2022全球长时储能报告

市场报告 Wood Mackenzie电力与可再生能源 关于Wood Mackenzie 我们利用我们的集成技术为我们的专家提供商业洞察力和访问权限专有金属、能源和可再生能源研究平台。 伍德麦肯齐是理想的定位为支持消费者生产者和金融家新能源经济。 获得的Genscape，制作绿色科技媒体（GTM）能源转型的领导者和跨商品超过600位行业专用分析师和全球顾问靠近客户和行业联系人 关于本报告 本报告对全球长持续时间储能行业进行了全面分析，重点关注亚太、欧洲、北美国。该报告强调了可能提供长期电力存储的主要技术集团最近发展的关键趋势应用程序，包括 •••电化学储能热能储存机械储能 该报告分析了选定储能技术的当前创新状况，投资格局和经济性。报告还回顾这些技术寻求更广泛部署时出现的市场机遇和挑战，同时考虑到政府能源政策、立法和脱碳战略。 提供了长期储能主要发展趋势的执行摘要，以供参考，反映了市场、政策、立法和影响大规模部署的技术动态。 本报告将每年发布一次，以补充我们的年度全球储能技术趋势报告和全球能源存储市场展望更新报告。 Contents 长持续时间存储定义 定义长期储能 •术语“长期储能（LDES）”用于指具有足够持续时间以提供可靠容量和支持电网的广泛技术组Wood Mackenzie将长持续时间定义为额定功率下8小时以上的放电持续时间，不包括锂离子电池技术。 长期储能技术的价值有望大幅增长 长期储能技术可以为电力系统提供多种好处 不同长时间储能技术的应用 •长期储能技术作为增强功能的低成本解决方案的巨大前景电力系统的可靠性和稳定性，具有可再生能源渗透率高。•••不同类型的长期储能技术有自己的优势和缺点。这使这些技术能够发挥不同的作用在电网级大规模电能中的作用存储应用程序。随着更多的长期储能项目在线，全球的平均存储持续时间储能系统有望增加持续。 执行摘要 长期储能(LDES)项目吸引了580亿美元的承诺过去三年 •在这580亿美元中，有300亿美元的项目正在建设或运营中。580亿美元相当于57GW的LDES -相当于全球储能容量的三倍2022年部署。• 尽管进展迅速，但大多数长期储能技术仍处于起步阶段，举步维艰在2030年之前进行成本有效的扩展 2 ••抽水水电是唯一真正部署的大规模LDES技术，并将继续主导到2030年。克服一系列技术，财务和业务障碍是新兴LDES技术获得更广泛服务的关键与与CCS配对的CCGT相比，部署、降低成本并证明经济。 LDES的发展存在明显的地理差异 •••钒氧化还原液流电池和压缩空气储能的部署在中国在很大程度上受到强有力的政策支持。美国正在加强其LDES行业，公司积极加强创新，促进试点和示范项目。大多数欧洲国家对这一领域的热情不高，而英国正试图找出正确的方式。 锂离子电池不是长期储能的实用解决方案 电池设计、价格上涨和可持续性问题限制了锂离子电池提供长时间储能 电池级锂化学品价格（实际2022美元/吨）* •••在锂离子电池中，“能量与功率”之比可以被操纵为提供“长期储能”服务。然而，由于锂离子电池设计的性质，功率和能量容量耦合。这防止了功率和能量容量的独立缩放储能系统，经济地制造锂离子电池技术无法提供长期储能服务。•••飙升的电池原材料价格引起了越来越多的关注在储能应用中使用锂离子电池。价格上涨的风险导致储能项目延期和取消，增长放缓。与锂离子电池相关的可持续性和安全性问题进一步限制锂离子电池在长期储能应用中的使用。 2.电化学储能 氧化还原液流电池为长时间储能增压 独特的系统架构、长循环寿命和不易燃特性使液流电池对ESS具有吸引力 •典型的氧化还原液流电池(RFB)由两个独立的具有电荷存储物种的电解质溶液。这两种溶液是泵送通过离子交换发生的细胞通过离子选择性膜来储存和产生能量。 ••••几个独特的功能使RFB成为长期的有吸引力的选择储能（> 8小时）应用。