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储能行业深度研究报告:碳中和下的新兴赛道,万亿市场冉冉开启适百里者

储能行业深度研究报告:碳中和下的新兴赛道,万亿市场冉冉开启

(报告出品方/作者:光大证券,殷中枢、马瑞山、郝骞、黄帅斌)1、 碳中和背景下,储能扮演不可或缺的角色1.1、 储能的三阶段发展路径随着“30-60 碳达峰-碳中和”战略的提出,可再生能源将得到大力发展。2020 年 9 月,我国在第 75 届联合国大会提出“二氧化碳排放力争于 2030 年前达到 峰值,2060 年前实现碳中和”;在 2020 年 12 月的联合国气候雄心峰会和中央 经济工作会议上,“30-60”的目标被反复提及,标志着“碳达峰-碳中和”已成 为国家战略。由火电为代表的可再生能源将逐步被光伏风电为代表的的可再生能 源替代,可再生能源将成为能源主力。高比例可再生能源需要大量储能,储能迎来发展机遇。光伏风电等可再生能源由 于与用电负荷并不匹配,需要大量的储能承担削峰填谷的作用。另外,“30·60 双碳目标”的提出必将加快推动风电、太阳能发电等新能源的跨越式发展,高比 例可再生能源对电力系统灵活调节能力将提出更高要求,这就给储能发展带来了 新机遇。第一阶段(2020-2025 年) “十四五”风光发展信心足。国家层面的能源“十四五”规划尚未出台,但北京、 天津、上海等 20 多个省(区、市)已相继发布了“十四五”新能源发展规划, “风光”正无限。国能投、国电投、华能、大唐、华电、三峡、中广核等众多电 力央企近日纷纷表态,将把新能源作为“十四五”期间的开发重点。“十四五”期间电力约束问题不构成主要矛盾,储能是风光发展的标配。“十四 五”期间,随着光伏装机占比的逐渐提高,储能在限电率范围内调峰,起到削峰 填谷的作用。但风光储不具备深度调峰能力,“十四五”期间储能调峰的能力不 具备经济性。在此阶段,光伏风电的发电量占比还较低,电网稳定性和灵活性可 通过现有调峰机组得到保证。第二阶段(2025-2030 年) 新能源成为主力能源,电网稳定性亟需大量储能。我国在 2020 年 12 月联合国 “2020 气候雄心峰会”提出 2030 年可再生能源装机达到 12 亿千瓦。为了实现 2030 年碳达峰目标,可再生能源装机将超过火电装机,从补充能源变为主力能 源,基本实现新增电力来自新能源。要承载如此规模的新能源装机,电网乃至整 个电力系统不仅要有“量”的增加,还要有“质”的变革,对储能的需求急剧提升。成本方面,随着技术进步,风光储电力度电平均售价低于全国煤电平均售价, 存量替代化石能源阶段开启。根据 Solarzoom,风光电力要“100%增量替代”化石能源发电,要做到发电装 机保有量:储能装机保有量≈1W:1-2Wh 的比例。我们预计在这一阶段功率配 比 50%-100%,备电时长 2-4h。第三阶段(2030-2060 年)新能源存量替代化石能源,储能将在电网侧替代火电机组。2030 年往后,至 2060 年实现碳中和,当可再生能源发展为电力消费的绝对主体时,构建以可再生能源 为中心的灵活电力系统,主动提供系统服务,整个电力系统会更经济更平衡。储 能将在电网侧承担调峰调频等职责,传统火电机组将在辅助服务领域逐步退出。 根据 Solarzoom 测算,风光电力要“100%存量替代”化石能源发电,要做到 发电装机保有量:储能装机保有量≥1W:5Wh 的比例。我们预计在这一阶段功 率配比 100%+,备电时长 4h+。这既要求光伏系统、储能系统成本进一步降低, 也要求储能装机量大幅提高。政策:储能经济性缺口,鼓励储能多形式发展“十三五”以来,我国出台产业政策鼓励储能发展。2017 年 10 月,国家能源 局等 4 部门联合发布了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,国家层面 出台的政策推动了储能的发展,电化学储能装机规模在 2018 年实现大幅增长。储能设施不计入电价成本,经济性缺口难分摊。2019 年 5 月,国家发改委、能 源局印发的《输配电定价成本监审办法》明确提出电储能设施不计入输配电定价 成本,两大电网公司相继限制企业内部储能投资,导致 2019 年电化学储能增速 大幅回落。储能投入徒增成本项目收益率降低,叠加储能经济模式尚不清晰,电 站开发商、电网、运营商在储能方面的权责不明晰,主动配置储能意愿降低。储能配置比例博弈,解决消纳为当务之急。截止 2020 年底已有 18 个省市出台 了鼓励或要求新能源配储能的有关文件。湖南、湖北、内蒙、山东、山西、河北、 贵州明确规定了储能配比,配置储能的比例从 5%到 20%不等。辽宁、河南、西 藏三地虽并未要求具体储能配置比例,但文件明确在新能源项目审核过程中“优 先考虑”新能源配置储能项目。“十四五”规划明确提出发展储能产业。“十四五”规划中指出要发展新能源等 战略性新兴产业;推进能源革命,完善能源产供储销体系;建设智慧能源系统, 优化电力生产和输送通道布局,提升新能源消纳和存储能力。国务院办公厅 11 月 2 日发布的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035 年)》中提到要促进新 能源汽车与可再生能源高效协同,鼓励“光储充放”(分布式光伏发电—储能系 统—充放电)多功能综合一体站建设。储能作为灵活调节资源,参与电力辅助市场服务。青海、宁夏、山东、江苏、湖 南等地出台了电力辅助服务市场交易规则,允许符合要求的储能项目参与辅助服 务市场。1.2、 储能技术百花齐放,电化学储能正当时储能按照能量存储形式可分为电储能、热储能、氢储能。电储能主要包含抽水储 能、压缩空气储能、飞轮储能等机械储能技术;以及铅酸电池、液流电池、钠硫 电池、锂离子电池等电化学储能技术。由于场景的多样性、各储能技术与降本的情况,未来会是百花齐放的局面。各储能技术根据其输出功率、能量密度、储能容量、充放电时间等特点,将在不同的 应用场景发挥最优储能效果。1.2.1、抽水蓄能最成熟、成本最低储能行业仍处于多种储能技术路线并存的阶段,抽水蓄能仍然是当前最成熟、装机最多的主流储能技术。抽水储能是物理储能的一种,是在电力负荷低谷期将水 从下池水库抽到上池水库时将电能转化成重力势能储存起来,在负荷高峰时利用 反向水流发电的形式,综合效率在 70%到 85%之间,且仅有 0.21-0.25 元/kWh 的度电成本,在各种储能技术中度电成本最低。虽然其不具有化学电池易老化和容量限制的问题,但是它对于地理因素的要求较 高,一般来说只能建造在山与丘陵存在的地方,同时抽水蓄能站的建造成本也较 高。其他新型的储能技术只有在性能和成本上都能够和抽水蓄能相当甚至胜过抽 水蓄能,才有可能成为主流技术。1.2.2、液流电池处于早期商业化阶段,增容便利,可用于大型储能液流电池,直接将能量存储在电解液中,但仍处于早期部署阶段;钠硫电池,能 量密度比锂离子电池高,但其热的液态金属电解液不方便;超级电容器,不能在 足够长的时间内提供电力;压缩空气和飞轮由于位置的限制,只能用于中小型装 置。液流电池的活性物质是具有流动性的液体电解质溶液,在充、放电过程中,电解 液中的活性物质离子在惰性电极表面发生价态的变化,产生电流。容量大小取决 于电解液,可通过增加电解液的量或提高电解质的浓度,达到增加电池容量的目 的,适用于公用事业规模的大型储能。缺点是能量密度相对较低,使用场景受限; 技术生产技术还没稳定,渗漏液技术并没有攻克。1.2.3、氢储能能量密度高,在大规模储能极具潜力对可再生和可持续能源系统而言,氢气是一种极好的能量存储介质。氢能是一种 理想的二次能源,燃烧产物为水,是最环保的能源形式,它既能以气、液相的形 式存储在高压罐中,也能以固相的形式储存在储氢材料中,如金属氢化物、配位 氢化物、多孔材料等。氢储能能量密度高、运行维护成本低、可长时间存储且可 实现过程无污染,是少有的能够储存百 GWh 以上,且可同时适用于极短或极长 时间供电的能量储备技术方式,被认为是极具潜力的新型大规模储能技术。氢气作为能源载体的优势在于:(1)氢和电能之间通过电解水与燃料电池技术可实现高效率的相互转换;压缩 的氢气有很高的能量密度;(2)氢气具有成比例放大到电网规模应用的潜力。可将具有强烈波动特性的风 能、太阳能转换为氢能,更利于储存与运输,所存储的氢气可用于燃料电池发电, 或单独用作燃料气体,也可作为化工原料。1.2.4、电化学储能降本块,产业化应用前景大,需考虑资源约束电化学储能使用方便、环境污染少、不受地域限制,能够及时响应电力的应急需 求。物理储能能够构建大型的储能系统,但是存在面对电力应急需求的响应时间 较长,前期投资较大等问题。电化学储能是利用化学元素做储能介质,充放电过 程伴随储能介质的化学反应或者变化,目前以利用锂离子电池进行电化学储能为 主。电化学储能是发展最快、降本空间大,产业化应用前景大。相比于抽水蓄能等机 械储能,电化学储能受地形影响小,可灵活配置于电力系统。以锂离子电池、钠 硫电池、液流电池为主导的电化学储能技术在安全性、能量转换效率和经济性等 方面都取得了重大突破,具有产业化应用前景。电化学储能的发展上限需考虑资源约束。电化学储能同样需要用到电池,在新能 源汽车动力电池需求日益增加的情况下,储能带来的额外电池需求使得上游锂、 钴、镍等资源紧缺程度进一步加剧。上游资源供需紧张所引起的电池涨价,也会 导致电化学储能降本不及预期。1.3、 商业模式决定储能发展经济性1.3.1、基本分类与应用场景 电力系统储能电力系统储能的应用领域主要包含发电侧、电网侧和用户侧。 发电侧储能的主要目的是增强电力系统调峰备用容量,解决风能、太阳能等可再 生能源发电不连续、不可控的问题,保障其可控并网和按需输配,促进新能源风 电、光伏、光热等新能源消纳。电网侧储能主要功能是服务于电网安全,解决电网的调峰调频、削峰填谷、智能 化供电、分布式供能问题,提高多能耦合效率,实现节能减排。用电侧储能主要是为用户提供峰谷调节、提升供电能力和可靠性等多种需求,支 撑汽车等用能终端的电气化,进一步实现其低碳化、智能化等目标。从现有的商业模式看,储能的价值创造路径包括参与调峰、调频获得辅助服务补 偿;减少弃风弃光电量增加电费收入;以及削峰填谷获得峰谷价差。发电侧主要是减少弃风弃光电量获利。由于目前电化学储能成本相较抽水蓄能仍 然较高,该商业模式适用于弃风、弃光率较高地区。电网侧储能的商业模式可从输配电成本监管和竞争性业务两大类展开。其中输配 电成本监管包括有效资产回收和租赁;竞争性业务包含调压调频,为了保证电网 安全、稳定运行,电厂必须提供调频服务,当前政策大力支持新能源发电,由于 新能源发电的不稳定性,调频调压将逐渐成为电网侧重要业务。在人口稠密的地 区用储能替代调峰电站可以降低能源成本,创造就业机会,建立一个更有弹性的 电力系统,减少空气污染,带来可观的社会效益。用户侧储能商业路径较成熟,包括峰谷电价套利、保障停电时的电力供应。峰谷 电价套利指用户可以在负荷低谷时,以较便宜的谷电价对自有储能电池进行充 电,在负荷高峰时,将部分或全部负荷转由自有储能电池供电,利润取决于峰谷 价差。另外,由于海外大规模停电事件频发,家用储能还可在电力系统故障时保 证电力供应。其他储能(通信基站、数据中心和 UPS 备电)除应用于电力系统外,储能在通信基站、数据中心和 UPS 等领域可作为备用电 源,不仅可以在电力中断期间为通信基站等关键设备应急供电,还可利用峰谷电 价差进行套利,以降低设备用电成本。 根据 GGII 数据,2019 年中国储能锂电池(含电力系统、通信基站、轨道交通等 应用场景)出货量 10.6GWh,同比增长 49.3%。其中,电力系统储能锂电池出 货量 3.8GWh;通信储能锂电池出货量 6.0GWh;轨道交通储能锂电池出货量 0.25GWh;数据中心及其他储能锂电池出货量共 0.55GWh。随着 5G 基站建设高峰期的到来,基站储能需求有望高增长,率先带动国内储能 市场进入成长期。另一方面,由于磷酸铁锂成本低、安全性高,磷酸铁锂电池基 本占据国内通信基站电储能市场,也有望带动铅酸锂电化替代需求。1.3.2、发电侧平价将至,多种方式弥补经济性(1)储能可促进风光消纳,提升发电收益可再生能源配置储能可解决消纳问题,提高发电收益。据全国新能源消纳监测预 警中心数据,2020 年全国弃风电量 166.1 亿千瓦时(风电发电量 4760 亿千瓦 时),风电利用率96.5%,弃风率 3.5%;弃光电量 52.6 亿千瓦时(光伏发电 量 2630 亿千瓦时),光伏发电利用率 98.0%,弃光率 2%。若配置 10%储能, 可增加消纳风电 16.6 亿千瓦时、光伏 5.26 亿千瓦时,可分别提高弃风率、弃光 率 0.36pcts、0.2pcts。(2)青海补贴、新疆奖励,补贴弥补储能经济性青海出台首个新能源配储能补贴政策,10%+2h 储能补贴 0.1 元/度。2020 年 1 月 18 日,青海省发改委、科技厅、工信厅、能源局联合下发《关于印发支持储 能产业发展若干措施(试行)的通知》,明确将实行“新能源+储能”一体化开 发模式,新建新能源配置储能容量原则上不低于 10%,时长 2 小时以上。新建、 新投运水电站也需同步配置新能源和储能系统,使新增水电与新能源、储能容量 配比达到 1∶2∶0.2。同时对"新能源+储能”、"水电+新能源+储能”项目中 自发自储设施所发售的省内电网电量,给予每千瓦时 0.10 元运营补贴。新疆通过增加发电小时数,缓解储能经济性难题。2019 年 2 月 19 日,新疆自 治区发改委印发《关于在全疆开展发电侧储能电站建设试点的通知》,鼓励光伏 电站合理配置储能系统,储能电站原则上按照光伏电站装机容量 20%配置;配 置储能电站的光伏项目,原则上增加 100 小时计划电量。(3) 通过绿证、CCER 内部化碳成本,储能经济性提升(4) 可再生能源项目可通过配置储能,增加出售 CCER 的收益。光伏和风电属于可再 生能源发电项目,通过替代基准线情景下以火电为主的该区域电网的同等电量, 实现了温室气体减排。随着 CCER 审批迎来重启,可再生能源有望获得额外竞争 优势和附加收入,可再生能源企业可通过出售 CCER 获得收益。 碳成本、绿证成本的内部化有望增加储能经济性。若电力资源交易市场、碳交易 市场得到大力发展,碳交易、绿证成本计入储能项目成本,有望增加经济性,实 现平价。1.3.3、电网侧:调频经济性最高,峰谷价差约束调峰经济性(1)调频:华中地区调频服务储能项目经济性测算电池储能响应速度快,提升火电调频能力。我国调频电源主要为火电机组,火电 机组调频响应慢,而水电调频地理条件受限。电池储能系统可以在 1s 内完成 AGC 调度指令;同时,少量的储能系统可有效提升以火电为主的电力系统整体调频能 力,可作为辅助传统机组调频的有效手段。储能参与电力服务兴起,调频经济性高。由于政府对于储能调频领域的重视和支 持,储能联合发电机组参与电力辅助服务已经开始兴起。储能辅助电网调频的经 济性远好于削峰填谷。随着可再生能源占比逐步提高,电力市场化进一步深化, 调频需求将进一步释放。我们以华中 AGC 调频为例,AGC 辅助服务补偿采取按贡献电量补偿,补偿费用 =调节里程*K*补偿标准,补偿标准为 6 元/MW,测算火储联合调频项目的收益: 假设为华中区域某 60 万千瓦的火电机组配置 18MW/9MWh 储能系统(配置率 3%),依据其典型日的 AGC 指令数据以及机组负荷数据,模拟计算,得出以下 结论: 机组的综合性能指标 K 值保守取 5; 在调度调用较频繁的情况下,模拟显示可捕获 5000MW 左右的有效里程。参照 其他项目经验,保守估计平均日调节里程(即调节幅度)为 2500MW 左右;按照 6 元/MW 的补偿标准,则该火储联合调频系统日收益为 7.5 万元(2500MW ×5×6 元/MW)。 若全年按运行 250 天估算,则该火储联合调频项目年收益为 1875 万元。 参照华中地区首个火储联合调频项目的设备采购中标价 3648.63 万元(新昌电 厂电源侧调频调峰储能一期项目(上海融合元储 3648 万中标新昌电厂调频项 目),假设该项目的其他假设建设成本(电气改造、基建、电网接入等)占总成 本的 10%,则该项目总成本为 4054 万元。 则按照年收入 1875 万元计算,在不考虑其他成本(财务成本、运行维护成本等) 的情况下该项目静态回收期为 2.16 年。(2)调峰:江苏省储能调峰项目经济性测算多年来江苏省用电量一直保持在全国第二的水平,预计 2020 年全省用电总量约 6327 亿千瓦时,其中工业用电量约 4684 亿千瓦时,由此将带来高达 93.68GWh 的用户侧储能需求。 2020 年 11 月 3 日,江苏省发改委发布了《关于江苏电网 2020-2022 年输配电 价和销售电价有关事项的通知》。根据通知的内容,江苏省峰谷价差最大为 0.8154 元/kWh,最低为 0.7158 元/kWh。为了测算用户侧削峰填谷的收益,我们进行以下假设:1. 用户为 220KV 及以上的大工业用户(峰谷价差最小)。2. 配置 10MW/40MWh 的锂离子电池储能系统,系统单价按 1600 元/kWh 记, 总造价 6400 万元。3. 系统充放电效率按 90%计。4. 简单测算不考虑财务成本及税收,用户自己投资建设,不考虑第三方投资和用 户进行电费分成的模式。5. 全年运行 330 天,其中夏季 7、8 月 62 天,非夏季 268 天。6. 一天两充两放。两充两放策略具体如下:非夏季,每天低谷 0-4 点,平段 12-16 点各充电 4 小时,总计充电 8 小时。每 天高峰 8-12 点,17-21 点各放电 4 小时,总计放电 8 小时。结论:削峰填谷商业模式只有在峰谷价差达到 0.7 元/千瓦时以上才有可能盈利, 但目前除北京、上海、江苏、广东、浙江、海南外,其他省份峰谷价差都达不到 该水平。1.3.4、用户侧:高电价+光伏渗透,海外家储市场景气度高高昂的电价成为户用储能在海外快速发展的主要因素。在欧洲、日本、澳大利亚、 美国等电力价格高昂的国家和地区,家用光伏+储能应用的主要经济驱动因素之 一是提高电力自发自用水平,以延缓和降低电价上涨带来的风险。同时,随着电 价上涨和光伏系统成本迅速下降,上述地区强劲、稳定的光伏新增装机量也为储 能应用提供了坚实的市场。德国、美国、日本成为家用储能主要市场,2020Q3 出货量占比近 70%。光伏自发自用经济性提高,进一步推动家用储能市场增长。长期以来,为促进光 伏行业发展,全球主要国家均制定了相应的光伏补贴政策。近年来受光伏发电成 本持续下降等因素影响,各国的光伏上网电价(FIT)和净计量电价制度正逐步 削减和取消。光伏补贴政策的调整促使用户改变以往将电力上网的获益方式,而 更倾向于将多余电力储存自用,从而节省电费支出。1.3.5、智能电网及电动汽车发展推动 V2GV2G (Vehicle to grid)通过充电站实现电动汽车和电网之间的的能源互动。V2G 指电动汽车作为一种分布式负荷的同时也充当电源,可以向电网释放其储存在动 力电池内的电能,来达到优化电网运行的目的。充电站实现 V2G,建设尚处早期。电动汽车和电网之间的的互动是通过充电站 来完成的,那就需要充电站能够满足 G2V 和 V2G 的要求,即充电站控制器 CSC 和 V2G 控制器的双向控制系统。充电桩作为电动汽车发展的一个难点,充电站 也还在慢慢地普及,所以带有 V2G 模式的充电站规划还是处在较前期的阶段。2、 储能空间测算:又一万亿市场冉冉开启2.1、 总体空间我们从国内外风光发电侧储能、电网侧调峰调频储能、分布式储能(工商业、家 用)、其他储能(通讯基站、IDC 等备电)等方面分别测算了 2020-2060 年储 能市场空间:2025 年储能年需求空间 400 GWh;2020-2025 年累计 1 TWh,新增储能年复 合增速约 34%。2030 年碳达峰,储能年需求空间 1.25 TWh;2020-2030 年累计 3.9 TWh,新 增储能年复合增速约 30%。2060 年碳中和,储能年需求空间 10 TWh;2020-2060 年累计 94 TWh,新增 储能年复合增速约 7%。2020 年储能成本约 1.2 元/Wh,根据储能成本学习曲线,降本约 60%,至 2060 年年均成本降幅为 1.75%,测算得出 2025 年储能投资市场空间 0.45 万亿元 (2020 年起累计 1.6 万亿元,下同),2030 年 1.3 万亿元(累计 6 万亿元), 2060 年 5 万亿元(累计 122 万亿元)。2.2、 国内新能源发电侧我们根据 2030 碳中和、2060 碳达峰的规划目标,测算出国内风、光新增装机 量。再假设容配比由 2020 年的 10%逐步提升至 2030 年的 20%,备电时长至 2025 年为 2h,逐步提升至 2030 年的 4h(足以满足削峰填谷),测算出风光发 电侧的储能需求。2030-2060 年的预测方法同上,功率配比假设逐渐提升至 2060 年的 100%,备 电时长假设保持 4h。假设 2020 年储能成本 1.2 元/Wh,根据储能成本学习曲线, 降本约 60%,年降1.75%。测算得出,国内风光发电侧储能空间至 2030 年累计约 1.3TWh,至 2060 年累 计约 3.6TWh,投资规模累计约 25 万亿元。2.3、 海外风光发电侧海外风光发电侧储能空间测算与国内同理,容配比与备电时长假设与国内相同。 测算得出,海外风光侧储能需求空间 2025 年 48GWh,2030 年 175GWh,2060 年 1.5TWh;2020-2060 年累计 24 TWh。2.4、 电网侧调峰调频空间测算(1)电网侧调峰调峰需求与发电量有关,假设 2060 年所有调峰机组为储能,调峰储能容量占比 逐步由 2020 年的 0.3%提升至 2060 年的 70%,测算得出 25、30、60 年储能 调峰需求空间分别为 30GWh、121 GWh、2TWh。2020-2060 累计储能空间 36TWh。(2)电网侧调频根据全球发电装机,假设 2020 年-2060 调频需求占比逐步由 2.3%提升至 15%, 假设储能在调频机组占比由 12%逐步提升至 90%,2020 年-2060 年备电时长 0.5h 逐步提升至 1h。测算得出 25、30、60 年储能调频需求空间分别为 22GWh、 64 GWh、1.7 TWh。2020-2060 累计储能空间 19 TWh。2.5、 分布式储能空间测算假设分布式光伏中工商业、家用光伏占比为 8:2,假设新增工商业光伏中储能渗 透率由 2020 年 5%逐步提升至 2060 年 70%,存量工商业光伏中储能渗透率由 2020 年 0.5%逐步提升至 2060 年 20%,非光伏配套工商业储能占分布式光伏比 例 10%,备电时长假设为 4h。测算得出 25、30、60 年工商业分布式储能空间分别为 77GWh、178GWh、1.1 TWh。2020-2060 累计储能空间 22 TWh。假设新增光伏配套的家用储能渗透率由 2020 年 10%逐步提升至 2060 年 100%, 存量光伏配套家用储能渗透率由 2020 年 2%逐步提升至 2060 年 100%,备电时 长假设为 4h。测算得出 25、30、60 年家用储能空间分别为 125GWh、370GWh、1.4 TWh。 2020-2060 累计储能空间 30 TWh。2.6、 通讯、IDC 等其他储能根据 5G 基站建设进度,假设单站功耗 3.5kW,备电时长 4h,测算得出基站储 能需求。假设包括通讯基站、IDC 备电在内的其他储能需求 2020-30 年年均增速 20%, 此后至 2060 年增速逐渐降至 0%,测算得出 25、30、60 年其他储能空间分别 为 28GWh、69GWh、0.3 TWh。2020-2060 累计储能空间 6 TWh。3、 储能系统产业链:电池和 PCS 是核心,系统集成附加值有望提升储能系统主要由电芯、电器元件、热管理系统、储能变流器(PCS)、能源管理 系统(EMS)、电池管理系统(BMS)共同组成。电芯和电器元件通过排列,连 接组装成电池模组,再和其他元器件一起固定组装到柜体内构成电池柜体。储能系统产业链上游包括电池原材料及生产设备供应商等。中游即储能电站的电 池、BMS、PCS、EMS 生产。下游为储能系统集成商、安装商及终端用户等, 通过设计优化应用方案增效。从产业链来看,储能系统位于整条产业链中游。储能行业仍处于发展初期,市场参与者的角色仍然是不稳定的,行业还没有统一 标准的角色。一些公司涵盖了从电池生产到系统集成的整个价值链,而另一些公 司则专注于价值链中的单个阶段。我们认为:(1)电池和 PCS 是储能系统产业链中壁垒较高、价值量占比较大的核心环节。(2)系统集成和 EMS 环节虽然目前在国内价值量、技术含量不高,但未来有望 通过数字化、智能化集成和控制,实现储能越来越高和越来越复杂的应用场景; EMS 是实现系统集成高级功能的基础,系统集成商有望掌握行业话语权。3.1、 储能变流器(PCS):深刻理解电网环境,具备渠道 优势储能变流器(Power Conversion System,PCS)是电化学储能系统中,连接于电 池系统与电网之间的实现电能双向转换的装置。既可把蓄电池的直流电逆变成交 流电,输送给电网或者给交流负荷使用;也可把电网的交流电整流为直流电,给 蓄电池充电。PCS 上游主要由电子元器件、结构件、电气元器件和电线类和其他元器件构成, 其中电子元器件包括电阻、电容、集成电路、PCB 等;结构件包括机柜、机 箱、 金属和非金属结构件,其中非金属结构件包括多晶硅、硅片和晶硅电池片等;电 气元器件包括断路器及相关辅件、变压器、电感和散热器等;电线类原材料包括 电线和电缆。储能逆变器市场需求持续快速增长。根据 IHS Markit 发布的全球市场研究报告, 到 2022 年,储能逆变器规模将增至 17GW。2018 年-2022 年全球储能逆变器累 计市场规模预计为 63GW,呈持续增长态势。PCS 核心是逆变功率模块和二次控制电路,要求较高的电力电子技术。技术含 量高的部分集中在 IGBT 模块、各种芯片、电子集成印刷电路板以及软件控制算 法上。PCS 功能复杂,需对电网情况和用电负荷熟悉,适配多型号的电池。与光伏逆 变器和风能变流器相比,PCS 除了具有并网的基本功能外,还需具备:蓄电池 充放电控制;配合电网实现削峰填谷、调峰调频功能;动态无功支持;电能质量 调节;电网故障时既要实现穿越,还要维持电网稳定;孤网运行功能;作为支撑 源,建立微电网。PCS 对 IGBT 芯片配置要求相比光伏逆变器更高。光伏逆变器对芯片面积的最小 需求为纯逆变,而储能逆变器需要整流逆变,对续流二极管的载流能力要求更高, 即需要更大的二极管芯片。PCS 提供商由单一的设备提供商向解决方案提供商转变。2016 年,阳光电源和 三星 SDI 合作,成立了三星阳光和阳光三星两个公司,业务范围涉及储能逆变 器、锂电池以及能量管理系统等产品的生产和销售。2017 年,阳光电源推出了 “逆变器+储能技术融合”的解决方案,不仅可降低系统成本,还可以通过功能 整合进一步提高系统综合发电效率。储能电池的投产意味着阳光电源在向用户提 供整套储能系统集成方案时,其核心部件 PCS 和电池都由阳光及其合资公司提 供,既可以确保稳定的供货渠道,也为整个系统在集成过程中的配置和选型提供 便利。3.2、 电池:成本占比 50%,海外电池厂商品牌力突出电池的成本占比最大,约占储能系统整体成本的 50%以上。电芯排列组装成电 池模组,和其他电池元器件一起构成电池柜体,再组合成电池仓。电池容量越大,分摊至单位容量的其他成本越低。若单位容量的电池成本不变, 均为 209 美元/kWh,则供电能力为 0.5 小时的系统单位成本达到 895 美元/kWh, 而供电能力为 4 小时的系统单位成本可降至 380 美元/kWh,规模效应明显。储能电池和新能源汽车动力电池的应用场景不同造成了两者的性能等方面不同。从容量体积来看,储能电池主要用于能量储存,容量要求大,寿命要求长;动力 电池主要是提供动力用,要求能够输出高功率,能量密度大,但体积较小,重量 较轻。从使用寿命来看,储能电池对于使用寿命有更高的要求,一般使用寿命需大于 10 年,需要 6000-10000 次循环;而动力电池运用于新能源汽车中,新能源汽 车的寿命一般在 5-8 年,其动力电池的循环次数通常在 1000-2000 次之间。从充放电效率来看,动力电池主要应用于电动汽车,受到汽车的体积和重量以及 启动加速的限制,比普通的储能电池有更高的性能要求:充电速度更快,放电电 流更大;普通储能电池的要求则没有这么高,根据标准,动力电池的容量低于 80%就无法用于新能源汽车中了,但稍加改造后,还可以用在储能系统中。从热管理方式来看,动力电池集成度高,多用变相材料冷却,其热管理方面的安 全性与储能电池相比较低。从电芯类型来看,储能电池和动力电池都可以采用磷酸铁锂电池和三元锂电池, 国内商用都以磷酸铁锂电池为主,据派能科技招股书,2019 年我国电力系统储 能锂电池出货量中磷酸铁锂电池占比达 95.5%,因为磷酸铁锂电池具有循环寿 命长、充放电快速、安全性能好、温度适应性强等性能优势,在储能领域具有显 著的竞争优势;三元锂电池安全性还不能保证,如韩国从 2017 年开始的 21 起 储能起火事件中 16 次是由于三元电池的原因起火。电池系统充放电效率跟电池的内阻和电池间连接工艺有关。阻值小,损耗也就小, 能量转换效率高。几家电池厂商中 Sony 和 Tesla 的锂电池是 18650 圆柱电芯, 容量小内阻值大,另外电芯间串并联连接片多、焊点多,损耗大,所以能效偏低。 海外储能电池以三元为主,而国内以铁锂为主,国内电池厂商成本优势明显。LG 和派能是软包电池,容量分别是 63Ah 和 26.5Ah。BYD、Samsung、Alpha 的 电芯是方形铝壳电池,容量分别为 26Ah、94Ah、50Ah。3.3、 BMS、EMS:走向数字化、智能化平台储能电池主要由电池模组和 BMS 组成。目前主要有低压 48V 和高压 200V~400V 的电池系统。BMS 的功能主要是监控电池的电压、温度、SOC/SOH 计算、均衡 容差。储能电池的核心技术主要还是电芯和 BMS。锂电池有多种不同技术的产品,做 系统集成需深入了解各家电池产品技术特性。如需把电池和 BMS 集成在一起, 这需要对电池和 BMS 产品性能都了解才能更好匹配。 能源管理系统(EMS)顺应能源互联网的发展趋势。智慧能源管理系统设备层主 要包括能量采集变换(逆变器、储能变换器)、信息采集(EzLogger Pro); 通讯层主要包括链路、协议、传输;信息层主要包括缓存中间件、数据库、服务 器;应用层主要包括:APP、Web、数据分析。具体构成如下:3.4、 EPC:建设质量要求高,协调多方单位储能 EPC 比一般项目要求高:1)储能项目对建设质量要求非常高。工程质量问 题会对电力系统造成严重影响。2)储能项目参建单位比较多。3)业主方缺乏 电力工程建设与项目建设管理经验。4)储能电站的价格政策不到位、投资回报 机制不健全。 EPC 承包商 EPC 模式相较于传统承包模式,风险归集到了 EPC 承包商身上,责 任主体明确,提高了储能电站建设项目的管理效率,这对 EPC 承包商的资质和 经验要求较高。永福股份 永福股份是一家电力能源综合服务商,致力于为国内外客户提供电力工程规划咨 询与勘察设计服务,并提供 EPC 总承包项目全过程管理服务,业务涵盖核电、 大型燃气发电、特高压输变电工程及其它常规电力工程和新能源发电工程。市场 遍及国内数十个省份以及东南亚、非洲、中东等国家,现已形成省内、省外、海 外共进发展的局面。宁德时代入股,发力新能源+储能 EPC。2021 年 2 月,宁德时代增资永福股份 子公司,改名时代永福新能源科技有限公司,宁德持股 60%,实现在新能源领 域(特别是光伏+储能领域)的深度合作和布局。3.5、 系统集成:得系统集成者得市场储能系统集成包括核心储能技术软件,以及基于控制将其集成,以完整的智能系 统交付客户,同时确保系统的整体盈利能力。 随着储能行业的成熟,系统集成商不仅仅是雇佣 EPC 进行本地安装,先进的系 统设计和运行/优化能力将越来越重要。目的是最大化项目投资回报,在生命周 期内使得储能项目满足安全和性能要求。 当前国内外市场中储能系统尚未完全标准化,公司能够结合储能应用场景的电气 环境和用户需求,将自身电池系统与市场中的储能变流器及其他设备进行选型匹 配,为发电侧、电网侧、工商业等各类场景打造“一站式”储能解决方案,使储 能系统的整体性能达到最优。盛弘股份:PCS 技术市场领先,向系统方案提供商转型储能变流器核心是逆变功率模块和二次控制电路,要求较高的电力电子技术积 累。公司一直专注于电力电子技术,2010 年,公司在电能质量产品的硬件技术 平台基础上,通过软件逻辑和算法控制,研制出光伏逆变器,随后,由于电池储 能的兴起,公司进一步开发了储能变流器。公司 PCS 技术领先,向系统方案服务商转型。随着国内外多个项目的建设与交 付,公司在储能产品领域已拥有针对不同使用场景较为完善的储能解决方案及成 熟的系统集成能力,积累了丰富的相关经验,进一步提升了为用户提供系统解决 方案及增值服务的综合能力。随着商用储能、微网系统等储能系统新应用模式的 推广,将积极推动公司从传统的产品销售向提供系统解决方案、再到提供运营服务的转型。详见原报告。(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)精选报告来源:【未来智库官网】。

