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儲能,新能源的后浪將至
日期:2022-02-09   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_zhuzelin 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
由電化學(xué)儲能掀起的又一波新能源浪潮很快就會來臨。

有關(guān)儲備的思想古來有之。

兼年之儲,九年之蓄指的是國家需要對物資有所積蓄,以備非常之需,做到未雨綢繆,有備無患。

而學(xué)富五車,滿腹經(jīng)綸指的是只有對知識的積累才能行千里,成江海。大到國家,小到個人,儲備的重要性不言而喻。這種智慧滲透到各行各業(yè),尤其是能源。

石油、煤炭這類能源的重要性關(guān)乎到一個國家的發(fā)展,社會的穩(wěn)定,民眾的生活。因此,世界各國都將能源列為戰(zhàn)略儲備資源。


進入到21世紀以來,環(huán)境問題成為了制約經(jīng)濟發(fā)展的因素,甚至于影響到人類的生存命運。隨著京都協(xié)定和巴黎協(xié)定的提出,世界各國在減碳理念上達成空前一致。

近年來,科技的進步使得通過新能源技術(shù)進行減碳逐步落地,經(jīng)濟性上也具備了大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)。在此時刻,全球碳達峰、碳中和雙碳理念應(yīng)運而出,能源替代的浪潮也隨之到來。

我國是碳排放量最大的國家,碳減任務(wù)不容輕視。電力行業(yè)作為我國最大的碳排放行業(yè),占比超過40%,因此,新能源發(fā)電是實現(xiàn)雙碳目標的重中之重。

上至國家,下至企業(yè),光伏、風(fēng)能作為減碳的核心技術(shù)手段得到了高度的重視,近年來駛?cè)肓烁咚侔l(fā)展的階段,取得了矚目的成績。

1月25日,國家能源局發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示,2021年我國風(fēng)電、光伏發(fā)電新增裝機規(guī)模超過1億千瓦。

據(jù)統(tǒng)計,我國2021年新增光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量約5300萬千瓦,連續(xù)9年穩(wěn)居世界首位。

截至2021年底,光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量達到3.06億千瓦,突破3億千瓦大關(guān),連續(xù)7年穩(wěn)居全球首位。

風(fēng)電同樣突破3億千瓦大關(guān),較2016年底實現(xiàn)翻番,是2020年底歐盟風(fēng)電總裝機的1.4倍、是美國的2.6倍,已連續(xù)12年穩(wěn)居全球第一。

今年上半年能源局根據(jù)能源局印發(fā)的《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項的通知》中,所提出的目標是2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電量占全社會用電量的比重達到11%左右,到2025年,風(fēng)、光發(fā)電量占比將達到16.5%。

根據(jù)有關(guān)研究機構(gòu)初步測算,到2030年非化石能源的一次能源消費比重要達到25%左右。

到2060年,我國非化石能源消費占比將由目前的16%左右提升到80%以上,非化石能源發(fā)電量占比將由目前的34%左右提高到90%以上。

與此同時,新能源消納取得新進展,風(fēng)電、光伏利用率分別達到96.9%、97.9%。

如此看來,新能源發(fā)電替代石化能源可謂是一帆風(fēng)順。

然而,對行業(yè)有所了解的朋友們肯定不會這么想,光伏、風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定長期受到世人所詬病,光伏、風(fēng)電的發(fā)電能力的確不盡如人意。

就目前階段來看,在替代傳統(tǒng)石化能源的道路上,新能源發(fā)電如同是一條與生俱來的傷腿,行走步履蹣跚。想要勝任供電主力位置和實現(xiàn)雙碳目標,還得靠儲能技術(shù)把這條傷腿給接上。

儲能是未來電網(wǎng)的重要組成環(huán)節(jié)

光伏、風(fēng)力發(fā)電分別依賴于太陽能和風(fēng)力,而這些自然之力具有天然的波動性和間歇性,可以轉(zhuǎn)換成多少電力存在著不可預(yù)測性。