RFB将电力和能源分离，因此扩大能源规模会更便宜容量，而不会显著损害电力容量。RFB还提高了操作安全性和更长的使用寿命（超过20年）比锂离子电池（10 - 15年）。RFB的一个典型缺点是它们的能量密度相对较低(目前钒氧化还原液流电池为30 - 40Wh / L，而钒氧化还原液流电池为400 - 650Wh / L锂离子电池)。 ••RFB架构对各种化学物质具有灵活性。许多在过去的几十年中，人们对化学物质进行了探索。典型的例子包括钒氧化还原液流电池，锌溴氧化还原液流电池和铁氧化还原液流电池。 资料来源：Wood Mackenzie，*：该图显示了液流电池系统可以设计为更长的持续时间，而无需添加电源组件。 钒液流电池一直是最流行的液流电池技术 钒氧化还原液流电池（VRFB）在过去三年中吸引了超过22亿美元的投资 •VRFB是迄今为止部署最多的氧化还原液流电池在过去三年中，全球吸引了超过22亿美元的投资。 •VRFB的关键竞争优势是其对称化学。没有放电中跨膜的化学或电化学梯度状态和两种液体电解质可以无限期持续。 •VRFB的商业化速度比许多其他长期公司要快得多-持续时间储能技术。VRFB项目的一半2020 - 2022年之间宣布/委托的是商业性的。 •中国主导了VRFB储能的开发和部署项目。 •2022年9月，世界上最大的液流电池（使用VRFB化学）储能站在中国大连并网。第一个项目的阶段容量为100兆瓦/ 400兆瓦时。第二阶段预计该项目的产能将扩大到200兆瓦/ 800兆瓦时。•强有力的政策支持是中国VRFB快速发展的关键推动因素。 2022年长期储能报告 VRFB公司正在创建垂直整合的商业模式 公司寻求跨价值链的垂直整合以发展竞争优势 ••VRFB公司正在改变商业模式，并在整个价值链中变得越来越一体化，以促进VRFB的部署。垂直一体化的VRFB公司在降低成本，赢得市场份额和增强竞争优势方面处于更加积极的地位。 VRFB的更大部署主要受到其高成本的阻碍 相对较高的前期资本成本和钒价格波动限制了VRFB的更广泛部署 •虽然VRFB技术是目前商业上最先进的流程电池，它还没有从学习曲线和经济中受益过去10年在锂离子电池技术中观察到的规模年。••VRFB的前期资金成本仍然相对较高，难以与锂离子电池竞争6小时或更短的持续时间。VRFB储能系统的平均资本支出约为中国锂离子电池储能系统。 •High 供需，是VRFB在长期使用中面临的另一大挑战。持续时间储能应用。••在过去的十年里，钒价格出现了显著的波动，尤其是近年来。2018年下半年五氧化二钒的价格是2016年上半年的六倍以上。 VRFB成本降低在很大程度上依赖于技术收益和规模经济 降低成本将在更广泛的VRFB部署中发挥关键作用 •对于VRFB，钒的价格和数量是总成本的关键电解质。进一步的研发是必要的，以提高电解质的效率减少钒的消耗。 •电池堆中的膜是初始投资的重要贡献者以及维护成本。一些膜占比超过系统总成本的20%。因此，进一步的研发努力是必要的使用低成本材料开发替代膜。•还需要进行研发工作，以提高效率和能源密度电池堆。 •••预计将探索新的商业模式，如租赁钒电解质减少VRFB储能系统的初始投资。推动价值链创新并加快部署帮助实现规模经济。政府将加大对大型示范项目的支持力度重要的是帮助行业规模化。 租赁电解液以降低资本支出的前期成本和财务风险 VRFB开发商和钒生产商合作开发电解质租赁业务模式 ••今天是钒氧化还原液流电池更大规模部署的主要障碍能源系统是相对较高的前期资本成本。在10kW / 120kWh的系统中，钒电解液是最大的组分钒氧化还原液流电池储能系统的成本。 ••一些公司开展了钒电解液租赁业务——a保留电解质所有权并出租的新产品电解质VRFB最终用户。越来越多的钒生产商和VRFB开发商成立合资企业，创建电解液租赁业务，使VRFB项目更实惠。 