鲁胜

储能行业深度研究报告:能源革命,储能的星辰大海

(报告出品方/作者:中信建投证券,杨藻、张亦弛)一、从需求出发,储能的作用和过往1、能量存储,用途几何?物质、信息和能量是人类文明的三大载体,记录着人类文明进步的历史进程。除了创造、应用的需求外, 笼统来说,这三者也都有存储待用的需求。能量存储的需求分类方式较为繁杂。按照对电力系统的作用(事实上也可以包括对热网等的作用,相对重 要性一般),或者按照规模、存储时间、响应时间等使用指标的分类方法相对较为通行。从对电力系统的作用来说,储能设备可以安装于电源侧、电网侧或用户侧,发挥削峰填谷,供应容量,调 频,充当备用电源,稳压,黑启动等等功效,可以改善电能质量,提升电网稳定性,甚至在某些特殊条件下供 电。从使用指标看去,储能技术的评价体系(也是储能应用的使用性能指标集合)包括了能量、功率、效率、 寿命、规模、存储时间、自放率、成本、技术成熟度、环境影响等等。在不同的场合,需求的权重也有所不同。储能技术已经可以在能源系统中发挥一定作用,但是尚不足以满足所有的实际需求。2、过往应用,抽水蓄能为主,电化学崭露头角截止目前抽水蓄能和以锂离子电池为代表的电化学储能是储能技术应用相对广泛的技术类型(但是细分技 术路线仍然存在变数,本报告暂不作具体讨论)。根据中关村储能联盟(CNESA)统计,截至 2019 年底,全球已投运储能项目累计装机规模 184.6 GW,同 比增长 1.9%;其中抽水蓄能累计装机占比最大,为 92.6%,同比增长 0.2%。其次为电化学储能,累计装机规模 9520.5MW,占比 5.2%;在各类电化学储能中,锂离子电池的累计装机规模最大,占电化学储能装机规模的 88%, 装机规模达 8453.9MW。同样根据中关村储能联盟统计,截至 2019 年底,中国已投运储能项目累计装机规模 32.4GW,占全球市场 总规模的 17.6%,同比增长 3.6%。其中,抽水蓄能的累计装机规模最大,为 30.3GW,同比增长 1.0%;电化学 储能的累计装机规模位列第二,为 1709.6MW,同比增长 59.4%;在各类电化学储能技术中,锂离子电池的累计 装机规模最大,为 1378.3MW。2020 年新增投运容量 2.7GW;其中,抽水蓄能新增装机 1.2GW,电化学储能新 增投运容量首次突破 GW 大关,达到 1083.3MW/2706.1MWh(2020 年数据尚未最终确认)。二、信息革命,5G 基站的短中期储能需求1、5G 技术,走入身边的万物互联移动通信技术起源于 20 世纪 80 年代的美国,几乎每十年升级一次。从 1G 到 5G,人们从通话一步步走入 后移动互联网时代,走入万物互联的信息世界。正如 4G 以其相对的高性能使得移动互联网时代形成,5G 技术进一步提升了速率、频谱效率、空间容量、 移动性能、网络能效等技术指标,有望满足移动互联网的高速上网等体验需求,产业互联网的高可靠、低时延、 大连接等需求,最终为超高分辨率视频、云游戏、云 VR/AR,智能驾驶、智能制造、能源互联网等等提供技术 支持。基站(公用移动通信基站)是移动设备接入互联网的接口设备是指在一定的无线电覆盖区中,通过移动通 信交换中心,与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。不同代际通信技术的基站有明显区别。和 4G 基站相比,5G 基站的频段较高,可能的链路损耗也高,信号覆盖范围小;5G 基站的计算功耗更高, 使得其电耗也更高。这一方面增加了潜在的基站数量需求,一方面也增加了单个基站的电耗。 根据工信部《2020 年通信业统计公报》:我国 4G 基站总数达到 575 万个,城镇地区实现深度覆盖。5G 网 络建设稳步推进,按照适度超前原则,新建 5G 基站超 60 万个,基站总规模在全球遥遥领先。全部已开通 5G 基站超过 71.8 万个,其中中国电信和中国联通共建共享 5G 基站超 33 万个,5G 网络已覆盖全国地级以上城市 及重点县市。5G 基站建设如火如荼。2、5G 基站备用电源,短中期的锂电储能爆发为了保证极端条件下的基站用电,避免主供电系统无法工作时基站断电失效,通信基站需搭配备用电源。 5G 基站备用电源需满足一定功率(典型值接近 3.7kW)和时长(典型值 4 小时)的用电需求(则典型值 14.8kWh), 而且有体积、散热等方面要求。5G 时代,基站备用电源的最优选择是磷酸铁锂电池。根据鑫椤资讯统计,2020 年磷酸铁锂电池统计产量 14.2 万吨;有 49%的磷酸铁锂正极用于动力电池,还有 28%的磷酸铁锂正极用于储能电池,即 2020 年有 3.97 万吨磷酸铁锂用于储能电池制造。1GWh 铁锂电池约需消 耗 2500 吨铁锂正极,所以 2020 年用于储能的铁锂电池规模约 16GWh。另根据中国证券网,2020 年我国铁锂动 力电池销售 30.8GWh,数据相互印证程度较好。综合上述信息,2020 年我国新建、改造的 5G 基站备用电源约需 10GWh 磷酸铁锂电池,事实上超过了所有 其他储能用途的总和(如根据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会统计,2020 年我国电化学储能增量为 785.1MW;前述中关村储能联盟统计,电化学储能新增投运容量首次突破 GW 大关,达到 1083.3MW/2706.1MWh)。 至 2025 年底,如中国的 5G 基站建设规模达到 500 万个(尚不及 2020 年底的 4G 基站),则对磷酸铁锂电池的 需求将达 74GWh;如部分 4G 基站的铅酸电池逐步替换为铁锂电池,则还可能带来 20GWh 级别的电池用量增 量,使得铁锂储能电池备用电源的累计规模接近 100GWh。三、能源革命,储能的星辰大海1、能源革命,“人类命运共同体”最佳诠释《巴黎协定》是 2015 年 12 月 12 日在巴黎气候变化大会上通过、2016 年 4 月 22 日在纽约签署的气候变化 协定,该协定为 2020 年后全球应对气候变化行动作出安排。《巴黎协定》长期目标是将全球平均气温较前工业 化时期上升幅度控制在 2 摄氏度以内,并努力将温度上升幅度限制在 1.5 摄氏度以内。同年 9 月 3 日,全国人大常委会批准中国加入《巴黎协定》,成为完成了批准协定的缔约方之一。全球主要经济体中,美国曾短暂退出《巴黎协定》,并在 领导人更迭后重新加入。 从碳中和时间上比较,欧美 2050 年碳中和,中国约 2060 年碳中和,时间差仅有约 10 年;从自碳达峰到 碳中和的时间跨度比较,欧美约 50-70 年,中国约 30 年,大幅低于先发发达经济体。 虽然仍然存在一定争议,但是努力控制碳排放、尽力限制全球气温上升幅度,对全人类而言是利大于弊的 选择。首先,剧烈的气温升高将给人类文明以重创。约 12 万年前温暖的伊米亚间冰期,海平面比当前高 6-9 米, 当时仅有部分极地冰盖融化,即可造成淹没全球关键城市(如上海海拔 4.5 米)的严重后果。倘若极地冰盖完 全融化,大量陆地面积将不复存在,考虑到沿岸重点城市的核心地位,全球主要经济体都近乎面临致命打击。其次,一定程度的气温升高即可破坏碳循环的长期平衡,并引发气温进一步升高的“自加速”过程。其主 要原因包括冻融湖、冻土带和深海的重要温室气体甲烷释放、海水温度升高造成的温室气体二氧化碳溶解度下 降等。第三,人类活动和一定程度的气温升高、温室气体排放强关联。 一方面,从约 10000 年的时间尺度来看,工业化之前地球气温变化速率相当平缓,而工业化之后气温出现 了显著上升;从更长的约 80 万年的时间尺度来看,除工业化之后的短暂时间(甚至是 20 世纪之后的短暂时间) 以外,地球气温都是在一个较稳定的范围内波动的。另一方面,从 100 年左右的近世时间尺度来看,太阳辐射变化不大,但是太阳辐射和地球气温变化出现了 明显的背离,温度变化曲线显著“跑赢”了太阳辐射变化曲线。这种背离是客观存在的,而高速的气温升高的 最佳解释方式仍然是人类活动。此外,气候变化、海洋酸化等还可能引发大范围物种灭绝。最后,即使上述所有论述都基于“可能性”,“全球变暖雷霆雨露俱是天恩和人类活动无关”、“五岳陵霄四 海亘地藏排纳放无损高深”,全球变暖对人类社会的负面影响本身也值得全人类,以某种形式对其加以应对。总之,碳排放引发气候变化、威胁人类文明的概率不低、赔率很高。努力遏制这一势头事实上理性、务实。从碳达峰到碳中和体现了“共同但有区别”的减排责任,体现了我国的大国担当。为了达成此目标,我国 的一次能源结构也将经历显著变化:可再生能源必须取代化石能源,成为一次能源的主要组成部分。清华大学 气候变化与可持续发展研究所、落基山研究所等 2020 年发布的最新研究有类似的结论(但是在 2050 年净零预 设条件、能源消费总量等方面二者有一定分歧。考虑到有关研究的前瞻程度,分歧是可以理解的)。我们同时还认为,以高比例可再生能源广泛应用、碳排放达峰并逐步降低乃至净零为关键特征之一的能源革命,是为人类谋福祉的重要手段。为人类谋福祉-控制气温升高幅度、应对气 候变化-推动能源革命、大规模高比例应用可再生能源的逻辑链条坚实可靠。2、高比例可再生能源发电,储能助力日内平衡和长时间平衡我国具备丰富的风、光可再生能源资源。据发改委能源所等研究,我国年太阳辐射超过 5000MJ/m2,年日照小时数超过 2200 小时的土地面积占全国土地面积的 2/3,安装 2500GW 光伏发电设备仅需要 8 万平方公里土 地,占中国国土面积的 0.8%。同样据估算,在中国所有风力资源超过 300W/m2 的地区中,100 米高度的陆上可 用风能总储量约为 3400GW;在水深 5-50 米的海域中,100 米高度海上风能资源总量达到 500GW。再考虑到水 电、核能和生物质能源等,事实上资源端我国有能力供应高比例可再生能源(电力);再考虑到用能端的高度电 气化,可再生能源电力规模爆发将是碳达峰和净零排放目标得以实现的核心条件。同时,光伏、风电等可再生能源发电形式的平准化发电成本、初始投资成本等都将进一步下降,使得二者 进一步体现出竞争优势。但是,光伏、风电等可再生能源的波动性、间歇性相当程度上阻碍了其和负荷的有效匹配,提高了高比例 大规模并网的难度。对光伏而言,日内出力受到日照条件、天气影响;更长时间尺度的出力具备一定规律性,但仍不稳定。夏 季和冬季的发电特性区别明显。对风电而言,日内出力表现具有极大的随机性;更长时间尺度的出力具备一定规律性,也仍不稳定。储能系统不同程度上具备平滑可再生能源出力、使其和负荷相匹配的能力。 首先,储能系统的高频响应能力可以满足电力系统频率调节的需求;能量时移、削峰填谷能力可以满足电 力系统日内调节的需求。将时间尺度拓展至星期级别,储能系统的能量时移、削峰填谷能力同样可以满足能量平衡需求。 将时间尺度拓展至季节级别,虽然储能效率不可避免地有一定程度的下降,但是储能仍然具备一定调节能 力。所以,储能是高比例可再生能源并网的关键助力之一。3、中国&全球,储能规模估计短期,储能规模的增长和储能助力可再生能源消纳、储能参与辅助服务等内容相关,其规模和节奏尚无明 确规划,但各方关注与动作逐渐提高、加强。2021 年初,国家电网表示,未来 5 年,国家电网公司将年均投入 超过 700 亿美元,推动电网向能源互联网升级,促进能源清洁低碳转型,助力实现“碳达峰、碳中和”目标。 国家电网公司一方面通过大范围联网,扩大新能源消纳范围;另一方面推进抽水蓄能与储能建设,提高系统灵 活调节能力,目前国家电网公司在运在建抽蓄电站 51 座,容量达 6300 万千瓦。同样在 2021 年初,青海省对“新 能源+储能” 、“水电+新能源 + 储能”项目中自发自储设施所发售的省内电网电量,给予每千瓦时 0.10 元 运营补贴,同时,经该省工业和信息化厅认定使用本省产储能电池 60%以上的项目,在上述补贴基础上,再增 加每千瓦时 0.05 元补贴。我们援引中关村储能联盟的研究结果,保守场景、理想场景下,电化学储能装机规模(基本假设为电化学 储能是储能规模提升的主体)分别约为 15GW 以上和接近 24GW。同时,短期的储能装机规模增速不确定性较 大。中长期,我国长期储能规模的爆发必然依赖于高比例可再生能源电力风电、光伏的应用,所以风光的实际 规模变化情况就是储能规模估计的关键点。“达峰”时段,根据 2020 年 12 月 12 日在气候雄心峰会上通过视频发表的题为《继往开来, 开启全球应对气候变化新征程》的重要讲话内容,2030 年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下 降 65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右,森林蓄积量将比 2005 年增加 60 亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上。“净零”时段,据落基山研究所 2020 年的研究报告 China 2050: A fully developed rich zero carbon economy 估计(现在尚无 2060 年净零排放的权威研究,考虑到同样是净零排放研究且 2050 年也仅为指引,采用 2050 年 的有关估算数据也不失其一般性),净零排放情景下中国主要工业门类将以不同方式脱碳。化石燃料剩余占比很 小,电力、氢能、生物质、氨、合成燃料、工业废热、太阳能热等是主要的中端用能需求,而规模以电能为最。 直接使用、制氢和氨相关的用电量达到总用电量的 70%。具体到终端电力消费,直接用电是主流,氢、氨等化学能-二次电力应用也是重要的组成部分,二者总量超 过 14 万亿千瓦时(即 1.4 万 TWh)。与终端用能相应,一次能源结构届时也将发生重要变化。可再生能源成为主流,风光合计占比约为一次能 源生产的接近 50%(如果能源强度提升,则二者占比合计可能更高)。水电、核电等也具备了重要地位,除此之外的零排放能源还有生物质。煤、油、气总占比急剧下降(其排放通过碳汇/碳捕集等手段加以平衡)。14 万亿千瓦时年用电量对应的发电装机量约为 7000GW,其中风光装机量约为 5000GW,占总装机量的约 70%。值得注意的是,发电侧储能的装机量有约 500GW。届时,夏季的主要一次电力供应是光伏,冬季的主要一次电力供应是风电;核电提供基荷。随风光装机占比提升,储能的实际渗透率需求也提升。我国 2030 年碳达峰时,因为仍有大规模火电的实 际应用,所以储能装机主要满足日内、周内需求较合理。本世纪中叶以后碳中和时,储能除满足日内、周内需求外,还需要满足跨季节需求。车网互动,生物质发电调峰,氢/氨和电网互动,需求侧响应等等可对日内/周内 级别的电力系统平衡发挥重要作用;生物质、氢/氨等本身也是跨季节储能的重要载体。限于边界条件的巨大不 确定性,本报告不计算车网互动,生物质发电调峰,氢/氨和电网互动,需求侧响应等对满足日内/周内级别的电 力系统平衡的影响,而区分谨慎/乐观情景对可再生能源规模对应的储能渗透率-储能装机进行估计。不失一般性,我们以我国 2020 年的电化学储能装机为计算起点,假设 2030 年我国风光装机规模总量达到 1200GW,且年规模增加值稳定;2050 年风光装机规模总量达到 5000GW。我们以 2020 年底的电化学储能装机 作为起点,假设 2021-2025 年的风光装机增量对应储能的容量百分比为 5%(谨慎)或 10%(乐观),储能时长 为 1 小时(谨慎)或 2 小时(乐观);2026-2030 年的风光装机增量对应储能的容量百分比为 10%(谨慎)或 20% (乐观),储能时长为 2 小时(谨慎)或 3 小时(乐观);2031-2050 年的风光装机增量对应储能的容量百分比为 20%(谨慎)或 40%(乐观),储能时长为 3 小时(谨慎)或 4 小时(乐观)。由此估计,谨慎情景下,至 2030 年达峰储能装机规模约 50GW/90GWh 以上;至本世纪中叶以后净零储能装机规模约 800GW/2.3TWh 以上。乐观情景下,至 2030 年达峰储能装机规模约 100GW/270GWh 以上;至本世纪中叶以后净零储能装机规模 约 1.6TW/6.3TWh 以上。如果可再生能源装机超预期,则储能规模应也有超预期可能。比如,按照 25%的非化 石能源目标倒推,再考虑到核电和水电提升空间是有限的,2030 年风光装机有可能达到 16 亿千瓦以上,平均 每年装机超过亿千瓦。那么储能配套规模就可能在我们估计的情景下进一步提升。落基山研究所估计的达峰储能装机规模约 500GW,仅考虑发电侧,所以和我们的估计并不矛盾;电网侧的 储能可以起到调峰和综合辅助服务等作用,二者都是未来储能装机的重要组成部分。总体而言,如果储能应用的技术类型为电化学储能(暂时不妨进一步假设为锂离子电池),则到 2030 年其 总规模也不及新能源车所用动力电池的规模;到净零时段,如果中国新能源汽车保有量 3 亿辆,单车带电量 60kWh,则动力电池保有量规模在 18TWh,仍然数倍于储能电池。但是不可否认,储能电池在日内-周内电力系 统平衡方面即有较大可能为电池市场贡献相当增量,未来其规模可能是仅次于动力电池市场的第二大市场(但 是不是锂离子电池始终为市场和实际应用所青睐尚需进一步研究)。跨季节储能的规模则直接援引落基山研究所的研究结果。相当于 4.4 亿吨标煤的生物质能,每年 8100 万 吨的氢能等,都将发挥跨季节储能的重要作用(且并不止于此)。全球方面的估计情况更为复杂,除户用储能市场年约 10GWh 并且有能力保持较高增速外,其他储能市场 的规模化节奏难于直接估计。这里,我们直接援引《欧洲 2030 电池技术路线图》、以及彭博对储能规模的有关研究。《欧洲 2030 电池技术路线图》估计,到 2030 年,全球储能电池年装机规模在 200GWh 以上(累计规模不妨假设在 800GWh 左右,如果电池储能是主要增量贡献者,则和我们对中国的乐观情景估计大体上可相互印证;如果该路线图对电池总量的估计偏谨慎,则储能电池实际规模还有可能更高)彭博估计,到 2050 年,全球储能累计装机规模将达 1600GW 以上(并未假设净零,所以碳排放的严格限制 事实上可以推高此估计)。详见报告原文。(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)精选报告来源:【未来智库官网】。