太陽朝起夕落,光伏發(fā)電便注定隨之變化,從早開始發(fā)力,正午達到峰值后回落,晚間隨太陽落下而停息。

風(fēng)力發(fā)電,同樣如此。


造成的結(jié)果便是供需失衡,在用電較高的時候無法提供充沛的電力,在用電較低的時候電力過剩。

波動性造成的另一個問題是電網(wǎng)供電的頻率極其不穩(wěn)定,而頻率的波動,是衡量電能質(zhì)量好壞的重要指標之一。

小幅度的頻率波動,可能影響用電電器的正常使用,大幅度的頻率波動,會危害發(fā)電機的正常運行。

比如,頻率變化將引起電動機轉(zhuǎn)速的變化,輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量,重則損壞機械,引發(fā)事故。不僅各行各業(yè)都將因頻率變化而出現(xiàn)殘次品,居民的生活用電也將受到較大的影響。

因此,頻率不穩(wěn)定帶來的危害是很大的,所以如何保證新能源發(fā)電頻率的穩(wěn)定值變成了亟待解決的問題。

目前的解決方案實則是無奈之舉。

隨著新能源滲透率的提高,電網(wǎng)受到出力擾動導(dǎo)致頻率波動的次數(shù)增加。2021年4-5月,華北電網(wǎng)連續(xù)四次出現(xiàn)電源側(cè)低頻振蕩。

目前常規(guī)火電次數(shù)一次調(diào)頻次數(shù)由一天20-30次,急劇攀升到一天700-800次,傳統(tǒng)上由火電機組本身的一次調(diào)頻能力來滿足電網(wǎng)調(diào)頻需求已顯不足。

如果電力調(diào)峰和頻率問題解決不了的話,勢必影響新能源替代的進行,進而影響到雙碳目標的達成。

擺在眼前的問題便是是否有更清潔更高效的解決方案來替代火電呢?

答案是肯定的,與其竭澤而漁,不如退而結(jié)網(wǎng)。從長遠發(fā)展的角度來考慮,提前儲備好電力的想法便應(yīng)運而生,儲能走向了歷史舞臺中心。

一方面,通過削峰填谷,可以解決峰谷時段發(fā)電量與用電負荷不匹配的問題;另一方面,可以參與提供電力輔助服務(wù),解決風(fēng)光發(fā)電的波動性和隨機性導(dǎo)致的電網(wǎng)不穩(wěn)定。

此外,通過儲能系統(tǒng)的存儲和釋放能量,提供了額外的容量支撐,吸收過剩電力、減少“棄風(fēng)棄光”以及即時并網(wǎng)。

這時候,萬事俱備,差的只是東風(fēng)了。

歷來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展始終離不開政策上的支持,政策上的變化,其節(jié)奏和力度往往意味著產(chǎn)業(yè)的成熟程度。

好風(fēng)憑借力

隨著電力改革的不斷深化,峰谷價差的擴大將成為市場化的必然趨勢。

2021年7月23日,國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》。文件指出:到2025年,實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上。到2030年,實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。

2021年7月26日國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》,明確在保持銷售電價總水平基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,進一步完善目錄分時電價機制,更好引導(dǎo)用戶削峰填谷、改善電力供需狀況、促進新能源消納。

將優(yōu)化峰谷電價機制,并建立尖峰電價機制,尖峰電價在峰段電價基礎(chǔ)上上浮比例原則上不低于20%。

地方政府層面上多點開花,繼2020年年初多省發(fā)文鼓勵或強制要求新能源配套儲能之后,新能源配儲能成為儲能市場熱議話題。截至2021年6月,我國已有25省份發(fā)布文件明確提出新能源配儲能。

2021年10月31日,江蘇省、北京市、甘肅省等地國網(wǎng)電力公司發(fā)布代理購電公告,自2021年12月1日起,高耗能企業(yè)購電價格按照普通代理購電用戶1.5倍執(zhí)行。

具體來看,我國對工商業(yè)用電實行分時電價政策。將一天分為谷段、平段、峰段,不同時段按照不同價格收取電費。

以北京為例,普通工商業(yè)用電(1kV以內(nèi))峰谷價差、峰平價差分別為:1.0254元/kWh、0.5257元/kWh。通過配置儲能在低谷電價充電,在高峰電價時放電,減少購買電網(wǎng)的高價電量。

在調(diào)峰服務(wù)方面,度電收益最高、最低的省份分別為東北三?。?元/kWh)、山東(0.15元/kWh)。在調(diào)頻服務(wù)方面,度電收益最高、最低的省份分別為廣東(0.9元/kWh)、江蘇(0.07元/kWh)

儲能日益成熟逐步走向市場化之時,東風(fēng)及時到來。

風(fēng)來之時,如何能飛得更穩(wěn),更高?

