中国储能行业蓝皮书

CIC灼识咨询 储能行业蓝皮书 本文件提供的任何内容均系灼识咨询公司独有的高度机密性资料。 未经灼识咨询公司事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、传播、出版、引用、改编本文件内容。 目录 储能行业蓝皮书： 1储能行业概览 2商业储能系统分析 ——电化学储能 3行业规模及竞争格局分析 2 “碳中和”自2020年提出后已成为我国长期发展战略规划，顶层设计逐步完善，随着未来碳达峰、碳中和的目标逐步实现，以新兴低碳清洁能源作为电力供应核心的能源结构成明确趋势 “碳中和”已成国家长期发展战略规划 2020年9月习近平主席在第七十五届联合国大会发表讲话: 力争于2030年前达到峰值，争取于2060年前实现碳中和 2020年9月，中国首次明确给出碳中和时间表 占比 8% 传统 能源 4% 9% 32% 10% 43% 54% 传统 能源 15% 47% 46% 16% 新兴 能源 17% 27% 19% 11% 新兴 能源 29% 31% 13% 18% 21% 5% 5% 5% 6% 8% 100% 75% “碳中和”背景下我国能源结构调整成明确趋势 至2060年碳达峰我国各类电源装机总量占比情况预测 火电水电光伏风电 核电及其他 2021年3月，碳中和被首次写入政府工作报告 2021年两会，碳中和被首次写入政府工作报告，成为国家长期战略规划： •到2030年，非化石能源占一次能源消费比重将要达到25%左右； •到2060年，非化石能源消费比重将占的80%以上 50% 2021年10月起，逐步完善碳中和“1+N”政策体系 25% “1”《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》 顶 层 提出10方面31项重点任务，明确了碳达峰碳中和工作的路线图、施工 设《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》 图 计确定了能源绿色低碳转型行动、交通运输低碳行动等碳达峰10大行动 “N”• 政 策落地 《“十四五”现代能源体系规划》 •《碳排放权交易管理办法》 •《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》 •《科技支撑碳达峰碳中和行动方案》 …… 0% 2020 2025E 2030E2050E2060E 据全球能源互联网发展合作组织估计，我国新能源装机总量占比将不断攀升： •至2030年碳达峰，我国新能源装机总量占比将达到53%，超过传统能源 •至2060年碳中和，新能源的装机总量占比将来到87%，成为最主要的电力来源 “碳中和”趋势下新兴低碳清洁能源将成为电力供应的核心 资料来源：全球能源互联网发展合作组织，灼识咨询 以清洁可再生能源为主的能源结构当前存在一系列挑战，首先其供电过程存在波动性和间歇性，其次会使消纳端承压，引发弃风、弃光现象，最后也难以解决居民及第三产业用电增加导致的负荷波动问题 新能源发电呈波动性和间歇性 ·电力系统需保持发电出力（功率）和用电负荷（效率）的实时平衡，新能源难达要求 ·风电：日内分布昼小夜大，与日内负荷曲线相反，呈现反调峰特性；季节上夏季出力较小，与用户侧需求曲线不符 ·光伏：日内受太阳辐射变化，发电水平先增后减，与用户侧曲线存在时滞，同时受气象条件影响较大，增加了出力的随机性；季节上， 冬季太阳辐射强度较低，不稳定性较大 光伏日出电力具有波动性和不稳定性 光伏功率/MW 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 晴天 多云阴雨 789101112131415161718192021 时间/时 居民及第三产业用电增加负荷波动 ·居民和第三产业用电占比不断提高，电网也 需要从适应工业负荷向适应民用负荷过渡，由于其单体用电规模小、分布零散且运行不规律，加大了负荷预测的难度 ·随着小型化、多元化的用户终端（如分布式微电网等）在电力系统中的占比不断提升，用电负荷波动性将进一步增大 2011-2021年间我国用电量结构变化 城乡居民生活 第三产业 第二产业 第一产业 占比 12.0%12.8%13.1%13.8%14.2%14.1% 10.9% 11.8% 12.9% 14.0% 16.4%17.1% 75.0%73.5% 72.2% 70.4% 68.3% 67.5% 2.2% 2011 1.9% 2013 1.8% 2015 1.8% 2017 1.1% 2019 1.2% 2021 新能源发展加压消纳，弃风光频现 ·随着新能源装机容量的迅速增加，我国部分优位地区风能、光伏的供电上限大幅抬高，远远超出其右端消纳能力，发生弃风、弃光现象造成资源的浪费 ·2021年全国弃风率达3.1%，青海、蒙西地区达到10.7%和8.9%；全国弃光率达2%，西藏地区甚至达到19.8%，大量可用资源浪费造成的损失动摇了新能源产业的健康发展 2021年我国部分地区弃光率与弃风率 比率 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 19.8% 弃风率 弃光率 13.8% 8.9% 10.7% 7.3% 3.5% 4.6% 2.5%2.3%1.8% 4.1% 1.7%1.5%1.1%0.9% 2.9%2.5%2.4% 0.0% 0.6% 2.4% 2.0% 蒙东 山西 吉林 甘肃 新疆 河北 陕西 宁夏 蒙西 青海 西藏 资料来源：国家能源局，灼识咨询 储能系统在解决新能源发电所面临的挑战中发挥重要作用，不仅能够平抑新能源并网的波动性，还能有效应对尖峰供电，节省电网投资，也能对新能源发电较差的调频能力予以弥补 1利用储能系统解决可再生能源并网波动性与消纳问题 储能在发电侧参与平抑波动的应用模式 AC/DC DC/AC Pw 新能源发电 变压器 Pout DC/DC DC/AC Pb 变压器 电网 储能系统 1 储能系统可以平抑新能源供电的波动性 •当新能源发电出力功率Pw因其波动性和间歇性而超过或不达 输出所需功率Pout时，可利用储能系统运作的功率Pb对Pw进行负反馈式调整，以满足负荷端需求 •用户侧如需进行电力自发自用，储能系统能提高用电可靠性 2 • • • 储能系统可以提供额外储量支撑 对超发电量进行存储，可以在迫急时缓解调峰压力，也可以将其进行外输 一定程度上也能保障来年供电的充裕度 储能配置可以有效促进对新能源发电的消纳，从而减少弃风、弃光等资源浪费现象的发生 2储能配置应对尖峰供电，节省电网投资开支3储能配置支撑系统惯量，补充电网调频能力 0-最大负荷 1.05亿千瓦 全年时长 非尖峰供电：<95%最大负荷尖峰供电 超95%最大负荷为尖峰供电，其占全年运行时长仅0.63% 小时 江苏省2019年尖峰供电仅有55小时，却需投资约 常规能源 新兴能源 风电 有 机组转速较慢，转动惯量较小，调频能力一般 光伏 无 无转动设备，不具备转动惯量，自身不可调频 发电方式发电机组机组转动惯量与调频能力 8760小时 非尖峰供电时长8705小时，占全年99.37% 55420亿元 火电/水电 有 发电汽轮机组具有转动惯量，可在电网出现系统 性波动时起到延缓和调整作用 •江苏省2019年全年尖峰负荷供电时长仅占0.63%，若进行直接投资扩容以满足最大负荷水平，则支出高达420亿元左右 •储能设备配置可提供可靠容量支撑应对突发性尖峰供电，如采用500万千瓦/2小时电池储能以解决上述问题，则投资缩减至200亿元左右，大幅节省了电网投资 •风电机组转动惯量小，光伏无转动设备，随着风光电源装机容量的提升，电网应对频率突变的响应能力低下。 •使用电化学储能为代表的的储能方式，能提供快速响应速率，在电网频率发生系统性波动时提供电网惯量支撑，并自动响应进行调频 资料来源：灼识咨询 储能行业按照用户类型划分，可以划分为商业储能以及户用储能，其中商业储能分为表前储能和表后储能，户用储能为表后储能 商业储能 •商业储能指大型工商业用户侧储能系统，既有表前也有表后储能，能够与电源配合安装与独立安装，为大型用户提供与储存电力 户用储能 应用领域 表前储能 用户侧场景 表后储能 表后储能 主要类型 发电侧储能 电网侧储能 工商业储能 家庭储能 使用场景 •新能源电站 •传统电站 •独立储能站 •电网变电站 •工业园区发储能站 •商业楼宇储能站 •家庭发储设备 •小型商户发储设备 主要储能形式 •热储能 •电化学储能 •氢储能 •电化学储能 •电化学储能 •氢储能 •电化学储能 主要作用 •电力调峰 •辅助动运行 •系统调频 •可再生能源并网 •缓解电网阻塞 •延缓输配电扩容升级 •电力自发自用 •峰谷价差套利 •容量电费管理 •提升供电可靠性 •电力自发自用 •容量电费管理 •提升供电可靠性 •户用储能指小型用户侧储能系统，通常为表后储能以及便携式储能，并主要与户用光伏配合安装，为小型用户提供与储存电力 便携储能•便携储能设备 •电化学储能 •提升供电可靠性 资料来源：灼识咨询6 目前主要储能技术为机械类储能，而电化学储能有着储能响应速度快、环境适应性强，并可进行双向调节和分散配置的特点，随着技术成熟，电化学储能越来越多的投入到应用中 储能技术分类 •按照储能技术的不同可分为电化学储能、机械类储能、电磁储能、热储能、化学储能等。其中电化学储能因为技术成熟，使用寿命长等优点，应用非常广泛 中国电力储能市场累计装机规模，2021 1电化学储能：二次电池液态电解质 2热储能：热能隔热容器 3机械类储能: 抽水、压缩空气、飞轮 4电磁储能：超级电容、超导 5氢储能：电解水生成氢，也可制成甲烷等 优势 •技术成熟•使用寿命长 •储存能量大 •可靠、经济、•寿命周期相对长，•技术相对成熟，•运行灵活反应快捷，效率可以较高 •寿命周期相对长，循环次数多，少维护•响应速度快，充放电时间快•效率相对高运行温度区 •储存能量大，可储存时间长 间大 缺点 •成本高•存在高发热量的问题 •应用场合十分局限 •选址受地理限制，有难度和局限性•能量密度偏低，有放 •能量密度低，自放电损耗大 •效率较低 电损耗 应用 •应用非常广泛 •在再生能源发电 •抽水应用电力系统调 •超级电容器适合配合其 •可用于发电，汽 范围 上有一定作用 峰填谷、调频、调相、 他储能手段 车等 事故备用； •压缩空气仅适用大规 •超导在电网应用少，技术难度高 •正处于产业探索阶段，有部分氢 模风场； 储能项目建成 •飞轮适用于配电系统 87.8% 0.0% 0.1% 1.9% 10.2% 电化学储能电磁储能 热储能化学储能机械类储能 数据来源：灼识咨询 电化学储能主要技术包括锂离子电池、铅蓄电池、钠离子电池以及液流电池，其中锂电池是目前主流，钠离子电池及液流电池技术也是目前行业研发的焦点 中国电化学储能市场累计装机规模，2021 2.2% 2.0% 锂离子电池 磷酸铁锂离子电 铅蓄电池 钠离子电池液流电池 钠硫电池、钠盐 1.2% 电池池、三元锂离子类型电池等 由铅及其氧化物制成 电池、钠空气电池等 全钒液流电池、铅酸液流电池等 使用5-15年5-15年10-15年5-20年 寿命 94.6% 锂离子电池铅蓄电池纳基电池 功速率度、快能，主要量组密态度方大优点式，灵响活 主要安全性问题、目前缺点成本较高、电池 寿命及均衡问题 技术成熟、性价比较高 能量密度低、不能深充深放、循环寿命问题、环保问题 能量密度高，响应速度快、循环寿命高 环境要求较高 蓄、电能容量量与大功、率可分深开度控充制 环境率温不度高要、求需较辅高助、液转泵 液流电池 发展产业化应用，主现状导地位 产业化应用产业化应用，快速发展 产业化应用 数据来源：中国储能网，灼识咨询 目录 储能行业蓝皮书： 1储能行业概览 2商业储能系统分析 ——电化学储能 3行业规模及竞争格局分析 9 储能行业自“十二五”规划被写入国家级政府文件后，从研发示范向商业化初期，再走向全面规模化、市场化的过程中，得到全周期的顶层设计支持，政策