趁当年

储能行业深度研究报告:未来电力系统主角,把握高价值增量机会

(报告出品方/作者:申港证券,贺朝晖)1. 核心观点及关键问题这篇报告,我们选择从自下而上的视角,从电网负荷需求角度出发,定量分析电网 调峰、调频需求,并且搭建了考虑光伏、储能调峰和调频收益、碳排放收益的新型 电站系统收益模型,以微观电站收益率分析储能发展潜力。并且分析国内储能政策 边际变化,以欧洲、美国储能市场进行参考阐述储能市场定位,给出储能未来发展 的方向和空间预测。我们认为今年将会是储能发展史上具有重要意义的一年,行业 在政策建设、规模发展将会迎来重大突破。1)问题 1:新型电力系统要求下,储能为什么从可选项变为刚需?在 2030 碳达峰、2060 碳中和目标要求下,中央已经明确未来要建立以新能源为主 体的新型电力系统,确立了未来光伏、风电的长期发展道路,预计“十四五”期间, 光伏、风电年装机量将达到 120GW。新能源装机的快速提升,以及电力系统正在 发生的变化,使得储能刚需属性愈发增强。储能是解决新能源消纳问题的最佳方案。新能源装机的增长,使得弃风、弃光率 存在反弹的可能,加大了电网消纳压力,配置储能是较为灵活且见效快的解决方 式,并且政策已明确对于配置储能的新能源电站项目,将给予优先消纳。电网发电端、负荷端波动性呈现增长态势。发电端风电、光伏输出功率是自然资 源驱动型,而传统火电、天然气、核电等输出功率是燃料驱动型,可以人工加以 干预调节。风电、光伏装机占比的快速提升,将降低电力系统发电端的灵活性。 而负荷端居民用电比例呈现持续上升态势,居民用电负荷曲线较工业、工商业波 动性更大,面对极端天气问题更为突出。在供需两端波动性都加大的情况下,未 来储能是提升电网灵活性的重要选项。储能提供系统惯量支撑,补充电网调频能力。传统火电、水电、核电、天然气等 发电方式都通过发电机输出电能,当电网出现频率波动时,凭借着汽轮机组的转 动惯量可以延缓频率波动趋势。但风电机组转速慢,转动惯量较小,而光伏发电 无转动设备,不具备转动惯量,当电网频率突变时,响应能力大幅下降。未来新 能源占比提升,将使系统转动惯量降低 30%以上。储能具有出色的响应速率,可 以在电网频率波动时提升电网惯量支撑,并且自动响应进行一次调频、二次调频。2)问题 2:储能行业正在发生哪些重要的边际变化?政策要求储能在发电侧实现规模化。从 2020 年至今,多个省份发布的新能源建 设管理办法,均明确了新建光伏、风电机组需要配置 10~20%比例的储能系统, 对于弃风、弃光较为严重的地区,储能已经成为必选项。对于储能行业,规模化 是发展的第一步,持续提升造血能力为第二步发展方向。完善电力辅助服务市场制度扩充储能应用场景。自 2017 年各地陆续开展电力辅 助服务市场建设以来,制度不断完善,2020 年 12 月南方区域调频服务市场开始 试运行,标志着首个区域调频服务市场投运。制度明确了储能未来可以参与的服 务类别和补偿标准,使储能可以更加大范围参与电网服务、增加收入来源。经济性问题已有解决方案。对于光伏、风电机组,配置储能会降低 IRR,但通过 电站、储能系统成本不断下降,让储能参与调峰、调频获得服务补偿费,以及在电气设备行业深度研究 敬请参阅最后一页免责声明 8 / 81 证券研究报告 碳交易市场建设完善后出售碳排放指标获得收益,均能够提升项目收益率,我们 预计 2~3 年后光储一体将能够实现平价。3)问题 3:储能行业值得关注的投资机会? 当前储能处于政策驱动规模化阶段,增量业务是主要 机会,储能系统成本结构中,电池(占比 60%)、PCS(占比 20%)是占比最高环 节。而且由于储能电池和动力电池、PCS 和光伏逆变器,都属于同类产品的不同应 用场景开发,技术和产能均可共享,我国企业在该领域已经具备技术及产能优势, 在市场扩大时能够快速实现放量,以及集中度提升。看好电池领域龙头企业宁德时 代、PCS 及储能系统集成龙头企业阳光电源、积极布局储能的组串式逆变器龙头固 德威、户用储能领先者派能科技。2. 自成体系:我国储能已开发多种场景并成为刚需2.1 储能政策周期已开启全球储能市场经过多年发展,已经初具规模,2020 年预计总装机量超过 10GWh, 相比 2010 年 89MWh 的市场规模,增长 118 倍,相比 2019 年 6.5GWh 装机量, 同比增长 61%,全球储能市场正处于发展快车道。我国储能同样发展迅速,2020 年预计总装机量超过 2.4GWh,相比 2010 年 9MWh的市场规模,增长 266 倍,相比 2019 年 0.85GWh 装机量,同比增长 182%,我国储能规模增速显著高于全球市场,未来将在全球市场扮演愈发重要角色。电力辅助服务市场是储能政策的重要方向,也是电力体制改革的重要组成部分。主 要运行机制是,并网发电机组、可调节负荷或电储能装置,按照电网调峰需求,平 滑、稳定调整机组出力或改变机组运行状态或调节负荷。电力辅助服务市场可极大推进可再生能源消纳、提高电网灵活性,利好可再生能源 发展。自 2018 年 5 月宁夏电力辅助服务市场进入试运行以来,甘肃、新疆、西北 区域、青海和陕西电力辅助服务市场建设工作相继开展。2020 年 12 月 28 日,南 方区域调频辅助服务市场启动试运行,调频辅助服务市场从原来的广东全省和广西 部分水电厂扩展到广东、广西、海南三省(区),这也是全国首个进入试运行的区域 调频市场,标志着“十四五”电力辅助服务创新发展正在展开。近年来各地政策纷纷支持将储能纳入电力辅助服务市场。2020 年 5 月 19 日,国家 能源局发布《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见(征求意见稿)》,为 达到以下三点目标,均提出鼓励电池储能建设与参与:1)加快形成有利于清洁能源 消纳的电力市场机制;2)全面提升电力系统调节能力;3)着力推动清洁能源消纳 模式创新。储能参与电力辅助服务市场呈现出标准化、规模化的趋势。标准化:电力辅助服务市场方兴未艾,仍处于探索建设阶段,近年来各地陆续出 台多项政策,从参与主体、装机规模、电池功率、技术参数等多方面逐渐完善可 再生能源电站配置储能的标准规范,推动市场健康有序发展。规模化:从政策内容上来看,正在经历从鼓励建立可再生能源配套储能试点工程, 到新建光伏、风电项目要求批量化配置储能的转变。2020 年至今,湖南、山东、 宁夏等多省市发布强制性或建议性可再生能源电站配置储能的政策,新建光伏风 电项目配置储能的比例大多位于 10~20%,配置储能时长一般要求 2 小时以上。除强制性要求可再生能源电站项目配置储能外,多地对电网侧和用户侧储能实行补 贴政策,补贴类型涉及固定投资、运营以及自主研发等多方面,多种方式推动储能渗透率提升。 “十四五”期间,可再生能源的装机规模扩大对电网将带来更大冲击,也在推动电 力体制改革进程不断加快,储能参与电力辅助服务市场,不仅有利于形成更加灵活 的电网调峰机制,同时也可更大限度地发挥储能的经济性效应。在全国及各地方的 政策支持下,储能行业将和新能源发电一起,朝着标准化、规模化的方向快速发展。2.2 新型电力系统中储能将成为刚需2.2.1 我国电网灵活调节电源占比较低电网系统正在经历着从传统能源向新能源转型,在享受着新能源的清洁、低成本的 同时,电网灵活性降低的问题也愈发突出。风电+光伏在发电量中占比,已由 2012 年的 2%,提升至 2020 年的 9.3%,并且根据《2021 风电光伏建设管理办法(征求 意见稿)》,此比例将提升至 11%。风电、光伏由于发电输出依赖于可预测性较差的 自然资源,出力波动性较大,与用电负荷相关性很低,需要搭配具有调频、调峰性能的机组,以避免对电网造成的冲击。提升电网灵活性主要依赖调峰和调频能力,实现此功能需依赖电池储能、抽水蓄能、 燃气电站等灵活调节电源。根据中电联数据,我国此类灵活电源装机比例不足 6%, “三北”地区新能源装机显著高于全国平均水平,但灵活调节电源更是不足 3%, 电网调节能力大打折扣。相较其他国家,天然气发电比例较高的欧美国家普遍灵活 电源比重较高,如美国(灵活电源占比 49%)、西班牙(34%)、德国(18%)。2.2.2 居民用电比例提升增加负荷波动我国经过多年快速发展,整体用电量逐年增长,电力消费结构也在不断变化,纵向 对比来看,虽然第二产业用电仍然占到总用电量的 68%以上,但第一产业、第二产 业用电量持续下降,居民、第三产业用电占比不断提高,2020 年第三产业、居民用 电量占比已达到 16%、15%。虽然我国居民用电占比正在提升,但从用电结构、人均用电量两个维度横向对比欧美亚发达国家,我国居民用电仍然具有非常大提升空间:我国产业结构仍然以工业为主,服务业、消费正在快速发展过程中,电力消费结 构同样如此,未来城市化、产业转型均会提升第三产业、居民用电比例。从人均用电量角度横向对比,我国人均居民用电量大幅低于发达国家,仅为美国 的 16%,日本的 33%,但中国人均用电量增速远超发达国家,在经济快速发展带 动消费的背景下,居民用电量绝对值将保持持续上升势头。未来我国第三产业、居民用电占比预计将继续提升,电网也需要从适应工业负荷过渡到适应民用负荷。工业、工商业、居民用电因为使用习惯的不同,负荷特征截然 不同,工业、工商业用电因为规模较大、运行规律稳定,相对负荷较易预测,而居 民用电因为规模小且零散,运行极其不规律,因此负荷预测难度较大。而且由于夏 季酷暑、冬季极寒等极端天气影响,更加剧了负荷的波动性。极端天气导致电网峰值负荷大幅升高。在全球变暖、燃煤供暖逐步取消的背景下, 由于空调、电采暖设备的集中使用,峰值负荷被进一步提升,对电网造成了极大的 瞬时冲击,导致停电。今年 1 月国内极寒天气下,多地创出历史新高负荷峰值,1 月 7 日国网区域 11 个省级电网负荷创历史新高,而美国德克萨斯州也因为极寒天 气导致电力短缺,最高电价甚至达到 65 元/kWh。而由于居民用电比例的持续增长,小型化、不规律的用户终端占比将不断提升,用 电负荷波动性将进一步增大。通过对比过去 10 年主要省市的用电负荷及用电量数 据,可以发现大部分省市用电负荷增速已高于用电量增速,我们认为这种趋势未来 仍将延续,电网将面临更加复杂的挑战。2.2.3 储能是提升电网灵活性的刚需选择我国电网的灵活性装机较低、居民用电比例不断上升的特征,决定了电网提升灵活 性将成为接下来发展刚需。而电池储能凭借着其极快的响应速率、灵活的配置方式, 正在电网灵活性提升中作用愈发突出,配置储能可以实现以下功能:提供系统惯量支撑,补充电网调频能力。传统火电、水电、核电、天然气等发电 方式都通过发电机输出电能,当电网出现频率波动时,凭借着汽轮机组的转动惯 量可以延缓频率波动趋势。但风电机组转速慢,转动惯量较小,而光伏发电无转 动设备,不具备转动惯量,当电网频率突变时,响应能力大幅下降。未来新能源 占比提升,将使系统转动惯量降低 30%以上。储能具有出色的响应速率,可以在 电网频率波动时提升电网惯量支撑,并且自动响应进行一次调频、二次调频。保障短时尖峰负荷供电,大幅节省电网投资。传统电网投资需建设能够满足尖峰 负荷的容量,但尖峰往往持续时间非常短,例如 2019 年江苏最大负荷为 1.05 亿 千瓦,超过95%最高负荷持续时间只有55小时,在全年运行市场占比仅有0.6%, 但满足此尖峰负荷供电所需投资高达 420 亿。而如果采用 500 万千瓦/2 小时的 电池储能来保障尖峰负荷供电,所需投资约 200 亿,投资额大幅节省。促进新能源消纳,进行电网容量灵活调度。传统火电、核电、天然气等发电方式, 输出功率和燃料供给相关,也就意味着可以人为控制,而风电、光伏输出功率与 资源相关,可预测性较差,而且无法控制,新能源占比的提升,降低了电网灵活 性。从负荷特性来看,居民用电晚上负荷最高,而随着居民用电占比提升,光伏白天输出功率最高、夜间为零的特点与负荷之间背离将愈发明显,增加储能系统 实现白天发电量向夜晚用电高峰转移,促进了新能源消纳,也为电网调峰增加了 手段。2.3 多种场景应用丰富盈利模式国内电池储能市场在 2017 年以前发展较为平淡,年度新增装机量均在 100MW 以 下。2018 年,在电网侧大规模投资驱动下,储能呈现快速增长,年度新增装机量达 到 513MW,同比增长 833%。2020 年,中国新增装机量突破 1000MW,相对 2019 年同比增长 129%。储能行业应用场景丰富,主要可分为发电侧、电网侧、用电侧三类。发电侧对储能 的需求场景类型较多,包括电力调峰、系统调频、可再生能源并网等;电网侧储能 主要用于缓解电网阻塞、延缓输配电扩容升级等;用户侧储能主要用于电力自发自 用、峰谷价差套利、容量电费管理和提高供电可靠性等。2020 年,可再生能源并网应用达到 495MW,同比增长 405%,成为储能新增装机 增长的重要驱动力。预计未来几年,可再生能源并网应用将不断增长,2023 年将达 到 850MW,占比高达 41%,用户侧、独立调峰不断增长,电网输配侧、调频保持 稳定。2.3.1 发电侧:消纳是新能源发展需突破瓶颈我们认为当下解决光伏风电消纳问 题的主要途径有两个:一是风光项目及配套特高压项目同步配合建设;二是利用储 能平衡电网调峰,风光储一体化保障可再生能源的有效消纳。 在 3 月 5 日国家发改委、国家能源局发布的《关于推进电力源网荷储一体化和多能 互补发展的指导意见》中明确提出,利用存量常规电源,合理配置储能,统筹各类 电源规划、设计、建设、运营,优先发展新能源,积极实施存量“风光水火储一体 化”提升,稳妥推进增量“风光水(储)一体化”,探索增量“风光储一体化”,严 控增量“风光火(储)一体化”。配置储能可以有效减少弃光、弃风率,避免弃电损失。以光伏发电为例,中午时段 光伏出力达到高峰,出力超过电力系统需求,储能系统开始充电;下午进入出力低 谷,出力小于电力系统需求,储能系统开始放电,填补了光伏出力不足。储能系统参与发电侧的平抑波动,可从源头降低可再生能源发电并网功率的波动性, 大幅提升可再生能源并网消纳能力。储能配置通过 PCS 变流器接入新能源电厂(风 电场或光伏电站)的出线母线,抑制爬坡、平滑风电场或光伏电站等可再生能源电 厂的出力,提高大容量可再生能源电厂的并网接入能力,为可再生新能源的大规模 发电外送与应用提供技术支撑。在“30·60”顶层目标的指引下,我国已有近 20 省出台“新能源+储能”配套的鼓 励政策。政策内容主要分为两类:1)给予储能补贴;2)划定配储比例,优先支持 新能源配储项目。短期内,“新能源+储能”项目将主要由强制配套等外部因素推动, 随着电力市场化的推进,储能成本将由电力系统各环节共同承担,储能项目自身的 经济性将逐渐显现。2.3.2 电网侧:源荷波动性增大背景下储能大有可为在电源侧,新能源占比不断提升增大了输出端的日间波动,在负荷侧,居民用电占 比提升使得电网负荷波动更加剧烈,在这种情况下,电网调节能力必须提升以适应 未来更为复杂的源荷波动,具有快速调节速率、配置方式灵活的储能能够胜任此任 务。电网侧储能能够提高电力系统安全性,在辅助服务市场也大有可为。储能在电网侧 的应用能够缓解电网阻塞、延缓输配电设备扩容升级、辅助发电侧进行调峰,还能 参与电力辅助市场服务,包括系统调频和备用容量,尤其在调频方面发挥了非常大 作用。储能参与电网调频的应用示范已较成熟,调频已具备经济性。储能在电网侧辅助调 频,可改善系统波动性、不确定性加深造成的电网频率稳定性问题,从电网侧角度 提升电网接纳风电、光伏等可再生能源的能力。受国家政策支持,对电力调频服务 提供补偿,在补偿费用的前提下调频已经具备经济性,能够实现盈利。我国储能电网侧项目正在发展,独立储能项目开发商较少。2020 年上半年,电网 侧一共有 23 个储能项目,占已记入统计的储能项目的 15.4%,100MW 及以上的 项目数量较少,分布在福建、西藏、广东、北京、安徽、江苏、甘肃、青海、重庆、 天津、浙江、辽宁等 12 个地方。独立储能项目开发商有睿能世纪、万克和库博能 源三家,目前数量相对较少,行业集中度较高。电网侧储能 2018 年发展速度快,2019 年受政策影响发展停滞。2017 年和 2018 年,国家相继出台了有关促进储能技术与产业发展、完善电力辅助服务补偿市场机 制、绿色发展价格机制、清洁能源消纳等政策,电网侧储能技术蓬勃发展,2018 年 储能装机量相比 2017 年增加 458MW,从 55MW 上升至 513MW。2019 年,国家电网发布两条方案,规定不得以投资、租赁或合同能源管理等方式开 展电网侧电化学储能设施建设。虽是出于宏观经济目标而降电价的压力,却对电网 侧电化学储能造成了严重的打击。从长期看,新能源发电比例的进一步增长,也会 带起电网侧储能的市场化发展和竞争,为电网侧储能带来新一轮的活力。2.3.3 用户侧:峰谷电价差是最大驱动力储能应用在电力系统用电侧,主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管 理和提升供电可靠性等方面。用户主要是工商业企业和家庭用户,通过储能可以降 低用电成本,并提高用电的稳定性,实现低碳化、智能化的目标。我国用户侧储能项目规模较小,多为工业用户,家庭用户较少。2020 年上半年,用户侧在全国有 26 个储能项目,大多处于 kW 级及以上、5MW 级及以下的规模区 域,占上半年储能项目总数的 17.5%。在上海、北京、天津、重庆、四川等 13 个 地区均有项目在进行建设。削峰填谷是用户侧储能的重要应用之一。将储能应用于电网中,使其在电网负荷低 谷时充当负荷,以谷时电价购买电能并吸收储存;在电网负荷高峰时充当电源,以 峰时电价向电网释放电能。储能个人或企业可以通过“低储高发”模式获取收益。用户侧削峰填谷的经济性主要取决于峰谷电价差,我国部分地区已经具备盈利空间。 根据北极星售电网,近期各地陆续明确 2021 年销售电价,其中 15 个地区制定了 峰谷分时电价。工商业及其他用电方面,北京峰谷价差最大,达到 0.98-1 元/kWh; 大工业用电方面,上海峰谷价差最大,夏季达到 0.8-0.83 元/kWh。储能装机降低度电成本和容量电价支出,具备一定的经济性。部分省份针对大工业 用电采用两部制电价,即电度电价和容量电价。电度电价计价由用户的用电量决定, 容量电价由用户最大用电需求功率或最大变压器功率决定。当前我国各地平均按最 大需量基本电价平均为 35.1 元/kW·月,按变压器容量平均约为 24.4 元/ kW·月。 安装储能设备后,用户可以降低最大需量及变压器容量配置,由储能补充部分输出 功率,降低容量电价成本。2.4 调峰调频需求增长提振储能发展空间2.4.1 电力辅助服务政策与市场建设齐头并进我国电力辅助市场经历了近 20 年发展历程,在 2015 年电改 9 号文明确建立辅助 服务市场后,获得了突飞猛进的发展,从能源局层面框架建设,到具体省一级电力 辅助服务市场制度完善、进度推进,为各类电源参与电力辅助服务奠定了基础。截 止目前,全国五个区域(东北、华北、华东、华中、南方)均已启动或试运行辅助 服务市场,27 个省级电网也启动、或试运行、或筹备市场建设。新能源装机占比提 升对电网灵活性提出了更大的挑战,电力辅助服务的迫切性进一步凸显。电力辅助服务包含调峰、旋转备用、AGC 调频、AVC 自动电压控制、黑启动等, 我国大部分省区已经建立自己的电力辅助服务市场,并根据地区电力结构特点确定 提供服务类别,大部分省份均覆盖调峰、AGC 调频服务。2020 年 12 月,南方区域调频辅助服务市场,作为全国首个区域调频市场正式启动 试运行,标志着南方区域统一电力市场建设迈出重要一步,对南方区域各项电力辅 助服务价格进行了明确,广东辅助服务费用显著高于其他地区,显示出市场化效应。2.4.2 电网调频需求刚性极强我国电网运行要求稳定在 50Hz 的频率,也就意味着系统实时发电与负载必须稳定 在毫秒级别的时间间隔上,但由于实际电网运行过程中负载端和发电端一直在波动, 因此实际电力系统频率是一直变化的。国内对 3GW 以上的大容量电力系统允许频 率偏差为±0.2Hz,对中小容量电力系统允许偏差为±0.5Hz。调频操作一般在发电 端进行。负载端:由于用户极其分散且使用习惯不可预测,因此利用负载端调频难度极大, 电力系统统一通过发电端进行调频操作。发电端:正常运行情况下发电机组功率和负载匹配,但当发电减少(发电机组故 障、脱网、负荷突然减小等情况)或发电增加(风电、光伏机组输出增大、负荷 突然增大)情况发生时,电力系统频率将下降或上升,此时需要调频机组介入, 以避免频率超出规定范围。电力系统负荷由不同频率成分组合而成,因此调频也需要针对不同负荷分量来分阶 段执行。电力系统负荷主要包含 3 种不同规律的变动负荷:随机负荷分量:变动幅度较小,变化周期较短,一般 10s 以内,浮动在区域负荷1%以内,每小时波动达上百次,是一次调频主要处理的对象;脉动负荷分量:变动幅度较大,变化周期较长,一般为 10s 至 15min,浮动在区 域负荷的 2.5%以内,每小时波动 20 到 30 次,这类负荷包括电炉、轧钢机械等;持续负荷分量:变化缓慢,浮动在区域负荷的 40%左右,每天波动 10 次以内, 引起负荷变化的主要包括工厂作息制度、居民生活规律等。