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行業(yè)盛宴前夜,儲能領(lǐng)域有哪些機(jī)會?
日期:2023-04-19   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_sunmengqian 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
無論是全球?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的長遠(yuǎn)愿景,還是能源轉(zhuǎn)型改變現(xiàn)有電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)需求,應(yīng)用儲能系統(tǒng)調(diào)節(jié)電力供應(yīng)需求,平抑新能源設(shè)備并網(wǎng)后對電網(wǎng)帶來的沖擊,儲能市場應(yīng)運(yùn)而生。

根據(jù)Bloomberg數(shù)據(jù),2022年全球能源轉(zhuǎn)型投資規(guī)模突破1萬億美元,中國的投資金額達(dá)到5,460億美元,居世界首位。

與此相對應(yīng)的是,多家全球公司已密集加速布局儲能項(xiàng)目,儲能領(lǐng)域有望成為繼動力電池之后的另一“萬億”大市場。

以特斯拉為例,2023年4月9日,特斯拉上海儲能超級工廠項(xiàng)目官宣落戶上海臨港,這是特斯拉在中國的第二個超級工廠,特斯拉儲能超級工廠將規(guī)劃生產(chǎn)特斯拉超大型商用儲能電池(Megapack),工廠計劃于2023年第三季度開工,2024年第二季度投產(chǎn)。特斯拉CEO馬斯克預(yù)測,未來全球最終將需要240TWh儲能容量(含電站儲能和汽車電池),他希望,早日把特斯拉的固定式儲能產(chǎn)能提高到1TWh/年。

除了特斯拉,國內(nèi)企業(yè)如寧德時代、遠(yuǎn)景動力、蜂巢智儲、億緯鋰能、鵬輝能源也紛紛發(fā)力儲能。根據(jù)中國儲能產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布的《2023年中國新型儲能行業(yè)市場前景及投資研究報告》,目前國內(nèi)儲能市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了256.8億人民幣,同比增長了50.8%,其中,鋰離子電池儲能系統(tǒng)是市場占比最大的儲能技術(shù),占據(jù)了53.5%的市場份額。此外,鈉離子電池、壓縮空氣儲能和超級電容儲能技術(shù)等新型儲能技術(shù)也在中國得到了廣泛應(yīng)用。

以上種種,已經(jīng)成儲能行業(yè)內(nèi)的共識,也是我們把儲能納入投資方向的緣由:可再生能源的大型配儲市場即將迎來爆發(fā),現(xiàn)在正是行業(yè)盛宴的前夜。

1

新能源演進(jìn):風(fēng)光逐步替代傳統(tǒng)能源最終成為主導(dǎo)


目前國內(nèi)發(fā)電還是以火電為絕對主力。但未來的趨勢顯而易見:風(fēng)光為主的新能源發(fā)電將逐步替代火電等傳統(tǒng)能源,最終成為主導(dǎo)。

除開火電不環(huán)保等環(huán)境因素,從經(jīng)濟(jì)上來說,新能源能替代傳統(tǒng)能源的主要動力是:新能源的發(fā)電成本已經(jīng)足夠低。

從2020年起,我國就逐步做到了光伏平價。

目前,國內(nèi)火電在只計算煤炭成本的情況下度電成本大約在0.24元,如果考慮設(shè)備折舊運(yùn)維和稅費(fèi)度電成本大約在0.49元。與之相比較,光伏的度電成本已經(jīng)下降到0.3元,海上風(fēng)電度電成本在0.4元,陸上風(fēng)電度電成本比海上風(fēng)電還要更低一些。

以這些數(shù)據(jù)推算,部分地區(qū)不僅能做到光伏平價,甚至還能做到光儲平價。

不僅是國內(nèi),世界范圍內(nèi)也已大規(guī)模達(dá)到了光伏平價。

根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)發(fā)布的《2021年可再生能源發(fā)電成本》顯示,在2021年新增的可再生能源電力中,近三分之二(1.63億千瓦)的發(fā)電成本低于20國集團(tuán)(G20)中全球最廉價的燃煤發(fā)電成本。

