中國儲能行業(yè)發(fā)展如何？ 日益成為未來主要儲能應用方向

• 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)調峰調谷，可再生能源并網(wǎng)等領域日益發(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、液流電池等裝機規(guī)模逐步擴大，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的手段轉化為其他形式的能量存儲起來，在需要的時候將能量轉化為電能釋放出來，類似于一個大型“充電寶”。近年來，各類儲能技術在新能源發(fā)電系統(tǒng)的應用蓬勃發(fā)展，并且日益成為未來主要儲能應用方向。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，正在主導全球新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程。同時，我國的新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)促使了儲能技術的飛速發(fā)展，對全世界儲能行業(yè)發(fā)展具有導向性意義。目前，我國新能源發(fā)電儲能大致可以分為：五大發(fā)電集團和各種分布式電站投資的發(fā)電側儲能、兩大電網(wǎng)公司投資的電網(wǎng)側儲能和電力用戶投資的用戶側儲能。

發(fā)電側儲能主要應用于傳統(tǒng)火電及水電進行協(xié)調提供二次調頻輔助服務，目前我國各大區(qū)域電網(wǎng)主要以大型水電和火電機組作為電網(wǎng)調頻電源。通過調整調頻電源出力來響應系統(tǒng)頻率變化。但水電及火電機組在調頻方面具有一定的局限性。主要表現(xiàn)在：1）火電機組的調頻性能較差，響應時間滯后、不適合短時調頻，調頻精度不高；2）參與一次調頻機組受到蓄熱制約存在調頻量明顯不足甚至遠未達到調頻調節(jié)量理論值；3）參與二次調頻的機組爬坡速率慢；4）參與調頻后加劇了機組磨損而損害機組壽命，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、精確跟蹤的特點，比傳統(tǒng)調頻手段更為高效。此外，短時功率吞吐能力強，可充可放，雙向調節(jié)。有研究指出儲能調頻效果是水電機組的1.7倍，是燃氣機組的2.5倍，是燃煤機組的20倍以上。

以光伏和風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，我國風電與太陽能發(fā)電裝機容量雙雙突破3億千瓦大關，連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位。風電和太陽能發(fā)電對全國電力供應的貢獻不斷提升。隨著風光大規(guī)模接入電網(wǎng)，在改善電源結構的同時，波動性和間歇性的缺陷給電網(wǎng)帶來影響，電網(wǎng)的調峰、棄風棄光壓力較大。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；湖北要求風儲項目配備的儲能容量不得低于風電項目配置容量的10%，且必須與風電項目同時建成投產(chǎn)；山東明確儲能配置規(guī)模按項目裝機規(guī)模20%考慮，儲能時間2小時，與項目本體同步分期建設。未來隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴大，對于儲能需求將逐步加大。

隨著發(fā)電側對風能、太陽能等可再生能源發(fā)電的不斷部署，用戶側電力需求的不斷增長，日益擴大的峰谷負荷差使現(xiàn)有的輸電和配電線路面臨著巨大的壓力，輸配電配套設施急需改造升級；但是構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)，在負荷低谷時段，電池儲能系統(tǒng)作為負荷進行能量存儲，在負荷高峰時段，電池儲能系統(tǒng)作為電源進行能量釋放，以解決現(xiàn)有輸配電線路在高峰負荷時段負荷力不足、低谷負荷時段輸配電線路設備利用率低的問題，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)進行充電，然后在用電高峰時段將儲能系統(tǒng)中的電能應用于工廠或企業(yè)部門的生產(chǎn)、運營中，不僅可大大減輕電網(wǎng)負擔，還可以有效降低運營成本。此外，針對在樓宇或工廠內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)作為應急后備電源可有效解決間歇性停電問題?？刂品逯担瑴p低高峰的功率，以降低高峰費，保證入網(wǎng)功率不過負荷，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度依賴。另外也可作為家庭的備用電源以應對市電停電情況發(fā)生。

隨著全球范圍內5G時代的開始，基站迎來大范圍鋪設和應用，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)絡的關鍵基礎設施。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域率先突破。

2020年9月22日，習近平總書記在聯(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、國務院有關部署，做好科技支撐碳達峰碳中和工作，科技部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》。方案中提出，“能源綠色低碳轉型支撐技術”中提到了儲能技術，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；研發(fā)梯級電站大型儲能等新型儲能應用技術以及相關儲能安全技術。

我國能源體量大，但能源結構復雜且具有一定的特殊性，而儲能產(chǎn)業(yè)是能源結構轉型的關鍵和推手，加快儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對推動經(jīng)濟發(fā)展和建設健康的能源產(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)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應用條件；到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展。市場機制、商業(yè)模式、標準體系成熟健全。

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儲能都提出了明確要求。例如，山東省是國內首個出臺電力現(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。

受益于不同應用場景對于儲能的快速增長，儲能裝機量呈現(xiàn)高速增長。根據(jù)CNESA（中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(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規(guī)模209.4GW，同比增長9%。其中，抽水蓄能的累計裝機占比首次低于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)絕對主導地位，市場份額超過90%。

根據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(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，累計裝機規(guī)模達到5729.7MW，同比增長74.50%。在各類電化學儲能技術中，鋰離子電池的累計裝機規(guī)模最大，占比高達70.7%。其中，2021年，中國新增投運電力儲能項目裝機規(guī)模首次突破10GW，達到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年底累計裝機規(guī)模的15倍。

根據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟保守場景預計，2026年我國新型儲能累計規(guī)模將達到48.5GW，2022-2026年復合年均增長率（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，儲能供應鏈配套、商業(yè)模式的日臻成熟，新型儲能憑借建設周期短、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，預計我國2026年新型儲能累計規(guī)模將達到79.5GW，2022-2026年復合年均增長率（CAGR）為69.2%。預計2023年，全球的儲能電池需求量將達到260GWh，到2025年將增長至625GWh，年均復合增速將達到54.9%。

抽水蓄能是目前全世界應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高的水庫抽到高標高的水庫。用電時讓水回流至低標高的水庫推動水輪機發(fā)電。其優(yōu)點是能量儲存集中，有利于彌補新能源存在的間歇性、波動性短板，是當前技術最成熟、經(jīng)濟性最優(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，我國抽水蓄能裝機容量達到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110個抽水蓄能項目，規(guī)劃裝機容量達到136475MW，共計投資6474.31億元。

雖然抽水蓄能在儲能總裝機量占據(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（中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(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規(guī)模209.4GW，同比增長9%。其中，抽水蓄能的累計裝機占比首次低于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，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)《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，明確到2025年新型儲能裝機規(guī)模達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)?；D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：電動機+發(fā)電機；3)軸承：為轉子提供低耗損支撐。飛能儲能在“充電”時，電動機會發(fā)動將飛輪加速，將電能轉化為機械能儲存。當需要用電時，飛輪轉速下降，透過發(fā)電機將機械能轉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。相較于其他技術，飛輪儲能的特點在于，幾乎無摩擦損耗、風阻小；比功率可達8kW/kg以上，遠遠高于傳統(tǒng)電化學儲能技術；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產(chǎn)生；運行過程中幾乎不需要維護；工況環(huán)境適應性好，-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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