电网在频率偏离正常范围后,会顺序进行惯性响应、一次调频和二次调频来纠正, 如果频率还未恢复正常值,将进行三次调频。以上调频动作的机理以及实现方式存 在很大差别。惯性响应:主要依赖同步发电机组储存于旋转质体中转子动能对系统跌落的阻尼 作用,只能在频率变化后依靠系统惯性维持几秒;一次调频:主要利用同步发电机组调速器等系统设备稳定频率,更多利用系统自 身特性自动调节,但只能缓和,主要平衡随机负荷分量;二次调频:引入发电机组外部设备完成全部调频动作,主要依赖 AGC(自动发电 控制,Automatic Generation Control),能够平衡更长周期负荷波动,两次调频 协调进行对系统快速恢复正常频率非常重要。2.4.3 电池储能性能完胜传统电源传统用于调频的机组主要包括火电、燃气、水电等,这些机组都存在明显的短板, 比如火电响应时滞长、机组爬坡速率低,水电受地理位置和枯水期限制,并且技术 上较难解决,对于速率、全时长覆盖要求很高的 AGC 调频,不是理想的调频机组。电池储能具有理想的 AGC 调频性能,并且避免了火电 AGC 调频出现的反向调节、 偏差调节、延迟调节等问题,能够非常好地匹配 AGC 调节指令。对于各种类型的 AGC 调频机组,有量化参数来对比各项性能,包括调节速率 K1、 响应时间 K2、调节精度 K3 及综合指标 K。调节速率 K1:指发电机组响应 AGC 控制指令的速率,以%/min 表示,公式为 K1=本台机组实测调节速率/控制区域内所有 AGC 机组平均调节速率 电池储能可以在 2s 内完成指定功率输出,响应速度可以满足 AGC 调频需求,燃煤 机组调节速率最慢,只有 1~3%/min。从调节速率角度,储能调频效果平均可达水 电机组 1.7 倍、燃气机组 2.5 倍、燃煤机组 25 倍。由于我国大部分地区火电装机 占比超 50%,因此区域内 AGC 平均调节速率被火电拉低,电池、水电、燃气机组 计算出 K1 均远大于 1,为了避免机组响应 AGC 指令时过调节,K1 一般要设置封 顶,比如南网、蒙西设置 K1 封顶为 5,山东设置 K1封顶为 1.2。响应时间 K2:指发电机组响应 AGC 指令的时间延时,公式为 K2=1-发电机组响应延迟时间/5min 传统机组响应时间普遍在 0.5~2min,因此 K2值普遍位于 0.6~0.9,水电响应时间 在 20s 内,其 K2 值可达 0.93。电池储能可在 6s 内响应,K2 值可达 0.98。调节精度 K3:指发电机组响应 AGC 指令的精度,公式为 K3=1-发电机组调节误差/发电机组调节允许误差 发电机组调节允许误差为额定出力的 1.5%,大部分机组误差在 1%以内,火电机 组调节误差为 1%,K3 值范围为 0.35~0.9。综合指标 K:不同地区计算公式不同,以广东电网为例,上述 3 个指标综合计算 K=0.25*(2 K1+ K2+ K3) 电池储能凭借着优异的调节速率、响应速度、调节精度,大幅提升综合指标值, 配置电池储能的火电厂调频综合指标 K 可由 0.73 提升至 2.96 的水平。部分省份 调频相关政策明确对综合指标 K 值进行了要求,电池储能在政策端已跨过准入门 槛,并且搭配传统火电机组,可以将 K 值提升 2~3 倍,大幅提升调频收入。2.4.4 储能参与辅助服务市场已具备经济性各地已经发布的辅助服务市场规则,对于调峰、调频服务均已给出具体的补偿标准, 储能参与电力辅助服务市场,综合性能指标、规模已经不构成障碍,经济性是决定 未来储能参与服务市场力度的最主要因素。调峰是一种容量调节,参与机组需要具有较大容量。综合各地调峰补偿费用规则, 调峰补偿费用普遍在 0.2~0.6 元/kWh 的水平,并且参与调峰的储能都有规模要求, 普遍在 10MW/20MWh 以上,储能机组需具备 2 小时时长,其中安徽、东北、福建、 湖北要求在 10MW/40MWh 以上,即储能机组需具备 4 小时时长。对比用于调峰的灵活性电源的度电成本,抽水蓄能度电成本最低,三元电池最高, 磷酸铁锂位于中间。但抽水蓄能由于地理位置限制,不能灵活布置于所有需要调峰 场地,三元电池倍率性强,但受制于循环寿命,而磷酸铁锂电池兼顾了放电速率和 循环寿命,是最理想的调峰电源。假设采用 10MW/40MWh 储能系统用于调峰,使用下表假设参数计算储能系统进行 调峰的度电成本 LCOE。储能系统运行模式对结果影响非常大,采用每天“两充两放”方式,较“一充一放”方式减少一半使用时间,但运行费用同样节省,考虑 8% 贴现率下,LCOE 从“一充一放”的 0.7 元/kWh,降低至“两充两放”的 0.5 元 /kWh,考虑大部分地区调峰补偿费率最高 0.6 元/kWh,已经具备经济性。调频是一种功率调节,输出的是调节里程。各地调频服务补偿费计算需要综合调频 性能参数 K,而电池储能凭借优异的响应速度 K1、响应时间 K2、调节精度 K3,综 合调频性能参数 K 均能满足准入门槛要求,电池储能计算 K 值为火电的 2~3 倍, 且均大于 1。按照各地 AGC 调频服务补偿标准,最高调节里程收入可达 6~15 元 /MW。调频属于功率型调节,对响应速度、瞬时功率要求较高,电池、超级电容器、飞轮 都可以满足需求。对比用于调频的灵活性电源的里程成本,钛酸锂电池最低,超级 电容器最高,磷酸铁锂电池位于中间。但钛酸锂的能量密度较低,而且成本较高, 超级电容器和飞轮的放电时间低于锂电池,磷酸铁锂电池能够平衡成本、放电时长、 相应速度,是比较理想的调频电源。假设采用 9MW/6MWh 储能系统用于调频,放电时间 40min,可以满足 50% SOC 状态下 15min 的二次调频需求,倍率介于 1C 和 2C 中间,倍率太高充放电次数太 多会影响寿命,使用下表假设参数计算储能系统进行调频的里程成本。用于调频电 池倍率高,电池 PACK 单价相应更高,而且储能变流器成本占比较调峰用途提升。 电网常规 AGC 调频指令一般持续 2min 左右,考虑回到稳定 SOC 时间,每天可响应360 次调频指令,输出调节里程 3240MW。调频响应不同时长的 AGC 指令,对储能系统运行结果影响非常大,响应 2min 的 AGC 调频指令,相较响应 3min 的 AGC 指令,考虑 8%贴现率下,里程成本从 6.56 元/MW,降低至 4.37 元/MW,目前 AGC 指令一般持续时间 2min,因此考虑大部 分地区调频补偿费率最高 6~15 元/MW,已经具备经济性。2.4.5 电池储能调峰需求定量分析电池储能在风电、光伏电站最重要的作用是降低弃风、弃光率,在新能源装机快速 增长的背景下,储能是实现消纳的刚需手段。2019、2020 年我国平均弃光率均为 2%,除最高的西藏 25.4%、青海 8%之外,大 部分有弃光地区的弃光率在 1%~5%之间,全年利用小时数在 1000~1600h 左右。 以光伏、储能电站全年工作 350 天,配置 2 小时电池储能,可以调节每日 40~60% 的发电量,计算得到配置 10%比例的电池储能,能够应对 5%以内的弃光率。根据 2020 年各地区的实际利用小时数、弃光率、累计装机量,计算需配置储能容 量至少要大于每日弃光电量,考虑配置 2 小时电池储能。最终计算应对 2020 年弃 光状况,需要对全国光伏总装机配置 3.4%的储能机组,所需电池储能至少 8.6GW/17.2GWh。2019、2020 年我国平均弃风率分别为 4%、3.4%,除新疆最高 10.3%之外,大部 分有弃风地区的弃风率在 3%~6%之间,全年利用小时数在 1400~2400 左右。以风 电、储能电站全年工作 350 天,配置 4 小时电池储能,可以调节每日 50~60%的发 电量,计算得到配置 10%比例的电池储能,能够应对 6%以内的弃风率。根据 2020 年各地区的实际利用小时数、弃风率、累计装机量,计算需配置储能容 量至少要大于每日弃风电量,考虑配置 4 小时电池储能。最终计算应对 2020 年弃 风状况,需要对全国风电总装机配置 5%的储能机组,所需电池储能至少 14GW/56GWh。根据我们的测算,使用电池储能应对 2020 年实际弃光、弃风状况,需配置8.6GW/17.2GWh 的电池储能应对弃光,以及 14GW/56GWh 的电池储能应对弃风,共计 73.2GWh。未来随着新能源占比进一步提升,应对弃光、弃风的电池储能需求将进一步增加。2.4.6 电池储能调频需求定量分析电池储能需要进行容量控制,通过一次、二次调频实现上调、下调频率,对应放电、 充电动作,保证有足够的容量能够稳定输出功率,因此电池容量要在调频结束时保 持在 50% SOC 位置。进行充放电操作时,为保证电池寿命和效率,要避免充放电 深度过大,一般充放电都预留 10% SOC 的余量。储能电池充放电输出功率 P 是相 同的,放电时间 t 为一次调频和二次调频需要时间总和,因此电池储能总容量应满 足如下要求:Q=上调频率放电容量+10%SOC+下调频率充电容量+10%SOC =2Pt+10%Q+10%Q我们使用电池储能为一台 600MW(后用 Pe 代替)火电机组进行一次、二次调频, 设定机组参数如下:额定转速 3000r/min,机组转速不等率(额定负荷从 100%到 0%转速升高)一般为 3~6%,设置二次调频处理负荷范围±3%Pe。在之前实际项目中,配套火电用于调频储能机组,通常按照机组额定出力 3%、电 池容量按 0.5h 配置,但实际过程中遇到 0.5h 电池容量的日循环次数太多缩短电池 寿命的问题,因此我们认为未来配置额定出力 3%、放电时长 40min 的储能系统会 是主要方向。截止 2020 年底,我国各类电源总装机已达 2200GW,其中火电装机 1245GW,占 比最高达到 57%,但新能源装机占比已增长至 25%。未来随着新能源占比提升,电 网调频需求将进一步增加,按照我们以 600MW 火电机组一次、二次调频需求计算 结果,为所有电源配置额定出力 3%、放电时长 40min 的电池储能系统,2200GW 电源总装机需要 66GW/44GWh 的储能调频电源。根据中科院预测,国内储能调频 装机量将保持 8%的年复合增速,未来年调频装机需求 1.5~2GW。2.5 需求测算:发电侧带动规模继续快速增长我们对不同场景储能装机需求进行量化测算,发电侧在政策推动下,将是驱动储能 规模扩大的最快增长极。2021、2022 年预计发电侧储能装机可达 4.6GWh、9.3GWh, 而三个场景储能总需求规模达到 6.4GWh、12GWh,储能规模保持每年成倍增长。2.6 光储一体收益模型将迎来变革2.6.1 未来光储电站收益模型构成随着储能在发电侧应用的不断推广,未来光伏电站收益模型,储能将成为不可或缺 的一部分。而随着储能大量接入电网,其在调峰、调频领域发挥的作用也将成为光储新拓展的领域。我们认为未来光储收益模型需要考虑的因素主要包括以下:弃光率对 IRR 的影响。虽然 2019、2020 年全国弃光率都控制在 2%,但 20Q4 光伏大规模装机,以及未来对于新能源作为电网主力的定位,都将大幅提升光伏、 风电装机占比,控制弃光率的压力越来越大。储能对降低弃光率起到积极作用。按照我们的测算,配置 10%功率比例、2 小时 充放电时长的储能系统,可以应对 5%以内的弃光,通过调峰降低弃光率。储能额外容量参与调峰。典型光伏电站储能参与方式为每天一充一放,如果弃光 率较低,储能容量除了消纳弃光外剩余部分可以参与调峰,获取额外电力辅助服 务收益。储能非调峰时段参与调频。在非调峰时段,如果电池储能能够响应电网 AGC指令,参与补偿费用相对较高的调频服务,可以获取额外电力辅助服务收益。出售碳排放指标获得收益。随着碳中和目标推进、全国性碳交易市场建设,未来 清洁能源发电机组如果认证为 CCER 机组,可以出售 CCER 获得收益。2.6.2 光储一体经济性分析我们以 2020 年全国平均情况作为模型输入条件:全年利用小时数 1160 小时,弃光率2%,平均燃煤标杆上网电价 0.36 元/kWh,考虑近期组件价格上涨,假设电站造价 3.9 元/W。通过我们的模型分析,虽然加装储能后,电站收益率出现下滑,但当储能参与电网 调峰、调频服务后,系统收益率已大幅提升并超过无弃光时的光伏电站收益率,再 叠加碳排放收益,综合光储一体化电站收益可提升 1.2 pct。如果面临更高的弃光率,配置同样比例的储能电池,考虑储能参与调峰、调频,以 及碳排放交易收益,可以超过初始电站收益率。设置弃光率 5%时,弃光造成的 IRR 降低达 0.59 pct,配置 10%的电池储能,在消纳弃光后容量所剩无几,因此能够参 与调峰容量较小,此部分收益较少,叠加调频、碳排放收益可以将收益率提升至8.33%,较初始电站状态 IRR 提升 0.6 pct。我们认为未来提升光储一体电站的收益率主要途径有两条:1)分母端:持续降低系统造价。在规模化和技术进度共同作用下,光伏系统、电 池组保持了每年 10%以上的成本下降,按照此速度,未来需要 2~3 年,配置 10% 储能的光伏发电项目即可实现平价,降本实现收益模型分母端降低。2)分子端:拓展电站收益来源。配置储能仅仅用来改善弃光、弃风,对于储能容 量未能实现完全利用,随着电力辅助服务市场的进一步完善,让储能更多参与 电网调峰、调频服务,获得服务补偿费,并且在碳排放交易市场搭建完善后, 出售碳排放指标获得收益,打通多种收益来源,提升收益模型分子端。3. 他山之石:欧美储能应用启示3.1 欧美储能已经逐渐发展成熟3.1.1 新能源发展提供储能发展机遇近年来,随着全球对环境的关注,各国的政策都显示出对新能源的偏移和重视。随 着各国新能源装机量的大幅提升,其储能装机量也有大幅度的增长。新能源以风电 和光伏为代表,具有间断式供应的特点,波动性较大,无法保证持续功能,这催生 了储能需求。储能能够将能源在生产时多余的部分储存起来,在停产时将储存起来 的能量释放,提高了新能源的持续性。全球新能源装机占比持续增长,英国领跑能源结构性改革。2018~2019 年,英国的 新能源发电量占全国总发电量的比例超过 30%,2019 年新增储能与新能源的比例 为 18.5%,大幅领先其他国家。2008 年,英国颁布《2008 气候变化法案》,使英国 成为世界上第一个为减少温室气体排放、适应气候变化而建立具有法律约束性长期 框架的国家。美国储能市场发展较为成熟,已实现储能随新能源需求自动调整。美国的新能源发 展较早,增幅较大。2019 年新能源新增装机量达 28.35GW,较 2013 年增长 527%。 受美国政策推动和市场机制的引入,其储能新增装机量实现大规模上涨,2019 年 美国储能新增装机量达 314MW,较 2013 年增长 528%。2015 年,储能新增装机 实现较大飞跃,之后随新能源装机量变化呈线性关系。政策鼓励和监督驱动下,澳大利亚储能产业实现快速发展。澳大利亚具有丰富的风 能、太阳能和核能等资源,新能源装机量占总装机量 15.5%,能源结构已经发生变 化。2016 年 9 月,南澳大利亚州发生大范围停电事故,引起该国对储能的重视。 2017 年,各州政府相继推出一系列资金扶持性措施推动储能示范性项目的建立, 该年储能新增装机较 2016 年增长近 8 倍,并逐年趋于稳定。英国新能源和储能发展不同步,储能市场规模自 2017 年迎来快速增长。欧洲对新 能源的发展较为重视,以英国为代表,其新能源装机量处于世界前列。2016 年以 来,英国大幅度推进储能相关政策及电力市场规则的修订工作,确保储能市场的大 规模发展。同时,英国取消光伏发电补贴政策,客观上刺激了用户侧储能的发展。 因此,英国储能装机量不断上涨,2019 年新增装机 500MW,较 2013 年实现了 44.5 倍的增长,已初步实现随新能源装机需求而调整储能需求。韩国的新能源和储能实现了同时同步发展,规模较小但增长较快。韩国新能源装机 量逐年稳步提升,2019 年相比 2013 年增长 444%。自 2016 年起,韩国的储能行 业实现较大增长。受新能源装机需求的推动,2018 年,韩国的储能装机量达 1456MW,较 2013 年增长 103 倍,LG 化学公司、三星 SDI 公司等积累了较好口 碑。2018 年 5 月至 2019 年 12 月,韩国储能行业共发生 27 起严重火灾,导致韩 国 2019 年储能装机量大幅下降。中国光伏近年发展速度加快,储能仍处于起步阶段。中国的风电行业发展较早,已 形成一定规模。近十年来,光伏行业迅速发展,使新能源装机量不断攀升。2019 年 新增装机 55.87GW,较 2013 年增长 113.53%。中国的新增储能在 2018 年有了较 大的增长,较 2017 年增长超过 8 倍。但是,中国的储能产业仍处于起步阶段,2019 年新增储能只占总新增装机量的 0.95%,储能产业仍有较大的成长空间。3.1.2 我国电价水平较低影响储能盈利能力从全球范围看,我国电价处于较低水平。与可获得数据的 35 个 OECD 国家相比, 我国居民电价位列倒数第二,仅为 0.542 元/kWh;工业电价位列倒数第九,为 0.635 元/ kWh,远低于丹麦、意大利等欧洲发达国家。而储能收入端受电价水平决定,较 低的电价使得我国储能应用场景受限,需要进一步提升降本能力,才能保证有稳定 的盈利能力。3.1.3 用户承担是国外电力辅助服务主要方式欧美发达国家在电力辅助服务领域经过多年建设,形成了各自体系。美国 PJM辅助服务市场是全球电力辅助服务市场领域较成熟的案例,PJM 辅助服务将电能量与 调频、备用联合出清,以达到成本的最小化。PJM 市场能够每 5 分钟进行一次联合 出清,产生节点边际电价、调频服务的里程价格和容量价格、同步备用出清价、非 同步备用出清价,负荷服务商(Loading-serving entities,LSE)有义务根据其占总负 荷的比例购买调频和备用服务。PJM 辅助服务市场将电力现货与辅助市场联系起 来,并且传导至电力用户进行费用分摊,使得市场得以有效运行并产生效益。除了 PJM 辅助服务市场,其他国家也建立了辅助服务市场:英国电力辅助服务市场:英国电力市场包括远期合同(电能量市场)、短期现货 (电能量市场)、平衡机制(辅助服务),辅助服务包括调频、备用、无功调节和 黑启动,主要通过招标和签订双边合同方式获取,有发电企业和电力用户共同承 担。北欧辅助服务市场:辅助服务包括频率控制备用、频率恢复调频、替代备用、电 压控制、黑启动等,通过双边协商或公开竞标以长期合同方式获得,费用由用户 侧分摊。澳大利亚辅助服务市场:提供的辅助服务包括频率控制、网络支持控制辅助服务, 其中频率控制采用招投标,网络支持控制服务采用签订长协方式,费用有发电企 业和用户共同承担。综合对比,我国与国外电力辅助服务市场存在以下主要不同:调峰在国外一般不作为辅助服务品种出现。我国电价体系仍然偏计划性质,将调 峰列为服务内容,而国外调峰主要通过电力现货市场价格发展作用实现,因此调 峰在国外一般不作为辅助服务品种出现。在国外电力用户承担部分或全部辅助服务费用。我国电力服务辅助补偿费用主要 由发电企业承担,2019H1 火电、风电、水电在电力辅助服务费用分摊分别占比 56%、24%、8%。而国外主要由电力用户承担此费用。3.2 美国:政策+技术实现储能规模化美国的储能产业开发早于中国,目前主要通过市场化和优惠政策已经实现了储能的 规模化。从 2007 年开始,美国就对储能进行了市场化探索。从电力公司和零售商 支付大客户利用储能来替代电网调峰费用开始,到电力零售市场的服务补偿机制, 最后制定出了一套适用于储能市场化的市场规则,一步步完善储能行业的商业化探 索道路。美国对储能的优惠政策分为补贴支持和税收减免,持续为企业减负,为行业赋能。1) 2009 年美国通过复苏与再投资法案,利用 1.85 亿美元资助 16 个储能示范项 目;2) 能源部资助计划主要针对储能研发与示范项目提供资金支持,2020 年约 6687 万美元;3) 发布一系列《可再生与绿色能源存储技术方案》,给电网规模储能投资提供 15 亿 美元的税收优惠;4) 投资税收抵减和五年期加速折旧政策,投资税收抵免覆盖与可再生能源进行配 套的储能容量,允许储能项目按 5~7 年的折旧期加速折旧;5) 2019 年发布《储能税收激励与部署法案》,允许为独立储能系统提供类似的投 资税收抵减。提出价格相关产业发展目标,具体化应用场景。2020 年 12 月,美国能源部首次发 布《储能大挑战路线图》,旨在加速下一代储能技术的研发、制造和应用,并建立美 国在储能领域的全球领导地位。路线图按照各种工业文献中指出的技术水平,提出 了一些价格相关的产业发展目标,从驱动力和价格目标两方面积极具体化应用场景, 实现储能的进一步市场化。3.2.1 加州政策目标清晰,市场调度合理,率先完成储能市场规模化由于各州资源、特点和电力市场的规则不同,其储能市场的发展有差异,储能政策 也有差异。