在成本端的推動下,新能源的裝機(jī)量節(jié)節(jié)攀升。

截至2022年10月底,全國累計發(fā)電裝機(jī)容量約25億千瓦,同比增長8.3%,其中,風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)容量分別約3.5億千瓦和3.6億千瓦,占比約28.40%,風(fēng)光占比已經(jīng)從2012年的5.65%到目前的28.40%,現(xiàn)在每年新能源裝機(jī)增量已占總裝機(jī)增量 50%以上。按此趨勢,未來風(fēng)光為代表的新能源必將成為主導(dǎo)能源(火電為輔助能源)。

2

新能源并網(wǎng)沖擊電網(wǎng)的穩(wěn)定性 儲能成最優(yōu)解決方案


新能源逐步擴(kuò)大規(guī)模也會給電網(wǎng)帶來很大的不穩(wěn)定隱患,根本原因是風(fēng)光自然資源不可控。

首先是新能源發(fā)電端的問題:

一是因?yàn)轱L(fēng)光不可控,造成用電高峰和發(fā)電高峰不匹配,需要調(diào)峰;

二是傳統(tǒng)火電是電壓源,光風(fēng)新能源發(fā)電是電流源,如果新能源占比太大,且風(fēng)光不可控,可能會導(dǎo)致瞬間電流很大,沖擊電網(wǎng)影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定。

其次是負(fù)載端的問題:因?yàn)殡妱悠?、家用儲能等場景普及,可能會出現(xiàn)負(fù)載端功率瞬間增大或減少的情況,這就導(dǎo)致發(fā)電機(jī)要瞬間做功或降低轉(zhuǎn)速,需要調(diào)頻。但風(fēng)光不可控,電網(wǎng)提出的調(diào)頻要求風(fēng)光跟不上,傳統(tǒng)火電機(jī)組響應(yīng)能力有限,容易造成電網(wǎng)不穩(wěn)定。

以上種種影響因素亟待通過技術(shù)解決調(diào)峰和調(diào)頻的問題,以維護(hù)新型電網(wǎng)的穩(wěn)定,目前來講,最優(yōu)的解決方案就是儲能。

那么,儲能是如何解決新型電網(wǎng)的調(diào)峰和調(diào)頻的問題呢?

首先是調(diào)峰。

為什么要調(diào)峰?這是由于新型電網(wǎng)每天的供需不匹配導(dǎo)致。

我們知道,每天電網(wǎng)的用電負(fù)荷是不均勻的。用電高峰時,電網(wǎng)往往超負(fù)荷,此時需要投入在正常運(yùn)行以外的發(fā)電機(jī)組以滿足需求。用電高峰通常是每天7am-11pm,其中尖峰通常是10am、4pm和8pm這三個時間段。但這些時間段,風(fēng)光發(fā)電通常不是最高峰。這就存在著源和荷的錯配,就有了調(diào)峰的需求。

當(dāng)新能源比例增大后,調(diào)峰問題就變得更加嚴(yán)峻。在不擴(kuò)充冗余機(jī)組的情況下,最優(yōu)解就是用儲能裝置將波谷的電存起來,用在波峰上面,這便是儲能解決電網(wǎng)的根本邏輯。

其次是調(diào)頻問題。電網(wǎng)的頻率是 50Hz,波動不能超過±0.2,如果超過這個范圍就需要調(diào)頻,不然電網(wǎng)穩(wěn)定性會出問題。

調(diào)頻又分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。

一次調(diào)頻是電力系統(tǒng)里電網(wǎng)頻率發(fā)生變化后(一般是負(fù)荷變動影響),靠廠級的一個總控制器,把指令分解發(fā)給每臺機(jī)組。每臺機(jī)組調(diào)節(jié)自身功率從而使得頻率和功率達(dá)到一個新的有差的平衡。一次調(diào)頻為反饋閉環(huán)控制,采用就地響應(yīng)方式,無需電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行干預(yù),其響應(yīng)時間約為幾秒,原來是用火電機(jī)組來調(diào)節(jié),但隨著新能源增長,火電機(jī)組不太夠用,響應(yīng)速度也慢,需要響應(yīng)速度快的儲能來補(bǔ)充。