簡單來講,便是提前尋找到好的位置出發(fā),分辨出好的航向。具體到行業(yè)層面來講,便是技術(shù)路徑的選擇。

抽水儲能和電化學(xué)儲能相輔相成

儲能,并不是一件新鮮事,早在20世紀60年代,日、美、西歐等國家便開啟了抽水儲能建設(shè)的高峰期,歷經(jīng)多年發(fā)展,目前已成為使用規(guī)模最大、技術(shù)最成熟、成本最低的儲能技術(shù)。

其原理也不難理解,在用電低峰期將水從地勢較低的水庫抽到地勢較高的水庫,在用電高峰期將高地勢水庫的水下放到地勢低的水庫,利用高度差產(chǎn)生的重力勢能來發(fā)電。

除了抽水蓄能外,主要的儲能方式還包括電化學(xué)(電池)儲能、熔融鹽儲熱、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。

抽水儲能目前擁有其它儲能都無法比擬的優(yōu)勢,一個是在于它的成本,全生命周期成本不到0.3元/kwh,大幅低于現(xiàn)有儲能技術(shù)。

另一個就是在于儲能的規(guī)模和轉(zhuǎn)化效率,大規(guī)模抽水蓄能可以有效利用在電力調(diào)峰上面,轉(zhuǎn)換效率可以達到70%-80%。

但問題同樣存在,對選址環(huán)境、地形條件及水文環(huán)境要求較高,建設(shè)周期長達3-5年,響應(yīng)速度基本在分鐘級別的水平。

而電化學(xué)儲能搭載了鋰電池、鉛酸電池,響應(yīng)速度達到百毫秒級,更適合用在一次調(diào)頻上。

相較其他儲能方式而言,電化學(xué)儲能擁有更高的能量密度和轉(zhuǎn)換效率,場景應(yīng)用、建設(shè)周期更為靈活,產(chǎn)業(yè)鏈配套更加成熟,增長潛力較大。


數(shù)據(jù)來源:浙能集團研究院,東方證券研究所

根據(jù) CNESA 統(tǒng)計,截至2020年底,全球已投運儲能項目累計裝機規(guī)模191.1GW,同比增長3.4%。

其中,抽水儲能的累計裝機規(guī)模最大,為172.5GW,同比增長0.9%;電化學(xué)儲能的累計裝機規(guī)模緊隨其后,為14.2GW,同比增長49%;其中,鋰離子電池的累計裝機規(guī)模最大,為13.1GW,首次突破10GW大關(guān)。


我們可以做出這樣的判斷:抽水儲能和電化學(xué)儲能是最為重要的兩種儲能方式,二者相輔相成,共同實現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻的作用。

儲能的核心環(huán)節(jié)

電化學(xué)儲能系統(tǒng)主要由電池組、電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)、儲能逆變器(PCS)以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。

電池組成本占比最高大約60%,其次為儲能逆變器15%左右,電池管理系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)加起來大概占比15%。


這組數(shù)據(jù)充分說明了兩個問題,其一,電池組成本是電化學(xué)(電池)儲能系統(tǒng)的主要成本,是未來產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)迭代和降成本的主要環(huán)節(jié)。

其二,產(chǎn)業(yè)鏈最核心的環(huán)節(jié)在于電池組和逆變器上。

首先來看電池組,目前來看,磷酸鐵鋰電池憑借高安全性、高循環(huán)壽命、低成本優(yōu)勢已成為儲能場景的首選,2019年新增儲能鋰電池中磷酸鐵鋰電池占比85%以上。