加利福尼亚州电力市场是储能能量规模最大的地区,2013 年至 2019 年 加州储能新增装机量占美国储能新增装机量的比例平均超过 25%。政府推进储能市场化进程,电网总体协调与用电预测为电力灵活调度赋能。加州在 产业政策上出台法案,规定 2030 年可再生能源发电 60%,2045 年可再生能源发 电 100%。由于需求供给不平衡,电力安全供应难等问题,对储能提出了新的要求。 加州要求三家公用事业公司实现 2020 年储能装机 1.8GW 的目标,并要求所有公 用事业公司纳入综合资源计划进行统筹规划。实时市场调度、需求响应系统配置使成熟的电力市场成为可能。2014 年,加州建 立新的实时市场,允许电网运营商将能量转移到更大的地理区域以及不同的时区, 安排使用成本较低的可再生能源,满足更大地区的用电需求。创建净负荷曲线,预 测负荷和预期用电量之间的差值;增加能源储存、能源效率和需求响应系统,匹配 能源生产时间的使用时间率。储能市场中,各类型的储能设施可同时参与日前和实时能量、调频、旋转备用等多 个电力市场获取收益。加州电网侧储能项目通过调频与能量收益盈利,用户侧储能 主要通过分时电价、激励补贴与电力市场等方式获取收益,其中用户激励补贴是推 动用户侧储能发展的重要因素。3.2.2 三种资源模型参与交易 DER 技术成为研究热点为方便储能装置参与电力市场交易,CAISO 定义了三种资源模型:代理需求响应资 源(PDR)、分布式能源(DER)和非发电资源(NGR),这类辅助服务资源可获得 容量费和调用的能量费。分布式储能具有规模小、分布散的特点,多点聚合成为分布式储能发展的趋势之一。 DER 形式可以聚合任意形式的分布式资源。分布式资源供应商(DERP)只能通过 调度协调员在批发能量市场和辅助服务市场进行竞标。当 DERP 的聚合资源跨越多 个定价节点时,调度协调员需要聚合每个节点的资源份额。美国加州独立系统运行 机构(CAISO)会针对聚合层面发布调度指令,由 DERP 将这些指令分解到 DERs。 DERs 在定价节点级别提供一个与调度指令一致的净响应。DER 目前参与比较有限,面临多方面障碍。在经济效益方面,DER 净收入较低, 预测设备、监控设备等设备的大量投入提高了成本。其他两个模型由于具有较高的 收益,对 DER 构成竞争。在技术方面,每个 DER 都要配备表计或相关设备,提供 辅助服务时,必须安装能够每隔 1min 传送数据的遥测系统。此外,还要解决电网 末端双向流动带来的电力供需平衡问题。3.2.3 用户端受政策影响较大用户端储能发展受补贴政策影响较大,补贴政策力度逐渐减小,市场长期发展趋好。 加州在 2001 年推出自发电激励计划(SGIP 计划),并在 2008 年将储能纳入该计 划中。该计划使用户自发电能够得到补贴,鼓励储能的发展。2016 年,加州公共事 业委员会将补偿分阶段逐渐降低;2017 年,加州政府发布投资税收减免政策,由光伏充电的储能项目可按照储能设备投资额的 30%抵扣应纳税。2020 年,新装居民 及商业用户光伏设备减免比例降为 26%,2021 年降至 22%。从 2022 年开始,仅 商业用户光伏设备可享受 10%的减免比例。3.2.4 技术为科学调峰赋能CAISO 建立了综合能源管理平台,联合了加州的各类发电厂和州政府,预测并实时 更新加州用电的需求以及储能的可用供给量,计算出用电的净需求。同时提供各类 能源的发电数据以及可再生能源的发电数据,使数据使用者对加州的储能发展、能 源结构、新能源发展情况有了进一步的认知。同时,通过预测未来峰值变化,变被 动调峰为主动调峰,优化了储能配置,提高了储能利用率。加州风电和光伏发电比例增长迅速,储能应用规模增大。CAISO 还可以自动生成当 日实际用电需求曲线以及除去风电和光伏发电后的净需求曲线。在每日 8 至17 点, 新能源发电主要由光伏提供。在太阳落山后,新能源发电主要由风电提供。从时间 进行纵向对比,2021 年相比 2018 年,风电和光伏发电占比有了明显的上涨,正午 12 点的占比从 42.37%上涨至 67.97%,对储能应用的需求进一步提高,规模也进 一步扩大。我国在新能源政策方面,有望加大储能补贴以及对负荷预测有关技术的投入力度。 在“十四五”规划纲要草案中,明确提出建设清洁低碳、安全高效的能源体系,提 出要加快发展非化石能源,坚持集中式和分布式并举,将促进国家新能源及储能的 发展。我国可以加大对技术的研发力度,借鉴 CAISO 的模式,实时对国内电力供 应、需求负荷进行监测,在大量数据积累基础上实现出力、负荷预测,提升电力系 统运营效率及储能使用率。3.3 欧洲:用户侧成熟度极高3.3.1 家用储能获得高速发展过去十年,欧洲储能市场取得了显著增长,每年新增装机量快速提升。2011 年,欧 洲新增装机量仅为 4MWh,储能市场雏形初现。2019 年,新增装机量跃升至 1672MWh,相对 2018 年同比增长 83.74%。随着欧洲各国加速能源结构调整,家用储能市场快速发展。目前,欧洲已成为全球 最大的家用储能市场。根据 SolarPower Europe 数据显示,2019 年欧洲家用储能 新增装机量达到 745MWh,同比增长 57%;累计装机量达到 1997MWh,同比增长 60%。德国是欧洲家用储能市场领导者,2019 年新增装机量占比达到 66%。虽然受到新 冠疫情影响,德国家用储能市场在 2020Q1 仍保持较好增势,累计装机即将突破 1000MW。3.3.2 “光伏+储能”模式凭借经济性优势提升规模欧洲用户侧主要存在三种用电方案:完全电网购电:没有安装屋顶光伏和储能系统,电力需求完全从电网采购。仅安装光伏系统,未安装储能系统:自发自用比例仅占 20-35%,午间光伏高发 电量时将过剩电力卖回给电网,夜间光伏不工作时从电网回购部分电力。“光伏+储能”配套使用:自发自用比例提升至 60-90%,将午间富余电力卖回给 电网。随着欧洲居民电价上涨,光储成本下探,光储配套经济性日益显著。德国、意大利、 英国、瑞士等欧洲发达国家购电成本高昂,且呈现持续上升的趋势。以德国为例, 家庭购电成本从 2015 年的 28.7 欧分/kWh 上升至 2019 年的 30.5 欧分/kWh,且在 未来预期继续上涨。与此同时,光伏与“光伏+储能”的 LCOE 不断下降,光伏配 套、电力自发自用模式的经济性越来越显著。此外,“光伏+储能”模式带来更多灵活性,促进光储领域创新商业案例的出现。不 同设备与虚拟电厂(VPP)的结合,为家用储能市场带来更多价值创造途径。3.3.3 多样化政策出台带动欧洲光储发展2019 年,欧盟出台 CEP(Clean Energy Package)计划,提出欧洲能源政策最新 框架。CEP 计划包括 8 项立法法案以及旨在促进清洁能源过渡的各项措施,其中 2019/943 法规与 2019/944 指令特别提到,将大力支持家用储能市场发展,消除发 展中可能存在的财务障碍。CEP 计划之外,各国出台多样化政策促进家用储能发展。常见政策包括对终端消费 者进行直接财务激励、对储能系统实施税收减免、拨款进行建筑综合改造,低成本 装配家用储能系统等。其中,现金补贴是支持家用储能系统部署最快速且最直接的方式,通过减少储能系 统安装成本,鼓励光伏客户配套储能系统。实践表明,定额补贴(例如 2000 欧元 /光储系统)激励效果不佳,更有效的补贴可以分为基准补贴与基于容量(例如 200 欧元/kWh)的变动部分。目前,德国、意大利、奥地利、比利时等国家均实施该项 政策。此外,光伏行业发展初期,欧洲各国出台大量补贴政策以推动行业迅速发展。常见 政策包括上网电价补贴政策(Feed-in tariff , FIT)与净计量政策(Net-metering, NEM) 等。随着光伏行业不断成熟,欧洲电力市场由政策化逐步向市场化发展,各国的 FIT 和 NEM 政策正逐步到期或削减。储能的推广应用可以减少行业对光伏补贴政策的 依赖,“光伏+储能”模式有望得到进一步推广。3.3.4 德国:引领欧洲储能市场德国是用户侧储能发展最为成熟的国家之一,其中家用储能是德国储能市场的主要 构成部分。据 BNEF、SolorPower Europe 数据统计,2019 年德国储能新增装机量 为 910MWh,其中家用储能新增装机量达到 496MWh,占比 54.51%。德国家用储能市场发展成熟的主要原因包括高比例的可再生能源发电、居民零售电 价整体上升以及光伏补贴转向家用储能:可再生能源供电比例不断提高,促进储能市场向前发展。2010 年,德国联邦政府 发布《能源规划纲要》,推动能源转型战略发展。近年来,德国可再生能源发电量 呈逐步上升趋势,2019 年达到 333,200GWh,占比达到 53.9%。随着可再生能 源供电比例不断提高,电网波动性加强,储能将有助于维持电网稳定性,保障用 电质量,与可再生能源一同向前发展。家庭购电成本高昂,居民零售电价不断上涨。2020 年,德国居民零售电价为 0.38 美元/kWh,在欧洲主要国家中高居榜首。2019 年德国平均电价水平为 2006 年 的 1.55 倍,其中可再生能源附加费从 2006 年的 0.88 欧分/kWh 增至 2019 年的 6.41 欧分/kWh,增幅达 7.28 倍。随着未来电价不断上涨,德国居民将逐步提高 电力自发自用比例,家用储能将进一步发展。光伏 FIT 逐年下降,补贴政策转向家用储能。德国的并网补贴自 2009 年后大幅 减少,以装机容量低于 10kW 的居民屋顶项目为例,并网补贴价格从 2009 年的 0.43 欧元/kWh 降低到 2012 年的 0.24 欧元/kWh。与此同时,德国复兴发展银行 通过 KFW275 计划,为现有和新增光伏用户配套储能提供补贴,推动德国居民自 发自用,降低用电成本。在能源转型和欧盟碳中和目标的引领下,德国电力系统向更高比例新能源不断迈进。 未来,蓬勃发展的用户侧储能将为电力系统灵活性提供支撑。与此同时,完善的政 策与市场机制也将驱动德国储能行业焕发全新活力。3.3.5 启示:欧洲市场成熟经验值得借鉴我们认为欧洲储能市场蓬勃发展的原因主要有以下三点:积极挖掘电力灵活性资源,应对高比例风光消纳带来的挑战。欧洲主要国家可再 生能源发电比例较高且不断提升,为保障电网稳定性与供电可靠性,各个国家积 极挖掘灵活性资源,充分发挥调节能力。当煤电和气电等传统手段无法完全应对 挑战,新能源配储成为良好的解决方案,储能市场伴随新能源快速发展。电力市场化程度较高,电价体系灵活性强。欧盟是电力市场化改革的先行者,经 过 20 年时间,欧洲电力市场化程度已经达到较高水平。自由化的电力市场中, 储能资源可参与现货市场、辅助服务市场等多个电力市场并获取收益。随着欧洲 电力市场化进程的持续推进,储能系统将朝向商业化继续发展。以德国为例,电力现货市场的出清价格调节机制,有利于灵活性资源的发展。电 力现货市场的价格往往与清洁能源发电量的盈余程度成反比。当风光出力不足, 现货市场出清价上涨时,灵活性资源得益于其快速响应能力,会在秒级和分钟级 别快速响应提高出力,达成较好的盈利。因此,建设灵活性资源的商业成熟度会 大大增强,储能作为优质灵活性资源将得以发展。政策补贴推动储能行业不断发展。政策补贴在行业发展初期起到极为重要的驱动 作用,随着光伏技术不断成熟,市场化导向愈发明确,欧洲国家纷纷削弱光伏补 贴,逐步转向储能市场,推动储能市场高速发展。未来,随着光伏渗透率及光伏配储渗透率的进一步提升,欧洲储能市场发展前景广 阔。根据 SolorPower Europe 预测,2023 年,欧洲家用储能市场新增装机量将突 破 1GWh。细分来看,德国、意大利、英国家用储能市场都将蓬勃发展,目前,中国储能市场已度过从 0 到 1 阶段,正在从 1 到∞的发展阶段。随着“30·60”目标的提出,如何应对可再生能源发展成为重要议题。与此同时,政府提出深化电 力市场化改革,并积极部署储能政策补贴。中国应当立足自身国情,学习借鉴欧洲 储能市场成熟经验,推动中国储能市场向前发展。4. 供给侧:电池储能产业链已具备竞争力4.1 各类储能形式对比4.1.1 锂电池性能领先其他储能形式储能主要是指能量的存储,主要作用是将电能以各种形态存储起来,在需要时释放 出来,实现时间维度上能源转移。储能按形式分为几大类:机械类储能、电磁类储 能、电化学类储能、热储能、氢储能等。从各种储能形式的综合性能对比,电池储能在使用效率、布局灵活性、循环寿命、 投资成本等方面具有综合优势,是目前最适合规模化发展的储能形式。电化学储能有多种形式,包括磷酸铁锂、三元、钛酸锂、铅酸、铅炭、液流等,电 池储能容量和抽水蓄能等储能形式不具备优势,因此倍率性能、循环寿命非常重要, 磷酸铁锂电池凭借在这两项优异性能,以及相对较低的成本,成为目前最具有发展 潜力的电池储能形式。根据 CNESA 全球储能项目库的统计,2000 年至 2019 年底中国储能市场累计装机 中,抽水蓄能占比 93.4%,电化学储能占比 5.3%。锂电池是电化学储能中占比最 高储能形式,占比达到 80.6%。从全球储能装机比例来看,2000~2019 年全球的储能市场累计装机中,抽水蓄能占 92.6%,电化学类储能占比 5.2%,其中锂电池占电化学储能 88.8%的比例,具有压 倒性优势。从我国及全球的装机规模比例可以得出:不论是我国还是全球的趋势中, 抽水蓄能和锂离子电池是当下最为广泛的储能技术,未来也仍将是储能的主要发展 方向。4.1.2 抽水蓄能发展速度在减缓世界上第一座抽水蓄能电站诞生于 20 世纪上半期的欧洲,当时主要用于调节常规 水电站发电的季节不确定性,汛期蓄水干涸季节发电。后随着时代的变迁,不仅发 达国家包括许多发展中国家逐渐建立大量核电站,从而抽水蓄能电站辅佐核电站, 主要用于调峰及备用功能。2014~2019 年中国抽水蓄能累计装机量增加近 10GW,截止 2019 年底,我国累计 装机量已达到 30.3GW。2017 年抽水蓄能新增装机突破 4GW,为近几年新增装机 最高年份。20 世纪 90 年代初开始液化天然气及石油气电站大量增加,抽水蓄能电站发展逐渐 缓慢。21 世纪新能源的问世、特高压电网快速发展,抽水蓄能发展迎来新的高峰且 逐渐全球化,从 2000 年到 2019 年抽水蓄能在我国及全球累计装机规模都处于压 倒性优势。但在所有储能形式中,抽水蓄能的劣势在于局限性较大,厂址建设非常依赖地理条 件,建设成本高,并且建设周期长达 7-8 年,大型建设容易破坏生态平衡,所以抽 水蓄能无法在世界各地简易地被随时随地使用,抽水蓄能更适合作为大型发电项目 配套。4.1.3 锂电池储能最具发展潜力从 20 世纪 50 年代的石油危机使人类开始寻找新的能源,同时军事、航空、医药等 领域也对此提出了需求,锂电池最早于 20 世纪 90 年代才由日本索尼公司开发成功 实现商品化。随着时代的发展和科技的更新,近十年问世的智能手机、笔记本电脑 及各类电子移动设备及交通工具及储能方向的广泛应用,使目前锂电池储能的市场 规模目前仅次于有着近百年发展历史的抽水蓄能。2014 年至 2019 年中国锂电储能发展进入快车道。截止 2020 年底,我国锂电储能 累计装机量已达到 2.14GW,2016、2018 新增装机同比增长达 827%、544%,2020年累计装机量已是 2014 年的 34 倍,显示了锂电储能的飞速发展。随着锂电池的广泛应用,我国已出台各种锂电池材料标准,锂电池价格虽高,但应 用效率可在 95%以上。与抽水蓄能不同的是,锂电储能选址建设灵活且建设周期短, 并且循环寿命长。锂电池技术由于在新能源汽车、5G 基站、电动工具等领域的广 泛应用,技术进步及成本下降速度飞快,未来仍然具有很大潜力可以挖掘,在储能 领域也将发挥更大的作用。4.2 成本下降持续提升锂电储能竞争力4.2.1 电池 PACK 是储能系统成本决定因素储能系统主要由电池组 PACK、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量 管理系统(EMS),以及变压器、配置系统等构成。储能系统建造成本除了设备购置成本外,还有 EPC 及管理费用。电池组 PACK 在 储能系统中成本占比最高,往往在 50~60%左右的水平,电池成本直接决定了储能 系统在成本上的竞争力。储能系统成本与配置充放电时长存在负相关,即充放电时长越长的系统,系统单位 成本会越低。这是由于储能系统中,电池组是以容量为单位计算成本,而 PCS 以 功率为单位计算成本,长时长的储能系统能够通过大容量减小各部分单位成本。充 放电时长 4h 的储能系统电池成本占比 55%,而 0.5h 的储能系统中电池成本降为 24%。4.2.2 未来储能系统降本空间巨大锂电池价格下降潜力给了储能系统降本最大信心和动力。储能电池作为锂电池众多 应用领域之一,充分享受到了锂电池降本的红利。由于在动力电池、电动工具、5G 基站等领域的规模化应用和持续技术迭代,锂电池价格不断下降,从2010年的1191 美元/kWh,下降至 2020 年 137 美元/kWh,整体降幅达 87%,CAGR=-19.4%。锂 电池领域仍然在不断进行产品研发、工艺提升,预计仍可保持每年 10%以上的降本 幅度。由于储能系统中最大成本项的电池组成本不断下降,储能系统综合成本亦处于下降 通道。预计 2030 年储能综合成本可以降至 165 美元/kWh,较 2020 年的 304 美元 /kWh 下降 45.7%,持续降本是不断提升储能竞争力的最有力支持。电池是最大成本下降贡献项。从绝对值角度,从 2020 到 2030 年,储能系统 139 美元/kWh 的成本降幅中,有 93 美元/kWh 来自电池成本下降,占比达到 67%。电 池自身成本从 2020 的 161 美元/kWh,下降到 2030 年的 68 美元/kWh,共下降 57.8%,体现了极强降本能力。从储能系统各部分成本占比角度,未来电池成本不断下降,但部分成本如 PCS、 EMS、变压器、EPC 等相对刚性,会导致未来电池成本占比下降,其他部分成本占 比上升,整体降本曲线到后期斜率变小。4.3 储能产业链蕴藏大机遇4.3.1 产业链分工明确,龙头优势突出储能产业链涉及的环节众多,从电池制造到 EPC 施工,再到各种场景下运营,电 池制造环节与动力电池企业存在交集,EPC 施工环节与光伏、风电施工企业存在交 集,运营商和电网企业存在交集,储能产业链已经是电力体系中非常重要的一部分。储能产业链主要参与商分为以下几类:上游:设备制造商。电池制造商多与动力电池制造商重合,储能变流器制造商多 与光伏逆变器制造商重合,属于同类或类似产品在新领域的应用。中游:系统集成商。部分设备制造商、专业集成商均参与该环节,该环节核心在 于对储能领域的深刻理解及经验积累。下游:系统运营商。央企、地方国企、民企均参与该环节,未来央企在大基地新 能源基地建设优势将愈发突出,对储能需求也将持续增长。宁德时代在电池领域遥遥领先。2019 年储能电池装机量排名第一的是宁德时代, 装机量达到第二名的3倍以上。宁德时代凭借在动力电池领域技术和市场领先地位, 将其复用至储能领域,展示了巨大的优势。阳光电源在储能变流器持续发力并取得领先。储能变流器属于电力电子设备,与逆 变器具有极强的技术相关性,因此在逆变器领域具备优势的企业,在储能变流器同 样具有非常领先的市场份额。2019 年阳光电源在储能变流器装机排名遥遥领先, 未来公司也将重点继续发力此领域。阳光电源储能集成规模最大。储能系统集成需要对储能领域有非常深刻的理解和实 践经验,并且具有强大的供应链管理能力,因此系统集成商排名靠前的企业,多为 深耕储能领域多年的资深厂家。2019 年阳光电源在储能系统集成商位列首位,公 司强大的电站开发能力,以及储能变流器等设备制造能力,为系统集成业务继续做 大做强奠定基础。4.3.2 我国将继续主导储能产业链从全球维度出发,我国储能产业链受益于锂电池行业的快速发展,在全球处于领先 地位。根据 BNEF 统计的全球锂电池供应链排名数据,我国在 2020 年赶超了过去 十年间领先的日本和韩国,成为新的领头羊。我国电池产业领先的原因包括:1)国 内庞大电池需求,包括新能源汽车、储能、5G 基站等领域快速增长大幅提升锂电 池需求;2)我国掌控了全球 80%电池金属精炼产能、77%的电芯产能和 60%的关键原材料产能。预计到 2025 年,我国将持续保持全球锂电池供应链主导地位,对 于储能行业带来强力支撑。在取得领先的同时,我国锂电产业链仍然存在一些需要解决的问题,这直接关系到 包括储能在内的相关行业长期发展。我国在监管、基础设施及创新领域需继续提升。2020 年,日本和韩国在全球锂电 池供应链排名分别位列第二和第三,日韩在监管、基础设施及创新方面领先我国,未来该领域需要继续努力提升。碳中和推进提出将提升环境指标。我国的环境指标排名相对靠后,碳中和目标的 提出,以及具体执行工作推进,对于锂电池等新能源设备生产环境指标提升,将 产生极大积极作用。详见报告原文。(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)精选报告来源:【未来智库官网】。