二次調(diào)頻是指當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷或發(fā)電出力發(fā)生較大變化時,一次調(diào)頻不能滿足要求時采用的調(diào)頻方式,通常采用電網(wǎng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)方式進(jìn)行。

綜上,以飛輪為代表的儲能技術(shù)或在調(diào)頻方面發(fā)揮重要作用。

3

政策和市場雙重推動 儲能市場規(guī)模迎來快速增長


先說政策一側(cè)。

我國從很早就開始了新能源的布局,光伏風(fēng)電的水平現(xiàn)在更是世界一流。也因?yàn)檫^往的布局,很早意識到了儲能的重要性,在政策端進(jìn)行強(qiáng)力推動。

從2021年開始,儲能方面的政策頻出,其中,國家發(fā)改委、能源局等國家有關(guān)部委發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》,明確了儲能領(lǐng)域的發(fā)展步驟:到2025年,實(shí)現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機(jī)規(guī)模達(dá) 3000萬千瓦以上。到 2030 年,實(shí)現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展 。

《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》要求,到2025年,新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?;l(fā)展階段,具有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件,商業(yè)模式基本成熟;到 2030年,新型儲能全面市場化發(fā)展。

《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》發(fā)布后,地方電網(wǎng)陸續(xù)發(fā)布新增風(fēng)光發(fā)電強(qiáng)制配儲方案,以10%*2h為主。強(qiáng)制配儲方案其實(shí)大大加速了整個儲能市場的增長速率,政策層面的加持讓行業(yè)爆發(fā)的時間再次提前。

從近幾年的儲能市場增速來看。

僅計算強(qiáng)制配儲的規(guī)模,近3年每年風(fēng)光新增裝機(jī)數(shù)在1億千瓦以上。強(qiáng)制10%裝機(jī)數(shù)就是1000萬千瓦,假設(shè)配儲時長2h,就是2000萬千瓦時的儲能設(shè)備。當(dāng)前儲能設(shè)備初裝成本2-4元/wh,所以整個市場只算強(qiáng)制配儲的初裝成本每年就有400億以上(目前電化學(xué)儲能約占10%)。

若以長遠(yuǎn)來看,新能源至少要占50%,截至2022年10月底,全國累計發(fā)電裝機(jī)容量約25億千瓦,風(fēng)光合計7.1億千瓦,假設(shè)不算新增市場只算存量替代,至少還有5億千瓦的新能源裝機(jī)數(shù),這部分存量替代也有3000億的市場容量。龐大的市場容量導(dǎo)致了行業(yè)規(guī)模的快速增長,過去5年儲能的總裝機(jī)規(guī)模年增速均高于 50%。

4

三個節(jié)點(diǎn)后 儲能行業(yè)未來至少千億級市場規(guī)模


未來儲能行業(yè)或?qū)⒔?jīng)歷三個階段,每個階段都將帶動儲能市場高速增長。

第一階段是2020-2025年,通信市場為主、電力市場為輔。驅(qū)動因素是發(fā)電側(cè)光儲趨向平價,光儲平價前暫由5G通信基站建設(shè)帶動儲能市場增長,光儲平價后將由大規(guī)模儲能電站引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展,到2025年市場規(guī)模是100億級。

第二階段是2025-2030年,新能源成為增量主力,電網(wǎng)穩(wěn)定性亟需儲能。驅(qū)動因素是新能源成為主要新增能源,為了維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定,儲能需求急劇提升,預(yù)計2030年市場規(guī)?;蜻_(dá)1000億級。

第三階段是2030-2060年,新能源進(jìn)行火電機(jī)組的存量替代,市場規(guī)模極具想象空間。

5

不同應(yīng)用場景有對應(yīng)最適合的儲能技術(shù)


儲能行業(yè)非常大,大到每一個技術(shù)路徑都能找到自己對應(yīng)最適合的落地場景。那么對于長時儲能和調(diào)頻儲能最適合的技術(shù)是什么呢?