10 kW / 120 kWh钒的系统成本分解 氧化还原液流电池系统 •••电解质租赁将部分资本支出转移到运营费用。因此，前期投资成本将降低。这也将创建一个战略，以减少钒定价的影响随着这种商业模式越来越成熟，我们预计前期资本和租金成本将进一步下降。 VRFB将为钒提供强劲的需求上行空间 未来的新钒供应由澳大利亚宣布的专注于VRFB的项目主导 •到目前为止，钢铁仍然是钒的主要消费国，并将继续在未来十年。但它是能源储存系统的使用越来越多这为需求增长提供了主要的好处。 •钒越来越多地像其他电池一样被吸收到电池的球体中与能量转换相关的金属。因此，它被包括在许多各国的关键原材料研究，强调其经济重要性和供应链的战略方面。 •••许多正在开发的钒项目都瞄准了钒产品适用于VRFB电解质，其中许多位于澳大利亚。正如锂和镍等其他电池金属项目所发生的那样，钒可能会受益于投资者和消费者对涉及其生产的更可持续的做法。在未来，这可能有助于区分钒项目超越传统的位置在生产成本曲线上。 锌溴和铁氧化还原液流电池受到关注 只有少数公司正在研究锌溴和铁氧化还原液流电池 按创新状况和国家划分的ZBRFB和IRFB项目： 2020-2022飞行员 •鉴于钒价格高且波动较大，许多替代氧化还原流已经使用更丰富和具有成本竞争力的化学物质开发材料。 •锌溴氧化还原液流电池（ZBRFB）和铁（IRFB）氧化还原液流电池越来越受到关注。 •与VRFB相比，正在研究的公司数量要少得多ZBRFB和IRFB，包括ESS和Redflow。 •ZBRFB为水性系统提供高电池电压，表现出相对液流电池中的高能量密度。IRFB的典型优势是其成本低；铁比钒更丰富。 •••进一步开发ZBRFB的主要问题是锌的形成树突（见左图）Zn枝晶是在阳极上形成的金属微结构充电过程。Zn枝晶的分离导致效率和容量的降低。更糟糕的是，Zn枝晶最终可能会穿透隔膜，导致短路和电池故障。 金属-空气电池有望实现多日储能 自2021年以来，人们对金属空气电池的兴趣不断高涨。 ••使用地球丰富且低成本的材料，能量密度高，简单电池架构，良好的安全性能使金属-空气电池适用于多日储能系统。这将解决许多国家正在出现的多天天气挑战经历了这个夏天。 •自2021年以来，人们对金属空气的兴趣重新高涨。电池。锌空气和铁空气电池公司吸引了超过844美元过去两年的投资。••到目前为止，金属-空气电池的发展和商业化集中在北美。我们的研究表明，金属空气电池的商业化仍处于非常早期的阶段。 •从技术角度来看，金属空气电池还没有充分发挥作用由于与金属阳极、空气阴极和电解质。 •从实际角度来看，公用事业需要整合长期能源存储技术，如将金属-空气电池纳入资源规划。这将使能量在不同的日子和季节之间转移，从而有助于更可靠、更清洁、更具成本效益的电网。 金属-空气电池在电池中具有独特的体系结构 电池组件和操作挑战阻碍了金属-空气电池发挥全部潜力 •在电池中，金属空气电池具有独特的架构，其中金属作为阳极，大气中的氧气作为阴极。••金属-空气电池运行的基本原理是可逆的“生锈”。在充电过程中，电池从“空气阴极”和将金属转化为金属氧化物或金属氢氧化物。•在放电过程中，金属氧化物或金属氢氧化物转化回金属，产生气体。 •从技术角度来看，金属空气电池还没有充分发挥作用由于与金属阳极、空气阴极、电解质和操作。•••在阳极上，有害的副反应，包括枝晶形成和氢析出，必须得到良好的管理，以保持电池性能。在阴极上，电极的设计应确保材料的稳定性和有效的氧气流量。此外，“露天”电极导致更具侵略性电池与周围环境之间的相互作用，与其他电池的类型。这也需要更多的了解。 金属-空气电池的工作机理 3.热能储存(TES) 尽管进展迅速，但热能储存仍处于商业化的早期阶段 在过去三年中，热能存储项目吸引了约8亿美元的投资 宣布/委托的TES项目数量：2020 - 2022年 ••热能存储作为长期的选择具有很大的前景能量存储，因为热量可以