猫头鹰

电化学储能行业深度研究报告:能源革命下一站,征途是星辰大海

1 锂电储能应用广泛,装机规模持续提升潜力巨大 电储能一般指电能的储存和释放的循环过程,一般分为电化学储能和机械储能。从广义上讲,储能是指通过介质或设备将能量转化为在自然条件下较为稳定的存在形态并存储起来,以备在需要时释放的循环过程,一般可根据能量存储形式的不同分为电储能、热储能和氢储能三类。从狭义上讲,一般主要指电储能,也是目前最主要的储能方式,可按照存储原理的不同分为电化学储能和机械储能两类。其中,电化学储能是指利用化学元素做储能介质,充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变价,主要包括锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池储能等;机械储能一般采用水、空气等作为储能介质,充放电过程储能介质不发生化学变化,主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。抽水蓄能装机规模最大,锂电储能快速发展。抽水蓄能作为机械储能的一种技术类型,早在20世纪90年代就实现了商业化应用,是目前技术成熟度最高、存储成本最低、使用寿命长、装机规模最大的储能技术。根据CNESA,截至2020年9月,全球已投运电力储能项目的累计装机规模达 186.1GW,其中抽水蓄能累计装机规模约171GW,占比约91.9%;但受站址资源不足、成本疏导困难和建设周期较长等局限,近几年新增装机较小。与此同时,锂离子电池储能技术作为电化学储能的主要技术路线,具有能量密度高、综合效率高、成本下降潜力大、建设周期短和适用性广泛等特性,装机规模持续提升。截至2020年9月,全球电化学储能累计装机规模达10.90GW,占比约5.9%;其中锂电储能装机规模9.81GW,在电化学储能中占比约90%,是第二大规模的储能技术类型。2020年前三季度全球新增投运电化学储能装机规模为2.66GW,同比增长约 167%;其中锂电池储能装机规模约2.62GW,占比约98.4%。电化学储能产业链可分为上游材料、中游核心部件制造、下游应用。储能产业链上游主要为电池原材料,包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及结构件等。产业链中游主要为储能系统的集成与制造,对于一个完整的储能系统,一般包括电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及储能变流器(PCS)四大组成部分。其中,电池组是储能系统的能量核心,负责电能的存储;BMS是系统的感知核心,主要负责电池监测、评估和保护以及均衡等;EMS是系统的控制核心,主要负责数据采集、网络监控、能量调度等;PCS是系统的决策核心,主要负责控制充放电过程,进行交直流的变换。产业链下游主要为不同应用场景的运维服务等,如储能可用于电力系统的发电侧、输配电侧、用电侧,实现调峰调频、减少弃光弃风、缓解电网阻塞、峰谷价差套利、容量电费管理等功能;其他应用场景还包括通信基站、数据中心等的备用电源,以及为机器人系统供电,保障高性能武器装备的稳定运行等。2 五年三千亿市场空间可期,能源革命是核心驱动力 2.1 能源结构转型对电网的冲击是发输配电侧储能的底层逻辑 2.1.1 全球脱碳趋势明确,高比例可再生能源结构转型加速 全球脱碳趋势明确,十大煤电国已有六国承诺碳中和。我国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。到2030年,我国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到1200GW以上。欧盟于2020年12月11日通过《2030年气候目标计划》,计划将2030年温室气体减排目标由此前的40%的提高至55%,并通过了总额逾1.8万亿欧元的复苏计划,其中约30%经费将用来协助欧洲绿色转型,为 2050年实现碳中和提供保障。随着推行“绿色新政”,美国即将重返《巴黎协定》,并计划在2050年之前达到净零排放,其中电力部门将在2035年实现碳中和,36%电力需求来自于可再生能源和核能。截至目前,全球十大的煤电生产国已有6个国家承诺碳中和,分别为中国(2060)、美国(2050)、日本(2050)、韩国(2050)、南非(2050)、德国(2050)。高比例可再生能源结构转型是实现碳中和的关键路径。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC),碳中和是指二氧化碳的人为移除抵消了人为排放,其中人为排放包括化石燃料燃烧、工业过程、农业及土地利用活动排放等。根据国际可再生能源署(IRENA),化石燃料燃烧和工业过程的二氧化碳排放占比80%以上,分部门来看,电力(占比31%)、交通(占比25%)、工业(占比 21%)为排放量前三的部门。减碳举措一般可分为能源结构转型、模式升级、能效提升、碳捕获与储存技术四大类,其中能源结构转型,即电力部门可再生能源发电比重提升,同时其他部门深度电力化,是减排的关键路径。按照《巴黎协定》将全球平均气温较前工业化时期的升幅控制在2℃以内的目标,IRENA预测到2050年,全球能源相关的CO2排放量需减少70%。从能源结构来看,电力将成为主要的能源载体,占终端消费的比例由20%增长至近50%,每年新增 1000TWh的电力需求,可再生能源发电的比例需大幅上升至86%,对应每年超过 520GW的新增可再生能源发电装机。2.1.2 可再生能源波动性与电网稳定性的根本性矛盾催生储能需求 电力系统具有很高的稳定性要求。电能以光速传送,并且不能大规模存储,发、输、配、用瞬时同步完成,整个电力系统时刻处于一个动态的平衡状态。在稳态运行时,电力系统中发电机发出的有功功率和负载消耗的有功功率相平衡,系统频率维持额定值。当电源功率大于负荷功率时,系统频率升高;反之系统频率降低。因此电网需通过一次调频、二次调频等手段保证频率在合格范围,否则将对负载或发电设备的运行产生影响,严重时甚至导致频率崩溃,造成大面积停电。 可再生能源发电具有很强的间歇性和波动性。可再生能源发电依赖于自然条件,先天具有间歇性和波动性特征。例如,风力发电是由自然风吹动风机的叶片,带动传动轴转动,把风的动能转化为机械动能再转化为电能,风力间歇性的特点导致风力发电输出的电能也具有间歇性;光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转化为电能,其发电功率受光照强度直接影响,虽然一个地区年均光照强度总体不变,但光照强度一般从早上逐渐增加到中午达到最强,随后逐渐减弱到晚上达到最弱,同时光照强度在一个小时段内具有一定的随机性,因此光伏发电输出也具有间歇性和波动性的特征。高比例间歇性可再生能源并网将对电网稳定性造成冲击。高比例间歇性新能源接入电力系统后,常规电源不仅要跟随负荷变化,还要平衡新能源出力波动,增加电网调节难度。根据国际能源署(IEA),按照电网吸纳间歇性可再生能源(主要是风电、光伏)的比例划分了四个阶段:(1)第一阶段:间歇性可再生能源占比低于3%,电力需求本身的波动超过了间歇性 可再生电源供应的波动幅度,因此对于电网的运行基本没有影响。(2)第二阶段:间歇性可再生能源占比在3%-15%之间,对电网冲击较小,可通过预测间歇性可再生能源机组发力,以及加强调度的方式平抑可再生能源的波动性和间歇性,可再生能源消纳相对容易。(3)第三阶段:间歇性可再生能源占比在15%-25%之间,对电网冲击较大,此时电网灵活性要求大大增加,短期内需要增加调频电站,中长期需引入需求侧管理与储能技术的应用。(4)第4阶段:间歇性可再生能源占比在25%-50%之间,电网稳定性面临挑战,部分时段100%电力由间歇性可再生能源提供,所有的电厂都必须配置储能灵活运行,以应对电源端和负荷端的随机变化。英国"8.9"大停电事故与高比例风电机组并网有关。2019年8月9日下午5点左右,英国发生自2003年“伦敦大停电”以来规模最大、影响人口最多的停电事故,造成包括伦敦、英格兰、威尔士等多个地区地铁停运、机场瘫痪等,甚至部分医院由于备用电源不足无法进行医疗服务,总共约有近100万家庭和企业受到影响。事后事故分析表明,高比例风电并网而系统备用不足是直接原因:由于新能源发电大量替代传统能源发电,导致电力系统抵御功率差额的能力下降;在电力系统出现接连出现扰动时,系统备用不足未能及时弥补功率缺额导致事故发生;幸好抽蓄机组及时增加出力,阻止事故进一步扩大,可见储能对于稳定电网作用巨大。 储能有望成为可再生能源消纳的最终解决方案。在间歇性可再生能源发电比例不断提升的大背景下,配置储能通过对电能的快速存储和释放,不仅可以降低弃风弃光率,更加重要的作用是可以平抑新能源波动,跟踪计划出力,并参与系统调峰调频,增强电网的稳定性,有望成为新能源电力消纳的最终解决方案。2.1.3 发电侧与输配电侧储能的本质作用基本相同,未来5年需求约131GWh 发电侧与输配电侧储能的本质用途基本相同,涉及的主要是利益分配问题。对于发电侧和输配电侧储能,从商业模式来看有一些差别,但其本质用途基本上均是削峰填谷、调频调峰以及缓解电网阻塞等,保障电网稳定性。至于具体在发电侧或是输配电侧配置储能,主要涉及的是利益分配问题。具体来讲,在我国现行辅助服务市场补偿机制下,是由发电机组单边承担辅助服务费用,享用服务的终端用户并不承担费用,即提供高于自身强度的辅助服务的发电机组将获得补偿,而补偿费用将分摊至提供低于自身强度的服务的发电机组,可简单理解补偿和分摊费用在不同发电机组间打转。2018年国内新增电化学储能装机700MW,电网侧储能装机占比从3%增至21.4%。2019年初,国网和南网发布的指导意见中提出,推动政府主管部门将各省级电力公司投资的电网侧储能计入有效资产,通过输配电价疏导。对于国网和南网的最初设想,可以简单理解为部分电力辅助服务的费用由发电企业转移至电网公司。由于当时储能的经济性不足,这样的机制有利于迅速做大储能规模,保障电网稳定性和安全性,但不利于形成充分竞争的储能市场。然而在2019年5月28日,国家发改委、国家能源局发布新修订的《输配电定价成本监审办法》,明确电储能设施不计入输配电定价成本。2019年输配电侧储能新增装机迅速下降,与此同时发电侧储能新增装机迅速提高。发电侧与输配电侧储能新增装机此消彼长的关系侧面印证了储能在这两个应用场景的本质用途基本相同,需求只是在不同主体间转移。此外,国外机构也通常将发电侧和输配电侧储能归类为电表前端储能。 未来5年发输配电侧的储能系统需求约131GWh,年均复合增速74%。由于发电侧与输配电侧储能的本质用途基本相同,因此我们在预测市场空间时将发电侧与输配电侧合并计算,同时考虑到发电侧与输配电侧的一些特性需求,预计总市场空间高于我们的预测值。根据我们的测算,预计2021-2025年发输配电侧的储能需求约131GWh,年均复合增速约74%,其中2025年发输配电侧储能需求约52GWh。我们对储能配置渗透率和容量配置比例做了双因素敏感性分析,在储能配置渗透率 40%-50%,容量配置比例13%-17%的情形下,2025年发输配电侧储能需求约44-62GWh。长期来看,预计2030年储能系统需求约234GWh。2.2 多因素作用推动用电侧储能快速发展,未来5年需求约93GWh 欧美主要国家用电成本高昂,分布式光伏系统快速发展为储能提供市场基础。储能在用户侧主要与分布式电源配套,或作为独立储能电站应用,其用途主要为电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性等。德国、日本、意大利、英国等欧美发达国家用电成本高昂,如居民电价是中国的2-4 倍,且呈现持续上升的趋势。以美国为例,根据美国能源信息署(EIA),1997-2019年美国居民零售平均电价以约2.20%的复合增速增长。电价的影响因素较多,简单来看,一方面电价长期受通胀影响,随着燃料及人工费用增加而增加;另一方面如大容量发电机组、提高输电电压等技术进步可提升效率降低电价。目前电力工业技术较为成熟,通胀一般是影响电力价格的主要因素。根据EIA的预测,2019-2050年美国名义电价年均复合增速约为2.30%,而真实电价(以2019为基准)变动很小。因此,预计欧美主要国家将长期保持高昂的居民用电成本。由于全球多个国家和地区分布式光伏系统早已实现用电侧平价,分布式光伏系统快速发展,2019年全球分布式装机约40GW,占总装机的比重近35%,为储能的发展提供坚实的市场基础。上网补贴(FIT)和净计量(NEM)政策到期或削减,分布式搭配储能有望得到推广。 上网补贴(FIT)政策对用户输送给电网的电力给予一定补贴,净计量(NEM)政策使得用户可将光伏系统生成的多余的电力输送回电网。近年来随着光伏逐渐平价,各国的 FIT 和 NEM 正逐步到期或削减,而储能的推广应用可以减少行业对 FIT 及 NEM 等政策的依赖,分布式搭配储能自发自用的模式有望得到推广。部分国家电力供应稳定性较差,不同规模的停电事件时有发生,储能接受度提升。(1)美国电力系统主要由东部电网、西部电网和德克萨斯州电网组成,其中大部分输配电设施由 500 多家互相独立的私营公司运营。美国电网的特殊结构造成了电网难以优化配置和统一管理,同时美国电网发展缓慢,70%的输电线路和电力变压器运行年限在 25 年以上,60%的断路器运行年限超过 30 年,因此电力系统稳定性较差。2019 年 10 月,美国加州山火事件造成了大 规模停电事件,电力公司 PG&E 的 500 多万用户均存在断电风险,并且每次断电可能持续数 天。近期来看,2020 年 12 月底,美国东部多地遭遇冬季风暴,马萨诸塞州、宾夕法尼亚州, 以及纽约市、新泽西州和康涅狄格州部分地区超过 5.5 万用户断电。2021 年 1 月初,美国南部遭遇强降雪,得克萨斯州、路易斯安娜州多数地区超过 15 万用户断电;美国西海岸遭遇风暴袭击,俄勒冈州、华盛顿州、南加州造成超过 50 万用户断电等。(2)由于南非电力系统管理水平有限,发电机组及输配电设施时常发生故障,煤炭、燃油等燃料储备也时常无法满足需求,再加上一些罢工和示威,甚至蓄意破坏电力设施的外部事件,导致南非经常发生不同规模的停电事件。南非电力公司 Eskom 将全国性分区停电的措施分为八级,其中最严重的八级限电指 电网必须节约 8000MW 的电力。2019 年底,南非施行了前所未有的六级限电,其严重程度相 当于在 4 天内遭到 18 次停电,每次最多 4 个半小时,或者在 8 天内遭到 18 次停电,每次最多 2 个小时,每次停电受到影响的人数多达 1900 万人。2020 年南非已多次发生不同规模的限电事件,2021 年状况依旧没有改观,根据新闻报道,南非电力公司 Eskom 预计今年 4 月份前每周都会出现电力短缺情况。频繁的停电事件对现代生产生活造成了很大的影响,储能的应用可以保障电力的连续供应,储能接受度逐步提升。2010-2019 年锂电池价格下降 87%,带动系统成本快速下降,储能经济性逐渐显现。受益于新能源汽车产业蓬勃发展,锂电池的大规模应用实现成本快速下降,根据 BNEF,2010-2019 年期间锂电池组的平均价格的下降幅度达 87%,带动储能系统成本迅速下降。目前储能应用经济性拐点快速临近,有望激发需求迅速增长。未来 5 年用电侧的储能系统需求约 93GWh,年均复合增速 95%。上述多个因素叠加,使得储能在终端价值的价值逐步显现。考虑到在储能用户侧,与分布式电源配套或作为独立储能电站的应用场景和客户群体均有较高的相似性,因此在预测市场空间时忽略了作为独立储能电站的需求,预计总市场空间高于我们的预测值。根据我们的测算,预计 2021-2025 年发用电侧的储能需求约 93GWh,年均复合增速约 95%,其中 2025 年用电侧储能需求约 41GWh。我们对储能配置渗透率和容量配置比例做了双因素敏感性分析,在储能配置渗透率 45%-55%,容量配置比例 13%-17%的情形下,2025 年发输配电侧储能需求约 32-50GWh。长期来看,预计 2030 年储能系统需求约 190GWh。2.3 5G 基站建设周期带动后备电源需求大幅提升 5G 建设加速,2019-2028 年宏基站需求近 500 万个。5G 基站按照功率和覆盖范围的不同, 5G 基站可分为宏基站和小基站组成,其中小基站包括微基站、皮基站、飞基站。由于 5G 的 频段相比 4G 更高,基站的覆盖范围缩小,因此一般将 5G 宏基站建设在较为空旷的地区,通过小基站的补充使用提升 5G 基站的覆盖范围。“宏基站+小基站”的组网覆盖模式为 5G 基站的主流部署模式。根据赛迪投资顾问,保守预计小基站数量将是宏基站数量的 2 倍。参考 4G 基站的建设节奏,我们预计在 2019-2028 年 5G 基站建设周期中,宏基站建设数量近 500 万个,小基站建设数量近 1000 万个,建设节奏上预计 2020-2021 年达到高潮,随后数量慢慢减少。5G 基站功耗大幅提升 2.5-4 倍,带动后备电源扩容需求大幅增加。基站主设备一般由 1 个 BBU(基带处理单元)和 3 个AAU(有源天线单元)组成。其中,BBU 主要负责基带数字信号处理,比如 FFT/IFFT、调制/解调、信道编码/解码等;AAU 主要由 DAC(数模转换)、RF(射频单元)、PA(功放)和天线等部分组成,将基带数字信号转为模拟信号,再调制成高频射频信号,放大至足够功率后由天线发射出去。由于 5G 基站天线里面包含更多的射频模块,基站功耗比 4G 基站高出很多。根据中国铁塔公司公布的数据,5G 基站单系统的典型功耗约为 4G 基站的 2.5-4 倍,带动后备电源扩容需求大幅增加。磷酸铁锂电池成为 5G 基站后备电源的主流技术路线。通信设备的电源系统对可靠性和稳定性的要求,因此一般采用蓄电池作为后备电源保证连续供电。由于技术成熟、成本低廉、工温范围大等特点,阀控式铅酸蓄电池成为 4G 基站后备电源的主流技术路线。但进入 5G 时代后,由于 5G 基站的功耗大幅提升,而现有机房空间和设施很难承载后备电源容量极大的扩容需求。磷酸铁锂电池具有较高的能量密度,且在安全性、循环寿命、快速充放等方面具备明显优势,可减少对市电增容改造的需求,降低建设和运营成本。虽然目前磷酸铁锂电池价格仍高于铅酸电池,但在全生命周期成本的评价体系下,磷酸铁锂电池与铅酸电池的度电成本已相差无几,且随着技术进步磷酸铁锂电池还存在着较大的降本空间,因此磷酸铁锂电池取代铅酸电池成为 5G 时代基站后备电源的主流技术路线。2018 年,中国铁塔已停止采购铅酸电池,采用梯次利用锂电池。2020 年,国内三大通信运营商与中国铁塔相继发布磷酸铁锂电池集中采购计划,目前已明确采购量约 4 GW。未来 5 年 5G 基站的储能系统需求近 35GWh。根据我们的测算,预计 2021-2025 年 5G 基站的磷酸铁锂电池储能需求近 35GWh,其中 2025 年磷酸铁锂电池储能需求约 4.4GWh。2.4 汽车电动化转型加速,光储充模式有望推广 汽车电动化转型加速,未来 5 年充电设施有望新增约 440 万台。2020年国内市场政策向好,叠加 Model 3、汉EV、造车新势力、宏光 Mini EV 等畅销车型频出,优质供给激发终端需求,下半年新能源汽车销量持续高增。据中汽协统计,2020 年 12 月新能源汽车销量 24.8 万辆,同比增长 49.5%,再创历史新高;全年累计销量 136.7 万辆,同比增长 10.9%。我们预计明年销量有望达到 200 万辆,按照《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》中提出的 2025 年电动化目标 25%,预计 2025 年销量超 600 万辆,未来 5 年国内电动车年均复合增速有望超 35%。新能源汽车的快速渗透带动了充电桩的需求持续提升,根据中国电动充电基础设施促进联盟数据,2020 年充电基础设施新增 46.2 万台,同比增加 12.4%,其中公共充电 基础设施新增 29.1 万台,同比增长 57.2%;截止 2020 年 12 月,全国充电基础设施累计数量为 168.1 万台,同比增加 37.9%,其中公共充电基础设施累计 80.7 万台,同比增长 56.4%。2020 年我国新能源汽车保有量约为 492 万辆,公共充电设施车桩比约为 6:1;假设 2025 年车桩比 约为 4.8:1,则 2021-2025 年我国需新增电动汽车充电设施 383 万台。假设 2030 年车桩比约 为 3.5:1,则 2030 年需新增充电设施约 800 万台。光储充一体化充电站模式有望推广,未来 5 年国内储能系统需求约 6.8 GWh。“光储充” 一体化充电站是在传统充电站的基础上配置分布式光伏系统与储能系统,形成多元互补的微电网系统,缓解充电桩大电流充电时对区域电网的冲击。《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》明确提出,鼓励“光储充放”(分布式光伏发电—储能系统—充放电)多功能综合一体站建设。目前,浙江、湖北、重庆、陕西等地已成功投运“光储充”一体化电动汽车充电站, 未来光储充一体化充电站模式有望推广。根据我们的测算,预计 2021-2025 年光储充一体化的储能系统需求约 6.8 GWh,其中 2025 年储能系统需求约 3.62GWh;长期看来,预计 2030 年 储能系统需求约 44.8GWh。2.5 未来 5 年储能需求合计超 270GWh,市场空间合计约 3400 亿元 未来 5 年储能市场空间合计约 3400 亿元,2030 年市场空间近 3800 亿元。根据我们的测算,预计 2021-2025 年全球储能系统需求超 270GWh,其中 2025 年储能系统需求超 100GWh。 考虑储能系统平均每年价格下降 8%,未来 5 年储能系统市场空间合计约 3400 亿元,其中 2025 年储能系统市场空间近 1200 亿元。长期来看,预计 2030 年储能系统需求超 500GWh,市场空间近 3800 亿元。3 商业模式逐渐清晰,经济性拐点打响装机发令枪 3.1 储能可用于电力系统全环节,备电时长差异导致统一口径的成本评价较为困难 储能可应用于电力系统发电侧、输配电侧、用电侧全环节。电力系统一般分为发电侧、输配电侧和用电侧,储能在三个环节均有应用。在发电侧,储能主要用于电力调峰、辅助动态运行、系统调频、可再生能源并网等;在输配电侧,储能主要用于缓解电网阻塞、延缓输配电设备扩容升级等;在用电侧,储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性等。容量单位与功率单位的不统一,使得单位成本对备电时长非常敏感,统一口径的成本评价较为困难。在传统发电技术及电气部件中,我们通常采用功率单位(如 MW)来表征系统的大小,但在储能系统中,主要采用容量单位(如 MWh)来表征系统的大小。这种差异直接导致了储能系统的单位成本对备电时长非常敏感,因为电池一般采用容量单位,即单位容量的电池成本不变;而其他成本采用功率单位,因此储能系统总容量越大,分摊至单位容量的其他成本就越低。根据美国可再生能源国家实验室(NREL),同样为 60MW 的储能系统,备电时长 0.5 小时与 4 小时的系统单位成本相差 1.4 倍。因此,由于不同项目的备电时长差异,市场上暂时没有统一口径的成本评价方式。3.2 用电侧:度电成本约0.51元/kWh,工商业/大工业场景具备套利空间 两充两放通常为工商业/大工业套利场景的运行策略,一般配置时长约 3 小时。不同地区的峰谷时段差异较大,一般情况下划分为 5-6 个时段,其中 2 个高峰,2-3 个平段,1 个低谷。高峰一般持续时长约 2-3 小时,2 个高峰间夹杂一个 2-3 小时的平段。综合来看,一般工商业及大工业储能的运行策略为两充两放,其中一充一放在低谷高峰,一充一放在平段高峰;不同地区峰谷时段不同,一般考虑配置时长 3 小时。全国工商业、大工业峰谷价差中位数分别约 0.49、0.54 元/kWh。当前我国用户侧(主要是工商业用户)主要利用储能进行峰谷价差套利和容量费用管理。根据北极星售电网,近期各地陆续明确 2021 年销售电价,截止 2020 年 12 月底已有 26 个地区发布新版销售电价表,其中 15 个地区制定了峰谷分时电价,工商业及其他峰谷价差平均值约 0.51-0.55 元/kWh,中位值约 0.48-0.52 元/kWh,其中北京是峰谷价差最大的地区,达到 0.99-1.00 元/kWh;大工业峰谷价差平均值约 0.55-0.59 元/kWh,中位值约 0.53-0.56 元/kWh,其中上海是峰谷价差最大的地区,夏季达到 0.81-0.83 元/kWh。对比上一轮销售电价,江苏、浙江、安徽峰谷价差拉大约 2 分钱。储能度电成本(LCOS)约为 0.51 元/kWh,在全国多数发达省份已基本具备套利空间。储能度电成本(LCOS)为国际通用的成本评价指标。基于储能全生命周期建模的储能平准化成本 LCOS(Levelized Cost of Storage)是目前国际上通用的储能成本评价指标,其算法是对项目生命周期内的成本和放电量进行平准化后计算得到的储能成本,即生命周期内的成本现值/生命周期内放电量现值。根据我们的测算,目前储能度电成本约为 0.51 元/kWh。在北京、上海、江苏、浙江、天津等发达省份已具备套利空间,目前广东还未发布新版的销售电价表,但参考上轮峰谷电价,也具备套利空间。此外,我们在测算时没有考虑部分省份的尖峰价格,同时针对不同地区的峰谷时段,储能运行策略还有很大的优化空间,因此实际上可能会有更多的省份已具备套利空间。测算核心假设:(1)参考知网多篇文献、行业协会及部分上市公司数据,由于目前尚没有行业标准及规范,市场上产品性能参数和单位价格差异较大,综合多方信息,假设磷酸铁锂电池储能系统成本为 1.50 元/Wh。 (2)容量型和功率型储能电站的功率转换成本差异较大,考虑到用户侧储能主要是套利需求,假设功率转换成本为 0.35 元/W,土建成本 0.20 元/W。 (3)其他成本主要包括入网检测费、项目管理费等附加费用,假设其他成本为 0.15 元/W 由于目前储能项目的其他成本核算缺乏规范性,不同项目差异较大。未来随着储能项目实施标准的规范化,这部分成本将显著降低。 (4)容量型储能电站主要采用远程监控与定期巡检结合的方式,运维相对简单,假设每年运维成本占储能系统投资成本的 0.5%。 (5)考虑到磷酸铁锂电池的电极材料中不含有钴、镍等贵金属元素,回收价值较低,假 设储能系统残值为 5%。 (6)目前电化学储能系统没有统一的终止标准,考虑安全性和电池容量衰减特性,假设 70%为系统终止报废标准。假设储能系统每年运行 350 天,每天 2 充 2 放,则系统寿命约 7 年。假设储能系统衰减特性为线性函数,估算 90%放电深度下单次循环衰减率约为 0.005%。 (7)其他参数详见下表。3.3 输配电侧:里程成本约 3.93 元/MW,电力辅助服务市场具备盈利空间 电力辅助服务市场建设提速,19 省将电储能纳入交易体系。随着全国可再生能源装机规模快速增加,电网的冲击压力越来越大,各省份正在加快构建电力辅助服务市场体系。根据中国储能网报道,目前全国范围内除东北、山西、福建、山东、新疆、宁夏、广东、甘肃等 8 个电力辅助服务市场改革试点之外,还有河南、安徽、江苏、四川、青海、湖北、湖南、贵州、广西、重庆、蒙西电网、河北南部电网、京津唐电网公布了电力辅助服务市场运营和交易规则。2020 年以来,全国各省份至少出台 23 份相关政策文件,列举了与储能参与电力辅助服务市场的相关条款。截至目前,已有 19 个省份将电储能纳入交易体系,其中参与调峰与调频是储能获取收益的主要来源。多个省份参与调峰服务已具备盈利空间。据北极星储能网统计,在已发布调峰辅助服务市场规则文件的省份中,约有 13 个省份明确储能可参与调峰。