根據(jù)原理,儲能主要的技術(shù)路徑主要分為:

機(jī)械儲能,包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等;

電化學(xué)儲能,包括鋰離子、鈉離子和液流電池;

電磁儲能,包括超級電容和超導(dǎo)。

其中目前以抽水儲能為代表的機(jī)械儲能是主要落地方案,而電化學(xué)儲能中鋰離子的方案最為成熟。

評判每種儲能技術(shù)的核心指標(biāo)有 5 個:


充放速率(響應(yīng)速度):充放的快慢決定是否滿足應(yīng)用場景的技術(shù)需求;

充放深度:單次充放循環(huán)中需要保留的能量,決定儲能的有效能量;

充放電效率:單次循環(huán)的充放能量損耗,能效;

儲能循環(huán)次數(shù)和壽命:生命周期內(nèi)的有效循環(huán)次數(shù);

成本。此外還要考慮每種儲能技術(shù)的成熟度。

各個技術(shù)方案有各自的優(yōu)缺點(diǎn),目前來講沒有完美的方案,但有最適合的落地場景。

大體上來講,從長時儲能來看,抽水蓄能的技術(shù)最為成熟,成本也足夠低,但對地理地質(zhì)有要求,而中國風(fēng)光資源主力的三北地區(qū)要么缺少地勢差,要么缺水系,所以抽水蓄能存在地理地質(zhì)資源錯配的問題,同樣的問題也存在壓縮空氣儲能身上。此外抽水蓄能的響應(yīng)速度也較慢。

電化學(xué)儲能里,鋰離子電池的技術(shù)最為成熟,也是第一批強(qiáng)制配儲的主力技術(shù)方案,具有成本低、響應(yīng)快、效率高的優(yōu)點(diǎn),但作為長時儲能來講,鋰離子的循環(huán)壽命和安全性問題存在問題。未來盡管可以從半固態(tài)和固態(tài)的方向進(jìn)行技術(shù)升級解決安全的問題,但是循環(huán)壽命確實(shí)是一個短板。

鈉離子電池盡管進(jìn)一步降低了成本,增加了安全性,但比鋰電池更低的循環(huán)壽命限制了其在長時儲能方面的落地,目前鈉離子電池還處于工程示范的早期,主要還是在兩輪車等應(yīng)用場景對鉛蓄電池進(jìn)行替代,而不是長時儲能場景。

全釩液流是長時儲能方面的較優(yōu)選擇,壽命長、響應(yīng)快,效率較高,未來成本進(jìn)一步下降后有可能和鋰電池在長時儲能領(lǐng)域掰一掰手腕。

除了上述路徑外,三元鋰、鈉硫電池因?yàn)榘踩缘膯栴}已經(jīng)被國家禁止用于大型儲能。

從調(diào)頻應(yīng)用場景來講,飛輪、超級電容在技術(shù)指標(biāo)上來講均有機(jī)會,將來還是看各自在實(shí)際工程中的成本、穩(wěn)定性和使用壽命誰做得好。

結(jié)語

以上內(nèi)容,我們主要展望了大型儲能領(lǐng)域未來廣闊的確定性市場,并闡述了此中的緣由和邏輯,也對長時儲能和調(diào)頻儲能最適合的技術(shù)路徑進(jìn)行了簡要分析。對于儲能的大賽道,市場化投資的角度和政府投資的角度略有不同,甚至是互補(bǔ)性,后面筆者也會就看好的幾條細(xì)分賽道(釩液流、飛輪等)對儲能領(lǐng)域的投資進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究。希望這些觀點(diǎn)拋磚引玉,歡迎和儲能領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者、投資人多多交流。 

原標(biāo)題:行業(yè)盛宴前夜,儲能領(lǐng)域有哪些機(jī)會?
 
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