這一領(lǐng)域的競爭格局可以參考動力電池領(lǐng)域,可以完全延伸過來,電池組代表企業(yè)包括寧德時代、比亞迪、億緯鋰能、派能科技等。

有意思的是,電池儲能技術(shù)坡長雪厚,具備多種技術(shù)路徑發(fā)展迭代。比如,成本和資源占優(yōu)的鈉離子電池可以有效填補鋰離子稀缺的問題,更高性能的固態(tài)電池,鋰-空氣電池等等。

多種技術(shù)路徑看似競爭激烈,實則帶來百家爭鳴百花齊放的局面,共同為電池儲能技術(shù)的發(fā)展貢獻力量。

寧德時代自2014年便有儲能業(yè)務(wù),2018年設(shè)立單獨的儲能事業(yè)部開始大力發(fā)展儲能業(yè)務(wù)。2020年儲能電池出貨568MWh,同比增長47%;儲能實現(xiàn)收入19.43 億元,同比增長219%,儲能板塊毛利率水平達到35%左右。

2021H1儲能板塊營收達到47億,毛利率36.6%,遠高于動力電池23%的毛利率,已經(jīng)成為第二增長曲線。

比亞迪2019年戶用儲能在歐洲市占率排名第二,僅次于Sonnen。2020年公司儲能電池海外出貨為438MWh,儲能系統(tǒng)出貨213MW;派能科技客戶多為境外儲能系統(tǒng)集成商,主攻海外用戶側(cè),2020年公司實現(xiàn)儲能收入10.45億元,同比增長40%。

儲能逆變器領(lǐng)域的競爭格局同樣可以參考光伏逆變器,代表企業(yè)包括陽光電源、固德威、英威騰等,基于在光伏逆變器行業(yè)的多年技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗,形成較高壁壘,在儲能行業(yè)具備先發(fā)者優(yōu)勢。

儲能變流器的單W價值量、單W利潤均超過光伏逆變器。雖然儲能變流器的絕對需求量在近幾年仍低于光伏,但是其利潤貢獻比例相對光伏逆變器將大幅提升,行業(yè)整體利潤比例同樣將大幅提升。

逆變器作為儲能價值量最大的配件之一,核心的競爭力體現(xiàn)在產(chǎn)品迭代上,如同光伏逆變器一樣,不同型號對應(yīng)不同的逆變器。

在儲能技術(shù)較快的迭代基礎(chǔ)上,不斷推出新產(chǎn)品使得企業(yè)造血能力極強,毛利率得到了有效保障。

逆變器龍頭企業(yè)的儲能業(yè)務(wù)自2018年開始爆發(fā)。陽光電源2020年儲能業(yè)務(wù)規(guī)模達到11.69 億,毛利率22%,同公司光伏逆變器的盈利能力相仿。

固德威2019年在用戶側(cè)儲能逆變器出貨量全球第一,2020年貢獻收入1.6億元,同比增長45%。

目前國內(nèi)電池儲能系統(tǒng)成本約1.5元/Wh。根據(jù)BNEF預(yù)計,到2025年系統(tǒng)初始成本有望降低至0.84元/Wh。具體來看,一方面降低電芯成本至0.5元/Wh以下,另一方面降低土建、安裝、接網(wǎng)等非技術(shù)成本。


根據(jù)東方證券預(yù)測,預(yù)計2025年全國新增工商業(yè)電池儲能裝機11.53GWh,2021-2025年累計新增裝機33.5GWh,復(fù)合增速達到78.6%。

電池儲能產(chǎn)業(yè)未來前景一片光明。

新能源發(fā)電替代傳統(tǒng)能源是確定性的。

可是,自身的波動性和間歇性產(chǎn)生的不確定性使得新能源電力供應(yīng)存在著調(diào)峰調(diào)頻的需求。

能源替代這條路徑上,新能源發(fā)電這條腿還得靠儲能接上方能健步如飛。顯而易見,儲能是未來電力系統(tǒng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

以電池技術(shù)為主的儲能技術(shù)是其中重要的組成部分,在性能優(yōu)勢的前提下已經(jīng)逐步具備了經(jīng)濟性,具備了規(guī)模化推廣的基礎(chǔ)。

由電池儲能掀起的又一波新能源浪潮很快就會來臨。 

原標題:儲能,新能源的后浪將至
 
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來源:阿爾法工廠
 
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