根据我们在前文的测算,配置时长 3h 的储能系统度电成本约 0.51 元/kWh,参考各地区调峰补偿价格,在东北、安徽、山西、江苏、青海等多个地区已具备盈利空间。 储能是一种优质的调频资源,里程成本是评价储能电站参与调频经济性的重要指标。储能单位功率的调节效率较高,具有快速和精确的响应能力,根据中国电力科学研究院,储能对水电机组、燃气机组、燃煤机组的替代效果分别达到 1.67 倍、2.5 倍、25 倍。根据知网文献,里程成本是指在功率型调频储能电站的生命周期内,平均到单位调频里程的电站投资成本,里程成本是评价储能电站参与电网一次调频或二次调频经济性的重要指标。考虑时间价值后,其算法是对项目生命周期内的成本和调频里程进行平准化后计算得到的储能成本,即生命周期内的成本现值/生命周期内调频里程现值。储能里程成本约为 3.93 元/MW,多个省份参与调频服务已具备盈利空间。根据我们的测算,目前储能里程成本约为 3.93 元/MW。考虑到储能调频效率、响应调频时间远优于其他类型机组,补偿系数也应高于其他类型机组。在参与调频服务的应用场景中,在保证调频里程的前提下,目前在福建、广东、蒙西、山西、京津唐、山东、甘肃、四川等多个省份已基本具备盈利空间。 测算核心假设: (1)参考知网多篇文献、行业协会及部分上市公司数据,假设采用磷酸铁锂电池的功率型储能系统成本为 1.50 元/Wh。考虑到参与电力辅助的应用场景和功能要求更为复杂,假设功率转换成本为 0.50 元/W,土建成本 0.20 元/W,其他成本 0.15 元/W。 (2)功率型调频储能电站工况复杂,安全维护任务重,假设每年运维成本占储能系统投资成本的 3%。 (3)由于储能系统参与调频属于短时高频低深度充放电,系统循环寿命要远高于满充满放循环寿命。目前调频储能系统没有统一的终止标准,考虑安全性和电池容量衰减特性,参考行业新闻报道,假设系统寿命为 5 年。 (4)其他参数详见下表。火储联合调频项目 IRR 约 8.8%,回收期约 8 年。在之前测算的假设条件下,同时考虑火电站每年 100 万保底费用以及 50%的收益分成,预计火储联合调频项目 IRR 约 8.8%,回收期约 8 年,已具备较好的经济性。3.4 发电侧:强制性配套政策叠加经济性拐点,新能源侧储能装机持续高增 2020 年政策密集发布,风光强配储能,一般配置比例 10%-20%,容量时长 2 小时。2019 年 12 月 19 日,华润电力濉溪孙疃风电场 50MW 工程公开招标,要求配套建设 1 个及以上的 10MW/10MWh 容量或累计 30MW 及以上容量的电化学储能电站,拉开了风光强配储能的大幕。进入 2020 年以来,各地政府和省网公司纷纷出台相关政策,要求新能源竞价、平价项目配置一定比例的储能。截至 2020 年底,全国已有 17 个省市出台了相关文件,配置比例一般为 10%-20%,容量时长一般为 2 小时。“配置储能优先并网”也由电网企业与新能源开发商私下达成的一种潜规则逐渐变为明规则。地方性补贴政策陆续落地,后续有望迎来补贴政策窗口期。(1)2021 年 1 月 18 日,青海省发改委、科技厅、工信厅、能源局联合下发《关于印发支持储能产业发展若干措施(试行)的通知》,文件明确新能源需配置 10%+2h 储能,并给予 1 毛/kWh 补贴,同时优先保障消纳,保证储能设施利用小时数不低于 540 小时,补贴时限暂定为 2021 年 1 月 1 日至 2022 年 12 月 31 日。(2)2020 年 12 月 25 日,西安市工信局发布《关于进一步促进光伏产业持续健康发展的意见(征求意见稿)》,文件明确对 2021 年 1 月 1 日至 2023 年 12 月 31 日期间建成运行的光伏储能系统,自项目投运次月起对储能系统按实际充电量给予投资人 1 元/kWh 补贴,同一项目年度补贴最高不超过 50 万元。目前个别省份出台的储能补贴方案有很强的借鉴意义,后续有望引领全国其他省份效仿出台类似的地方性补贴政策,储能有望迎来补贴政策窗口期。 发电侧配置储能已基本具备经济性,光储电站可实现项目 IRR 8%以上。为了探究配置储能对于新能源发电项目的影响,我们假设了三个情景:基准情景设定为一个典型的光伏电站, 测算项目 IRR 约为 8.3%;假设情景 1 为在基准情景上配置储能系统,但储能系统仅用作减少弃光率用途,测算项目 IRR 约为 7.3%;假设情景 2 在假设情景 1 的基础上,考虑储能系统同时参与调频服务,测算项目 IRR 约为 8.2%。由此可见,对于一个典型光储电站,如果可以参与辅助服务市场,将对经济性有较大提升,基本实现项目 IRR 8%以上的收益率要求。 核心假设: (1)假设光伏电站装机规模 100MW,参考目前政策要求,一般储能配置功率为电站功率的 10%-20%,配置时长为 2 小时,因此假设配置储能系统容量为 15MW/30MWh。 (2)参考多篇知网文献、行业协会及部分上市公司数据,考虑到项目地点、类型不同初始投资成本差异较大,假设典型光伏电站单位初始投资成本约 3.8 元/W,典型储能单位初始全投资成本为 1.8 元/Wh。假设光储电站部分设施共用,其中固定资产占比约 80%,年均运维费用约占投资的 1%。 (3)考虑到磷酸铁锂路线为国内储能的主流路线,因此假设储能采用磷酸铁锂电池,由于不含贵金属回收价值较低,假设储能残值与光伏电站残值一致,均为 5%。(4)根据国家能源局公布的 2019 年上半年电力辅助服务补偿数据,年平均补偿价格约为 20 元/kW,按照 15MW 容量则年平均补偿约 30 万元。考虑到电力辅助服务费用逐年升高,同时储能调频效率、响应调频时间远优于其他类型机组,假设 15MW 储能装机年平均补偿约 50 万元。为简化计算,仅考虑调节里程收益,不考虑调节容量收益及调峰收益,同时参考各省份 AGC 补偿规则,可粗略拆分为调频补偿系数约 5 元/MW,调频里程约 10 万 MW/年。 (5)假设电站运营期为 25 年,其中逆变器寿命为 15 年,储能系统仅储存弃光电量时寿命为 15 年,参与调频服务时寿命为 5 年。 (6)其他参数详见下表。基准情景(光伏电站):项目 IRR 约为 8.3%。根据我们的测算,在不增加储能的情形下,光伏电站的全投资收益率约为 8.3%。假设情景 1-1(光储电站+减少弃光率):项目 IRR 约为 7.3%。根据我们的测算,在基准情形下增加储能系统,当储能系统仅仅用于储存 5%弃光的电量,则光储电站的全投资收益率约 为 7.3%,较基准情景下降约 1%,不满足通常情况下 8%的要求回报率底线,说明目前情况下减少弃光率的单一用途难以保证储能系统的经济性。假设情景 1-2(光储电站+减少弃光率)满足项目 IRR 8%,需要储能系统初始成本下降约 39%,或光伏电站初始成本下降约 8%。我们对光伏电站和储能系统初始全投资成本做双因素敏感性分析,在光伏电站初始成本 3.8 元/W 基准假设下,储能系统初始成本需要下降至 1.1 元/Wh(降幅约 39%)才可保证项目 IRR 在 8%以上;在储能系统初始成本 1.8 元/Wh 的基准假设下,光伏电站初始成本需要下降至 3.5 元/W(降幅约 8%)才可保证项目 IRR 在 8%以上。考虑到目前行业降本速度,2021 年底基本可以实现假设情景 1 下项目 IRR 8%。假设情景 2-1(光储电站+减少弃光率+参与调频服务):项目 IRR 约为 8.2%。根据我们的测算,在假设情景 1 情形下,考虑储能系统不仅用于储存 5%弃光的电量,同时参与辅助服务市场,则光储电站的全投资收益率约为 8.2%,较基准情景下降约 0.1%,基本满足通常情况下 8%的要求回报率底线,说明储能的多用途收益可以基本保证光储电站的经济性。假设情景 2-2(光储电站+减少弃光率+参与调频服务)满足项目 IRR 8%,需在较高补偿系数的前提下保障调频里程。我们对调频里程和补偿系数做双因素敏感性分析,当补偿系数保持在 9 元/MW 较高的水平时,对应的调频里程需要在 160 万 MW 以上才能满足项目 IRR 8% 的要求,每提升 10 万 MW 调频里程则项目 IRR 提升 0.20%;当补偿系数保持在 11 元/MW 的水平时,对应的调频里程需要在 130 万 MW 以上才能满足项目 IRR 8%的要求,每提升 10 万 MW 调频里程则项目 IRR 提升 0.24%。近两年新能源发电侧储能新增装机年均增速 88%。据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会(CESA)统计, 2020 年国内新增投运的新能源发电侧储能装机约 259MW,占比约 33.0%;据中关村储能产业技术联盟(CNESA)统计,2018 年国内新增投运的新能源发电侧储能装机约 73MW,占比约 10.7%,因此 2018-2020 年均复合增速约 88%。根据CNESA,2020 年前三季度新能源侧储能累计装机占比约 29%,较 2018 年提升约 11%。3.5 电力市场改革加速,储能真实价值有望体现 储能作为能量的“搬运工”,其价值等于电力系统平抑波动性的边际成本。储能本身不产生能量,只是能量的“搬运工”,其本质是一种灵活性资源,可通过调峰调频等方式平抑电力系统的功率和频率波动。因此,储能的价值应等于电力系统平抑波动性的边际成本,即当电力系统需要平抑的波动性越小时,储能的价值也越低。在新能源发展初期,比如新能源发电占比小于 3%时,电力需求本身的波动超过了新能源发电的波动幅度,此时储能的价值基本接近于 0;随着新能源发电比例的不断提高,对电网的冲击越来越大,储能的价值也将随之提高。 海外电力市场较为成熟,已有很好的盈利模式。从国际经验来看,海外发达国家电力市场比较成熟,很多市场明确了独立的主体地位,可独立或联合发电机组参与调峰调频、峰谷套利等等多种服务获取收益,如英国部分电站的多重收益甚至有十三四种。此外,海外峰谷价差以及辅助服务价格由市场定价,一般情况下也高于国内,如英国甚至出现过 170 元/kWh 的尖峰电价,大大改善储能的盈利状况。 国内现行辅助服务市场补偿机制,还没有充分释放储能的真实价值。目前我国电力辅助服务市场是在 2006 年原国家电监会建立的辅助服务补偿机制的基础上,引入了一些如竞价等市场化手段确定辅助服务承担主体,其本质还是一种成本加成的补偿机制。具体来讲,一方面,现行辅助服务市场补偿机制采用的是发电机组单边承担辅助服务费用的模式,而最终享用服务的终端用户并不承担费用;另一方面,辅助服务定价不考虑机会成本,只是对机组提供辅助服务的成本近似补偿。因此在现行体制下,储能的价值并没有得到充分的释放。 电力市场改革加速,储能的盈利空间将大幅改善。随着我国的电力体制改革加速,完善的电力现货市场有望建立,并在不同时刻形成充分反应市场供需的价格信号,储能作为稀缺的灵活性资源的真实价值有望得以释放。根据能源杂志援引的劳伦斯伯克利实验室(LBNL)针对美国四个区域电力市场的定量分析,当间歇性可再生能源发电容量占比提升至 40%时,现货市场价格波动增幅在 2-4 倍之间,储能的盈利空间将大幅改善。4 产业链分析:电池与PCS环节格局初显4.1 电池:未来降本的核心环节, 磷酸铁锂有望成为主流技术路线 2020-2030年锂电池成本有望下降58%,带动电池成本占比下降至41%。从系统成本构成来看,电池是成本最高的环节,一般在配置时长2小时以上,电池成本占比超过50%。受益于新能源汽车产业蓬勃发展,锂电池得以大规模应用,不断促进技术进步,叠加规模效应及生产效率提高带动成本快速下降,激发终端市场规模进一步扩大,形成正向循环。随着汽车产业电动化加速,以及锂电储能逐渐放量,超大规模应用将加速成本下降的过程。根据 BNEF,到 2030 年锂电池组的平均价格有望进一步下降至 68 美元/kWh,较 2020 年降幅达58%,是储能系统下降的最大驱动力。目前电池占储能成本的比重约 53%,是第一大成本环节;到 2030 年,电池成占比有望进一步下降 12%至 41%。磷酸铁锂有望成为锂电储能的主流技术路线。电化学储能的核心需求在于高安全、长寿命和低成本。目前锂电池已成为全球电化学储能的主流技术路线,可根据正极材料类型的不同,进一步分为磷酸铁锂和三元两种主要的技术路线。对比三元锂电池,磷酸铁锂电池热稳定性强,内部化学成分分解的温度在500-600℃,具有更好的安全性;完全充放电循环次数大于 3500 次,具有更好的循环寿命;正极材料不含贵金属,且工艺环境要求不高,成本较低。与此同时,虽然磷酸铁锂电池能量密度低于三元锂电池,但储能应用场景相对固定,尺寸和重量设计相对灵活,因此不是储能系统设备选型的优先考量因素。综合考量两种技术路线的优势与劣势,磷酸铁锂电池更加贴合储能场景的应用需求,有望成为储能的主流技术路线。2019 年国内电力系统储能锂电池出货量中磷酸铁锂电池占比达 96%。2019 年全球家用储能产品出货量中磷酸铁锂电池占比 41%,同比提升约 7%;三元锂电池占比 55%,其他锂电池占比 4%。三元锂电储能在家用市场份额较高的主要原因为,家用储能需求主要来自海外市场,而长期专注于三元技术路线的特斯拉、LG 化学等厂商具备较强的先发优势和品牌优势,随着国内储能厂商进入储能家用市场,近年来磷酸铁锂电池市场份额呈上升趋势。技术与规模优势是核心竞争要素。锂电池行业技术壁垒较高,正极、负极、隔膜、电解液等材料配比需要长期技术沉淀。当前锂电池占系统成本较高,且循环寿命和深度放电等都对系统成本影响很大,考虑到未来电池性能仍有很大的进步空间,因此相比其他环节,技术进步推动降本的压力主要在电池环节,技术领先的企业先发优势明显。另一方面,电池工业规模效应明显,头部企业有望在竞争中充分发挥成本优势,挤压竞争对手的生存空间。 宁德时代 2019 年国内市场份额第一,规模领先第二名一倍以上。根据 CNESA 的统计数据,在 2019 年国内新电化学储能市场中,装机规模排名前十位的储能技术提供商依次为:宁德时代、海基新能源、国轩高科、亿纬锂能、猛狮科技、南都电源、中天科技、力神、圣阳电源和比克。4.2 PCS:头部供应商优势明显,有望复制光伏逆变器格局 储能变流器与光伏逆变器结构与功能高度相似。在电化学储能系统中,储能变流器(PCS) 是连接电池系统与电网或负载之间的实现电能双向转换的装置,主要由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过接收 EMS 的控制指令,来控制变流器对电池进行充电或放电;同时 PCS 控制器通过与 BMS 通讯获取电池组状态信息,实现对电池的保护性充放电,确保电池运行安全。从电力电子结构上看,光伏逆变器和储能变流器 95%以上的硬件元器件相同,主要区别在直流侧元器件与 IGBT 功率模块拓扑结构。从技术难点上看,光伏逆变器和变流器核心部件均是逆变功率模块和二次控制电路。 头部供应商具有明显的产品及渠道优势,有望复制光伏逆变器行业格局。由于储能变流器与光伏逆变器产品具有高度的相似性,一般光伏逆变器厂商均具备供应储能变流器的能力。同时由于使用场景也较为相似,主要客户包括光伏电站开发商和承包商,以及电子元器件经销商等,渠道相对较为分散。光伏逆变器行业经过多年发展,头部企业产品和渠道优势明显,未来有望在储能变流器领域复制光伏逆变器的行业格局。 阳光电源2019年国内份额第一,领先优势较大。2019年,在国内新增投运的电化学储能项目中,阳先电源、科华恒盛、南瑞继保为装机规模排名的前 3 位,市占率分别约为 30%、16%、12%;排名 4-10 位的依次为盛弘电气、科陆电子、索英电气、昆兰新能源、上能电气、许继、智光储能。4.3 系统集成:排名竞争焦灼,差异化增值服务是核心竞争要素差异化增值服务是核心竞争要素。储能系统集成需要按照用户需求,根据运行场景和场站需求,基于自身对各种类型设备性能的充分了解,从而完成电池组、BMS、PCS 等设备选型以及系统控制策略的设计,最大化释放系统性能。储能应用场景丰富,定制化系统集成服务契合了多样的场景需求,能否提供差异化增值服务是核心竞争要素。目前系统集成商主要有三种模式:一是自给自足模式,从主要部件的制造,到系统集成服务,业务均有覆盖;二是部分集成模式,主要由电池、PCS等厂商以自身产品为中心,提供综合方案的附加服务;三是全集成模式,依靠从外部采购部件进行系统集成。根据北极星储能网报道,具备提供一体化整体解决方案服务的厂商仍屈指可数。阳光电源 2019 年国内份额第一,规模排名竞争较为焦灼。2019年,在国内新增投运的电 化学储能项目中,阳先电源、科陆电子、海博思创为功率规模排名的前 3 位,市占率分别约为 14%、11%、10%;排名 4-10 位的依次为库博能源、猛狮科技、南都电源、上海电气国轩、睿能世纪、智先储能、南瑞继保。4.4 BMS:技术壁垒较高,算法和芯片是核心竞争要素算法和芯片是核心竞争要素。储能系统一般特点为高电压,如电池簇电压一般在 700-1500V 以上;大电流,如电池簇电流一般在 100-300A;深循环,如电池放电深度一般在 80%以上;多电芯,如 2MWh 的系统需要 200Ah 电芯多达 3000 个以上;控制复杂,如储能系统可能配备多类型电芯,以对应复杂的工况;同时运行时电磁环境复杂,需要很强的抗干扰能 力。因此,与动力电池 BMS 相比,储能电池 BMS 在硬件逻辑结构、通信协议、管理系统参数等均不相同,特别是对于响应速度、数据处理能力、均衡管理能力等提出极高的要求。因此,对于 BMS 供应商来说,算法和芯片是核心竞争要素。目前国内的 BMS 供应商主要包括科工电子、高特电子、高泰昊能、力高新能源等,此外,一般大型系统技术提供商如宁德时代、派能科技等也具备 BMS 的设计制造能力。5 行业公司5.1 派能科技:家用储能领先企业,A 股储能第一股储能为主营业务,市场份额全球领先。派能科技成立于 2009 年 10 月 28 日,并于 2020 年 12 月 30 日在科创板上市。派能科技是国内较早开始锂电池储能系统商用的厂家之一,专注于磷酸铁锂电芯、模组及储能电池系统超过 10 年,是国内首家以储能为主营业务的上市公司。派能科技的储能系统覆盖 12V-1500V 全电压等级,系统容量最高可达 MWh 级,可应用于高压 储能、家庭储能、通信备电等多个场景。派能科技在全球市场中有较高品牌影响力及产品竞争力,2019 年派能科技自主品牌家用储能产品全球市场份额约 8.5%,仅位居全球第三名,落后于特斯拉(15%)和 LG 化学(11%);自主品牌和贴牌方式家用储能合计约占全球市场份额的 12.2%。2019 年派能科技电力系统储能锂电池国内市场份额约 15.0%,位居国内第三名,仅落后于比亚迪(23.7%)、宁德时代(18.4%)。 产业链优势提供一站式解决方案,渠道优势打造全球化销售网络。派能科技整合产业链关键环节,拥有包括锂离子电芯制造、BMS、EMS 以及系统集成等上下游关键环节的多项核心专利技术,可以为用户提供一站式储能系统解决方案。派能科技已与海外多家知名大型集成商建立稳定的合作关系,包括 Sonnen(欧洲第一大储能系统集成商)、Segen(英国最大光伏产品提供商)、Energy SRL(意大利领先的储能系统供应商)等,产品销售渠道稳定。 产能加速扩张,业绩有望实现高增长。截至 2020 年 6 月,派能科技已形成年产 1GWh 电芯产能和年产 1.15GWh 电池系统产能,产能利用率接近饱和,产能瓶颈明显。公司规划新增 年产 4GWh 锂离子电芯和 5GWh 储能锂电池系统产能。未来随着新产能陆续达产,公司有望充分发挥规模优势,持续提升产品市场份额,实现业绩高增长。 5.2 阳光电源:储能逆变器与系统集成龙头,渠道优势明显 光伏逆变器龙头,渠道优势明显。阳光电源成立于 2007 年 7 月 11 日,并于 2011 年 11 月 2 日在创业板上市。阳光电源是光伏逆变器行业龙头企业,国内市占率约 30%,连续多年保持第一,国外市占率约 15%,截至 2019 年底,阳光电源逆变设备远销往德国、意大利等 60 多个国家,全球累计装机超 100GW。 强强联合切入储能领域,定位全球系统集成商。在储能的业务布局上,阳光电源定位“全球储能系统集成商”,与外部电池厂商深度绑定。2014 年底,阳光电源与三星 SDI 公司签署协议,成立三星阳光(占股 35%)和阳光三星(占股 65%)两家合资公司。其中,三星阳光从韩国引进生产线,负责生产锂离子储能电池包;阳光三星负责生产储能变流器及储能系统集成。2016 年 8 月,阳光三星正式投产,标志着公司正式切入储能领域。2019 年 2 月,公司以 4126 万元购买三星 SDI 公司持有的三星阳光 30%的股权,收购后合计持有三星阳光 65%的股权。三星 SDI 作为全球锂离子电池行业的第一梯队企业,其电芯在能量密度、循环寿命、安全性能等处于领先水平;而阳光电源作为逆变器龙头企业,对储能变流器技术积累深厚,在产品性能、可靠性、成本、渠道方面同样具有明显优势,强强联合共同开发有利于发挥各自的技术专长,迅速形成竞争优势。2019 年,阳光电源储能产品型谱优化,以磷酸铁锂和三元锂电池为体系,产品全面覆盖 0.5C 到 4C 的能量型、功率型等各类储能应用场景需求。 储能变流器与集成业务龙头,公司营收快速增长。阳光电源储能系统广泛应用在中国、美国、英国等众多国家,截至 2020 年 6 月底,阳光电源参与的全球重大储能系统项目超过 1000 个。国内业务方面,2016 年以来,阳光电源储能系统集成出货量连续四年位居国内市场榜首, 2019 年阳光电源在储能逆变器出货量也在国内供应商中居于首位。海外业务方面,在北美工商业储能市场以及澳洲户用光储市场,阳光电源市占率均超过 20%。2019 年,阳光电源储能业务收入实现营收5.43亿元,同比增长41.77%,业务收入占比从2018年的3.69%提升至4.18%。 5.3 固德威:户用储能逆变器龙头,光伏+储能打开成长空间 快速成长的组串式逆变器龙头。公司成立于 2010,专注于光伏和储能逆变器领域。2019 年公司光伏逆变器出货全球排名第 11 位,市占率 3%。公司聚焦全球市场,在 80 多个国家和地区建立了完善的渠道和良好的品牌口碑,2019 年海外收入占比 66.2%,重点市场包括欧洲 (以荷兰为主)、澳洲和南美洲。 户用储能逆变器龙头,储能业务持续高增长。依托电力电子方面的技术优势,公司在储能逆变器领域亦有较好的布局,主要面向欧美等优质市场,有较好的品牌认可度。根据 Wood Mackenzie《2019 年全球光伏逆变器市场份额和出货量趋势报告》,固德威储能逆变器市场份额占比超 15%,全球排名第一。2019 年储能逆变器营收 1.08 亿元,同比增长 147.8%;出货量 71 MW,同比增长 187.8%。 产品体系完备,产业链延伸助推储能新发展。公司拥有完备的储能逆变器产品体系,实现了单相、三相、交流耦合、直流耦合的产品全覆盖,应用领域上,逐渐从户用向工商业储能延伸。另外,公司与沃太能源成立合资公司,建设 1.14GWh 储能电池 PACK 产能,公司将从单一储能逆变器供应商转向综合型储能方案提供商。 5.4 宁德时代:全球动力电池龙头,储能全产业链布局 全球动力电池龙头,连续四年装机量登顶。公司成立于 2011 年 12 月 16 日,并于 2018 年 6 月 11 日在创业板上市。公司是动力电池行业龙头,根据 SNE Research,2020 年公司在全球范围内动力电池装机量达 34GWh,同比增加约 2%,占全球市场份额的 25%,连续第四年装机量登顶。 储能业务可追溯至公司成立之初,全产业链布局初步形成。宁德时代 2011 年成立之初即确定储能为主要业务方向之一,参与国家电网张北风光储输示范项目,并中标 4MW×4h 的磷酸铁锂电池系统。2018 年,宁德时代设立储能事业部,将储能列为重点发展业务。此后两年,宁德时代在储能业务布局动作频频,牵头设立电化学储能技术国家工程研究中心,并先后与星云股份、科士达、易事特、国网综能、福建百城新能源等成立合资公司,结合在上游原材料端的布局,目前已基本形成上中下游的全产业链布局。2020 年 2 月,公司发布 200 亿元定增公告,其中 55 亿用于江苏时代动力及储能锂离子电池研发与生产项目(三期),20 亿用于电化学储能前沿技术储备研发项目。 储能系统市场份额领先,公司营收持续高增。宁德储能系统产品包括电芯、模组/电箱和 电池柜。根据 CNESA,2019 年宁德时代国内新增投运电化学储能项目近 400MWh,位居国内 锂电储能技术提供商首位。根据 GGII,2019 年宁德时代电力系统储能锂电池市占率约 18.4%, 位居国内第二位。2019 年宁德时代储能业 务营收 6.10 亿元,同比增长 221.95%;2020 年上半年营收 5.67 亿元,同比增长 136.41%。目前宁德时代海外首个储能项目已在美国加州实现并网,随着前期储能市场布局及推广逐步落地,公司业绩有望持续高增。 5.5 科士达:绑定宁德时代,储能 PCS 业务有望快速发展 不间断电源(UPS)领先企业,储能产品已在多个国家应用。科士达成立于 1993 年 3 月 17 日,并于 2010 年 12 月 7 日上市。公司是不间断电源(UPS)领先企业,并围绕数据中心(IDC)拓展配套关键基础设施产品,转型数据中心一体化解决方案供应商。光伏及储能系统产品是公司第二大营收来源,产品主要包括光伏逆变器、储能变流器、EMS、大型集装箱式储能集成系统、光储充系统等。公司储能产品获得了中国、澳洲、德国、泰国等多个国家认证,并已在全球多个国家应用。 绑定宁德时代,储能 PCS 业务有望快速发展。2019 年 4 月,公司发布公告,拟与宁德时代合作成立储能合资公司,以开发、生产及销售储能系统 PCS、特殊储能 PACK、充电桩及“光储充”一体化相关产品。科士达出资 9800 万元,持有合资公司 49%的股权,宁德时代持有合资公司 51%的股权。目前合资公司一期主体建设已基本完成,正在进行储能团队搭建、产线规划、设备购置等准备工作,预计 2021 年正式投产。光伏逆变器与储能变流器技术同源,科 士达在电子电力转换技术方面积累深厚;而宁德时代作为动力电池龙头,技术和成本优势显著。随着合资公司正式投产,科士达储能 PCS 业务有望快速发展。 5.6 南都电源:铅酸龙头转型锂电,受益5G基站备电市场高增长 铅酸电池及再生铅龙头,积极转型锂电。公司是国内铅酸蓄电池龙头,产品广泛应用于通信、IDC、电动自行车等领域。随着 5G 基建建设周期到来、IDC 需求增长及电动自行车存量更换需求,公司铅酸电池业务有望持续增长。同时,针对下游铅酸换锂电趋势,公司提前布局,积极转型锂电,启动 14.16 亿元定增用于“年产 2000MWh 5G 通信及储能锂电池建设项目”、“年产 2000MWh 高能量密度动力锂电池建设项目”等5G 基站建设周期启动,带动通信备电高增长。随着 5G 建设加速,2019-2028 年宏基站需 求近 500 万个,同时 5G 基站耗电量增加带动通信后备电源需求高增长,预计未来 5 年 5G 基 站的储能系统需求近 35GWh。公司在通信领域深耕多年,完成了较好的品牌及渠道资源建设,公司在手订单充足,同时积极拓展海外市场,未来有望实现高增长。 储能业务深耕多年,未来有望提速。公司自 2011 年起就已进入储能行业,投建国内第一 个储能示范项目“东福山岛风光柴储能电站”,对于储能应用有着较深的理解,并积累了丰富 的客户资源。公司具备从储能产品及系统的研发生产、系统集成到运营服务的系统解决方案的 能力,在用户侧、电网侧、新能源发电侧均已实现大规模应用公司目前总装机规模超过 1GWh, 在行业中处于领先位置。公司业务模式由投资运营逐步转向售卖及共建等轻资产模式,随着全 球储能市场的快速增长,公司储能业务有望进一步提速。6 风险提示 政策不达预期;新能源装机不及预期;电力市场化改革不及预期;5G 基站建设不及预期;技术进步及成本下降不及预期。感谢您的关注,了解每日最新行业研究报告!———————————————————报告内容属于原作者,仅供学习!作者:民生证券 于潇 丁亚更多最新行业研报来自:【远瞻智库官网】

