22%，同比增長30%。其中，抽水蓄能的累計裝機(jī)規(guī)模最大，為39.8GW，同比增長25%，所占比重與去年同期相比再次下降，下降了3個百分點；市場增量主要來自新型儲能，累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5729.7MW，同比增長74.50%。在各類電化學(xué)儲能技術(shù)中，鋰離子電池的累計裝機(jī)規(guī)模最大，占比高達(dá)70.7%。其中，2021年，中國新增投運電力儲能項目裝機(jī)規(guī)模首次突破10GW，達(dá)到10.5GW，其中，抽水蓄能新增規(guī)模8GW，同比增長437%；新型儲能新增規(guī)模首次突破2GW，達(dá)到2.4GW/4.9GWh，同比增長54%；新型儲能中，鋰離子電池和壓縮空氣均有百兆瓦級項目并網(wǎng)運行，特別是后者，在2021年實現(xiàn)了跨越式增長，新增投運規(guī)模170MW，接近2020年底累計裝機(jī)規(guī)模的15倍。

根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟保守場景預(yù)計，2026年我國新型儲能累計規(guī)模將達(dá)到48.5GW，2022-2026年復(fù)合年均增長率（CAGR）為53.3%，市場將呈現(xiàn)穩(wěn)步、快速增長的趨勢。理想場景下，隨著電力市場的逐漸完善，儲能供應(yīng)鏈配套、商業(yè)模式的日臻成熟，新型儲能憑借建設(shè)周期短、環(huán)境影響小、選址要求低等優(yōu)勢，有望在競爭中脫穎而出。據(jù)CNESA，預(yù)計我國2026年新型儲能累計規(guī)模將達(dá)到79.5GW，2022-2026年復(fù)合年均增長率（CAGR）為69.2%。預(yù)計2023年，全球的儲能電池需求量將達(dá)到260GWh，到2025年將增長至625GWh，年均復(fù)合增速將達(dá)到54.9%。

抽水蓄能是目前全世界應(yīng)用最為廣泛的一種儲能方案，是典型的物理儲能方式。其原理是利用過剩電力將水從低標(biāo)高的水庫抽到高標(biāo)高的水庫。用電時讓水回流至低標(biāo)高的水庫推動水輪機(jī)發(fā)電。其優(yōu)點是能量儲存集中，有利于彌補(bǔ)新能源存在的間歇性、波動性短板，是當(dāng)前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、最具備大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)。

2021年9月，國家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達(dá)到6200萬千瓦以上；到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達(dá)到1.2億千瓦左右。

根據(jù)ESCN公布的數(shù)據(jù)，截止2021年底，我國抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)到3639萬千瓦，較2020年增長15.56%。根據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，目前我國已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點總資源為8.14億KW。其中，重點實施項目4.21億KW，規(guī)劃儲備項目3.05億元。各地區(qū)擬在“十四五”期間建設(shè)110個抽水蓄能項目，規(guī)劃裝機(jī)容量達(dá)到136475MW，共計投資6474.31億元。

雖然抽水蓄能在儲能總裝機(jī)量占據(jù)較高的市場份額，其市占率呈現(xiàn)逐步走低趨勢。根據(jù)CNESA（中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟）的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全球已投運電力儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模209.4GW，同比增長9%。其中，抽水蓄能的累計裝機(jī)占比首次低于90%，比去年同期下降4.1個百分點。此外，中國截至2021年底已投運電力儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模46.1GW，占全球市場總規(guī)模的22%，同比增長30%。其中，抽水蓄能的累計裝機(jī)規(guī)模最大，為39.8GW，同比增長25%，所占比重同比再次下降約3個百分點。通過分析2018到2021年的裝機(jī)份額可以看出，抽水蓄能占比較大，但逐步走低。

通常來說，新型儲能是指除抽水蓄能以外的新型儲能技術(shù)，包括新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等。國家發(fā)改委、國家能源局正式印發(fā)《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確到2025年新型儲能裝機(jī)規(guī)模達(dá)30GW以上，未來五年將實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化轉(zhuǎn)變，到2030年實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。通過分析歷年的儲能方式可以看出，新型儲能的份額逐年提升，全球新型儲能份額從2018年的4.2%提升至2021年的12.2%，中國的新型儲能份額則從3.5%提升至12.5%。

飛輪儲能的原理是利用過剩電力給真空外殼中的轉(zhuǎn)子加速，把電能以動能的形式儲存。飛輪儲能電源系統(tǒng)主要由三部分組成：1)飛輪；2)電機(jī)：電動機(jī)+發(fā)電機(jī)；3)軸承：為轉(zhuǎn)子提供低耗損支撐。飛能儲能在“充電”時，電動機(jī)會發(fā)動將飛輪加速，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲存。當(dāng)需要用電時，飛輪轉(zhuǎn)速下降，透過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能給外部供電。飛輪儲能是一種分秒級、大功率、長壽命、高效率的功率型儲能技術(shù)。相較于其他技術(shù)，飛輪儲能的特點在于，幾乎無摩擦損耗、風(fēng)阻??；比功率可達(dá)8kW/kg以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電化學(xué)儲能技術(shù)；其壽命主要取決于飛輪材料的疲勞壽命和系統(tǒng)中電子元器件的壽命。目前，飛輪儲能的使用壽命可達(dá)200萬次以上，且使用壽命不受充放電深度的影響；運行過程中無有害物質(zhì)產(chǎn)生；運行過程中幾乎不需要維護(hù)；工況環(huán)境適應(yīng)性好，-20～50℃下都能正常工作。缺點是能量密度低，最多供電幾分鐘，而且由于空氣和軸承阻力，存儲過程中存在電能消耗的情況。

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