德之光也

储能行业专题研究报告:储能产业序幕开启,全球竞争力可期

(报告出品方/作者:中信证券,宋韶灵、华鹏伟、董雨翀)概述:储能应用场景丰富,电化学储能潜力大储能应用场景丰富,大型电力系统中的应用分为发电侧、电网侧和用户侧三大类,包含多种子场景。储能行业应用场景丰富,在电力系统主要有发电侧/电网侧/用户侧 3 大主 场景,此外,还包括微电网、分布式离网等,细分应用如下:发电侧:火储联合调频,稳定输出功率;新能源发电配储,平抑出力波动,提高消纳等。电网侧:调峰、二次调频、冷备用、黑启动等。用户侧:峰谷套利、需量管理、动态扩容。用户主要分为家庭、工业、商业、市政等。微电网:主要为离主电网络较远的无电、弱电地区,需要自建电网,可采用可再生能源与储能作为解决方案。分布式离网:4G/5G 基站供电;风景区驿站供电;森林监控站供电;油田采油站供电;高速加油站供电等。分技术装机情况:抽水蓄能为主,电化学储能比例逐渐提升。根据能量存储方式的不 同,储能主要分为物理储能、电化学储能、热能储能、储氢与电动汽车储能。其中物理储 能在存储过程中不发生化学变化,可细分为抽水储能、压缩空气储能与飞轮储能,电化学 储能根据不同的储能介质可分为铅酸电池、锂离子电池、液流电池等 6 种细分种类。目前 抽水储能占据累计装机主要份额,但逐年下降。2017-2020 3Q 全球和中国抽水储能累计 装机占比分别为96%/94%/93%/92%和99%/96%/94%/92%。而电化学储能成长趋势明显, 2017-2020 3Q 年全球和中国累计装机占比分别为 1.7%/3.7%/5.2%/5.9%和 1.3%/3.4%/ 5.3%/6.8%。储能技术:电化学储能成为新增主流,锂电池响应快、寿命长、适应场景多,优势凸 显。由于电化学储能的可适用场景更多,受地理环境等外部因素影响较小,2017-2019 年 电化学储能占全球和中国新增储能装机比例分别为 14%/66%/80%和 3%/28%/58%,呈现 逐年上升趋势。电化学储能成为新增储能项目中的主流技术,预计 2020 全年该趋势继续 维持。电化学储能中,锂电储能由于能量/功率密度更高、使用与循环寿命更长、响应时间 更快、适应场景多等优势,2017 年至今占全球新增电化学储能 90%以上,国内锂电储能 占新增电化学储能的比例亦从 2017 年 51%上升到 2020 3Q 的 99%,而 2020 3Q 新增规 划/在建电化学储能项目几乎全部应用锂电池。预计锂电池储能技术将成为未来主流储能技 术。市场:商业化爆发前期,政策和成本双轮驱动储能处于从 0 到 1 阶段,临近商业爆发期拐点,有望从示范性应用转向运营性应用。 根据 CNESA 数据,截至 2020 Q3,全球/中国储能累计装机总功率为 186/33GW,而 2020 年全球/中国发电功率机组总并网功率为 6,675/2,201GW,储能渗透率仅为 2.8%/1.5%左 右,仍有较大上升空间。从可再生能源发电角度看,截至 2020 3Q,全球/中国电化学储能 累计装机功率为 10.98/2.25GW,2020 年全球/中国风光发电累计装机总功率约为 1,398/ 446GW,新能源配储功率比例仅为 0.8%/0.5%,相比目前新增新能源配储功率的比例区间 (10%-15%)仍有广阔成长空间。国内市场:国家战略,政策支持,蓄势爆发中央:“30·60”目标为锚,可再生能源是国家能源变革的重点战略。2020 年 9 月 22 日,在第 75 届联合国大会上表示,中国将力争 2030 年前实现碳排放达峰, 2060 年前实现碳中和;在 12 月 12 日举行的气候雄心峰会上进一步宣布“30·60”定量目 标,强调中国在应对气候变化中的责任和担当,表明达成目标的决心。12 月 22 日国新办 发布《新时代的中国能源发展》白皮书,阐述国内推进能源革命的主要措施和重大举措, 提出大力发展光伏风电等可再生能源发电是实现“30·60”目标的重要途径。综上,“30·60” 是我国未来发展的重要目标,而储能将与新能源“孪生”发展,共同实现碳中和宏伟蓝图。地方:近 20 省出台鼓励新能源配储,储能发令起跑。为实现“30·60”目标,新能 源发电在我国的发电结构中的比例料将逐步提升,最终有望取代化石能源成为主力能源。 新能源发电机组不具备类似火电的调节功能,需要通过配置储能来实现。在该顶层目标的 指引下,目前我国已有近 20 省出台新能源+储能配套的鼓励政策,政策环境向好。主要可 分成三类:1)优先支持新能源配储项目;2)划定配储比例,大致范围为 5%-20%;3)新 疆、青海两个可再生能源装机大省给予储能补贴。未来随着顶层设计逐渐清晰,预计更完 善、细致的政策将跟随落地,保障储能行业平稳起步。需求端:新能源配储打开需求空间。1)发电侧:国内从 2009 年开始风光进入规模化装机阶段,随着累计装机、发电量占 比持续增加,出现弃风弃光现象,并且随着消纳能力与装机增速波动。2020 年风光新能源发电功率/发电量占比仅 24%/9.5%,预计 2025/2030 年非化石能源发电量占比将提升至 20%/25%,风光发电预计将贡献主要增量。未来在光伏风电发电量占比持续提升下,为防 止弃风弃光情况恶化和波动性电源对电网的冲击,配储渗透率有望提升,拉动储能需求。另一方面,光伏近 10 年来 LCOE 降幅 81%,目前全球 LCOE 约为 0.35 元/kWh, 已经在发电侧实现平价,预计 2025 年可继续下降至 0.2 元/kWh,还有 50%空间。新能 源发电成本下降将强化装机动力,持续打开储能配置空间。2)电网侧:此前火电机组是调峰主力,在风电光伏并网比例不高时尚能满足调峰调 频需求。随风电光伏并网量增加,电力系统调峰能力不足问题凸显,对火电深度调峰、 快速爬坡、快速启停能力要求提升。由于火电机组频繁进入深度调峰工作状态,大幅调 节会降低其使用寿命,增加煤耗,拉低效益。因此需要进行灵活性改造,火电机组自身 的出力特性和较长的响应时间,限制了其在调峰时增大输出功率的速度,火电+储能则成 为一种有效的解决方案。以广东某实际电厂为例,火储调频效果指标 K 值提升了 3 倍, 带来更高收益。存量和增量火电均有望拉动配储需求。3)用户侧:与日本、德国、澳大利亚等侧重居民侧不同,国内市场与美、韩类似, 以工商侧储能为主。国内居民侧储能挑战较大,主要因为:(1)我国居民用电具备一户 一表条件的可以选则峰谷电价计价,现阶段来看大多数居民仍选择均一电价计价,没有 峰谷电价差;且电价便宜、电网稳定,按东部沿海约 0.5 元/kWh 电价,仅为德、英等国 的 25%-30%。(2)国内居住特点为高楼密集型,屋顶面积有限而用电需求大,户用光伏 难以大规模渗透。国内工商侧储能装机主要集中在江苏、广东等工商业峰谷电价差超过 0.7 元/kWh 的地区。相比于发电侧和电网侧,2018 年以来国内用户侧储能收速。国家发改委于 2018/2020 年发布的《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》《关于做好 2020 年能源安全保障工作的指导意见》明确指出要加大峰谷电价实施力度,运用价格信号引 导电力削峰填谷。预计未来部分地区工商业峰谷价差有望进一步扩大,市场交易机制被 逐步激活,用户侧储能市场增长潜力大。供给:锂电池成本近六年下降 71%,未来还有 40%空间。动力电池系统方面,以磷酸 铁锂电池系统为例,其价格已下探至 0.7-0.8 元/Wh,预计 2025 年可继续下降至 0.5 元 /Wh,还有 40%左右空间。得益于动力领域对锂电池降本的贡献,储能系统方面,用于配 套光伏发电的储能系统亦从 2019 年平均 2.2 元/Wh 下降至 2021 年初近 1 元/Wh,近三年 下降超 50%。预计未来还将有年均 10%左右降幅,将在供给侧持续降低储能系统成本。综 上,供给侧成本持续下降将为储能市场提供长期动力。海外市场:各场景均衡发展,用户侧引领全球国内从用户侧转向新能源发电侧,海外分场景装机均衡。2017-2020 3Q,国内新增电 化学储能装机结构经历从以用户侧和电网侧装机为主转变为以新能源发电侧为主,其中 2020 3Q 新能源发电侧占比 67%。海外方面则相对均衡,截至 20Q3,海外电化学储能累 计装机中新能源发电/辅助服务/电网侧/用户侧占比为 22%/32%/19%/28%。欧洲、澳洲、非洲等地区,居民侧储能快速发展。主要原因有:1)欧洲等地区居民高电价,叠加上网电价补贴(Feed-in tariff,FiT)带来电价下降,光 储自发自用经济性凸显。以德国为例, 2019 年光储/光伏度电成本为 15.9/9.6 欧分/kWh, 居民电价为 30.5 欧分/kWh,光储/光伏度电成本分别是居民电价 52%/31%。未来随着光 储成本的下降,居民电价与光储 LCOE 剪刀差增大,促进居民户用侧需求提升。2)欧洲、澳大利亚等发达国家可再生能源占比高,例如欧洲户用储能装机Top1 德国 的风光发电占比约 33%,导致电网不稳,用户侧储能有明显需求。综上,以欧洲为例,根据 Solar Power Europe 数据,2019 年欧洲居民侧储能新增装 机 744MWh(+56.4%),截至 2019 年底累计居民侧储能装机近 2GWh,对应欧洲 2019 年底户用光伏配储渗透率约 7%。而欧洲目前还有 90%建筑物没有加装屋顶光伏装置,按 目前装机情况可外推出全欧洲户用光伏配储空间为 285GWh,需求空间巨大。3)非洲等地区的电网基础设施建设较差,无法接入电力的家庭比例较高,集中式发电 无法满足居民用电需求,而当地光照条件好,光储市场发展潜力大。空间:市场蓄势待发,2025 年规模超千亿第一类:非平价驱动的市场,5G 基站、IDC 备电5G 基站:其功耗相比 4G 基站提升 2 倍,因此新建 5G 基站备用电源需要相应同比扩 大,叠加基站备电还能发挥削峰填谷以减少电网波动对基站冲击作用,根据国内三大运营 上披露的建站计划,按照备电配储功率比例 100%、备电时长 4h 测算,未来 5 年 5G 基站 配储容量年均需求约 8GWh。IDC:全球 IDC 市场呈现大型化和集约化趋势,数据中心数量减少,机架数量增多。 截至 2020 年,全球 IDC 机架数量为 498 万架。按单机架平均功率 8.4kW/架、上架率 55% 计算,全球 IDC 日耗电量为 552GWh。假设备电时长为 4h,对应 IDC 储能总需求空间为 92GWh。假设 10 年全部替换成锂电池储能系统,对应年均储能需求约为 9.2GWh。未来 随着上架率和机架数量增加,IDC 储能需求空间有望持续拓宽。第二类:平价驱动的市场,成本和渗透率是核心弹性变量电源侧:主要需求驱动为新能源发电配储,按 2025 年全球风/光中配储渗透率悲观-乐 观情形下预计为 25%-35%/35%-45%、配储功率比例为 15%、备电时长为 2h 测算,2025 年全球风光配储容量预计需求为 23.6-31.1GWh。电网侧:主要考虑辅助服务市场产生的需求,分存量和增量市场测算,其中存量市场 驱动为储能替代辅助电厂容量,增量市场驱动为新增化石能源发电机组配储。按 2025 年 存量/增量配储渗透率悲观-乐观情形下预计为 12%-18%/70%-90%、配储功率比例 3%、备 电时长 2h 测算,预计 2025 年电网侧储能容量需求为 10.5-16.9GWh。用户侧:主要考虑户用光伏配储需求,其中考虑经济性和高楼聚居的居住条件,国内主要是 工商业光伏配储为主。海外则包括居民用和工商用。按 2025 年国内居民/国内工商/海外户用光 伏配储渗透率悲观-乐观情形下预计 4%-6%/15%-30%/30%-50%、自发自用场景下配储功率比 例 100%、备电时长 4h 测算,预计 2025 年全球用户侧储能容量需求为 67.3-114.3GWh。综上,预计 2025 年全球储能需求中性情形下为 136GWh,市场空间超千亿,5 年 CAGR28%。锂电、逆变器价值量最大,有望率先受益中游锂电池/逆变器价值占比高,率先受益储能需求爆发锂电池/逆变器占储能系统价值量达 60%/20%。锂离子电池储能行业上游为电力电子 元件与锂电材料等原材料,中游为储能系统及其集成、安装与运维,下游为应用端。其中, 储能系统主要由储能逆变器(Power Conversion System,PCS,主管电流转换)、电池管 理系统(Battery Management System,BMS,主管电池状态)、能量控制系统(Energy Management System,EMS,主管能量调度)、储能电池组成,价值量占比约为 20%、5%、 10%、60%。玩家种类多,头部尚未形成目前行业玩家包括电池企业、PCS 企业、系统企业三类。国内方面,1)电池企业: 一类是宁德时代、国轩高科、亿纬锂能、力神电池等动力锂电池企业;另一类是猛狮科技、 圣阳能源等从铅酸电池储能切换到锂电池储能的企业。2)PCS 公司:一类是逆变器企业, 利用同源技术切入到储能 PCS 环节,如阳光电源、固德威、上能电气等;一类是 UPS 电 源企业,如科华恒盛、科士达等。3)系统公司:一类是全环节整合的企业,例如比亚迪、 中天科技、派能科技;另一类是电池或 PCS 企业延伸到系统环节的时代星云(宁德时代与 星云股份合资)、阳光电源等。海外市场,主要是 Fluence、Tesla、LG 等的系统企业。储能电池:头部领先,动力电池企业渐多。2018 年储能电池 Top10 中仅宁德时代、 中航锂电两家动力电池厂商。2019 年则新增国轩高科、亿纬锂能、力神电池、比克电池等 动力电池厂商,前十占据五席。从出货量上看,2019 年排名第一的宁德时代领先第二名 2 倍,领先地位渐显。储能逆变器:高成熟度带来高集中度。从集中度上看,2018/2019 年国内新增电化学 储能逆变器 CR10 均超过 90%,相比于储能系统环节处于较高水平。2019 年储能逆变器 出货第一为阳光电源,超第二名 83%,占 32%份额。储能逆变器环节目前格局相对系统更 佳,主要系产品与光伏逆变器同源,已有较高成熟度。系统:集中度较低,头部尚未形成。从集中度上看,2018/2019 年国内新增电化学储 能系统 CR10 约为 42%/65%,仍处于相对较低水平。从位次上看,2019 年相比于 2018 年储能技术提供商、逆变器供应商、系统集成商均 有较大变化,格局尚不稳定。商业模式持续创新,产业链有望形成全球竞争力商业模式持续创新,中长期看性价比是核心竞争力商业模式:持续创新,提升设备利用率是方向。储能最初期的商业模式是合同能源管 理,即储能企业向单一用能单位提供节能服务,按节能效益获取利润的模式。2019 年 5 月 国家发改委印发《输配电定价成本监审办法》明确电储能设施不得计入输配电价,作为此 前增长主力的电网侧储能增速放缓。为解决合同能源管理模式依赖单一收益来源而项目收 益易受冲击、投资主体单一的瓶颈,行业中陆续出现了共享储能、租赁、代理运营商等新 商业模式,其核心方向是:1)投资主体多元化,分担投资风险和成本;2)下游的多场景 叠加与储能的多功能复用,提高设备利用率以增加收益。储能 vs 动力:储能电池对一致性、寿命、成本要求更高,且具备投资品属性。储能 锂电池与动力锂电池由于使用环境和目的不同,因此其性能和设计上各有侧重。实际上, 一座典型光储电站容量相当于 100 余辆纯电动车电池容量之和,因此对一致性要求比动力 电池更高;在使用寿命上,动力电池要求系统循环寿命达 2000 次以上,而储能电池系统 要求循环寿命 4000 次以上,对寿命要求更为苛刻。储能电池门槛不比动力电池低,落后 产能将会逐渐被淘汰。另一方面,配套新能源车的动力电池具备消费品属性,而储能本质 是获利,因此储能电池具备投资品属性,相比于动力电池更强调性价比。在天然强调性价 比的属性下,储能电池行业在进入大规模商业化阶段后集中度料将会快速提升,呈现强者 恒强的局面。动力电池巨头纷纷入局,资本助力储能行业爆发动力电池巨头入局,性价比+资源整合优势有望快速占据头部位置。宁德时代、BYD、 亿纬锂能、国轩高科等亦通过内生外延等方式进入储能行业。动力电池巨头们加速储能布 局,一方面将向储能行业输送强力资本推动成长,另一方面将凭借自身性价比和资源整合 优势在能源变革浪潮中占据领跑地位。类比汽车电动化供应链,储能产业链有望形成全球竞争力类比汽车电动化供应链,储能产业链有望形成全球竞争力。当前,中游设备增长确定 性更高,例如,电池环节,技术成熟、寿命更长、成本更低的磷酸铁锂电池是首选;逆变 器方面,同样兼具成本、技术、响应速度等优势,有望打破海外竞争对手的客户壁垒。类 似过去 5 年中国汽车电动化供应链,电池和 PCS 等环节的发展进步,有望推动中国储能 产业链形成全球竞争力。详见报告原文。(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)精选报告来源:【未来智库官网】。

文素臣

储能资讯:《储能产业研究白皮书2021》发布,宁德、比亚迪、科华等26企上榜;阳光电源与天宏共建100MWh级储能实证基地

【能源人都在看,点击右上角加'关注'】储能动态篇1.瑞浦11MWh储能集装箱出口印尼近日,瑞浦能源集装箱储能出口项目批量交付中,11MWh集装箱发往印尼。此次11MWh储能设备,首次采用集装箱模式分布式部署,功能包括启动预备电源、发电侧调频、应急保障电源、网络功率调节等。2.《储能产业研究白皮书2021》发布,宁德、比亚迪、科华等26企上榜4月14日,《储能产业研究白皮书2021》正式发布,白皮书包含中国储能技术提供商、中国储能变流器提供商和中国储能系统集成商的排名榜单。其中,中国储能技术提供商榜单中,宁德时代和比亚迪分列国内市场和海外市场榜首位置;中国储能变流器提供商榜单中,阳光电源同时占据了国内市场和海外市场榜首位置;中国储能系统集成商榜单中,功率规模排名中,阳光电源同时占据国内市场和海外市场第一的位置,能量规模排名中,海博思创和比亚迪分列国内市场和海外市场榜首位置。3.连续五年,阳光电源再获储能双料冠军4月14日,中关村储能产业技术联盟重磅发布行业风向标《储能产业研究白皮书2021》。阳光电源储能变流器、系统集成市场装机规模均位列中国第一,同时也是中国储能企业出海冠军,标志着阳光电源第五次登上储能系统集成商榜首。4.蜂巢联手中科院建固态电池技术研究中心4月14日,由蜂巢能源全球锂电创新中心和中国科学院宁波材料技术与工程研究所共同建设的固态电池技术研究中心在无锡成立并揭牌。该研究中心将借助当地科技主管部门、高校、科研院所的多方力量,快速突破“卡脖子”的关键技术,推动固态电池技术转化落地。5.阳光电源携手天宏阳光签约100MWh级1500V储能实证基地4月14日,在第十届储能国际峰会暨展览会上,阳光电源与天宏阳光新能源签署了战略合作协议,携手共建100MWh级储能实证基地,并在储能先进技术开发、储能商业模式探索等方面展开深入协作。6.全球首个光伏、储能户外实证实验平台在黑龙江省大庆开建4月10日,首个国家光伏、储能实证实验平台在黑龙江省大庆市大同区正式开工,标志着“国字号”平台迈入实质性建设阶段!7.赣锋22亿加码金属锂+固态电池赣锋锂业新增年产7000吨金属锂及锂材项目签约落户宜春经开区,项目计划投资22亿元,宜春赣锋将在宜春金凯盛分期建设高比能固态电池超薄锂负极材料项目,新建金属锂熔盐电解、金属锂低温真空蒸馏提纯、超薄锂带、铝锂合金、锂硼合金等生产线。8.Zenobe Energy公司计划在英国部署100MW/100MWh电池储能项目据外媒报道,电池储能开发商和运营商Zenobe Energy公司日前宣布,计划在英国部署一个装机容量为100MW电池储能系统,这是获得英国输电系统运营商长期合同,以吸收和管理电网无功功率的首个此类储能系统。该项目将部署在英格兰西北部切斯特市附近的Capenhurst村,预计于2022年4月开通过运营。9.瓦锡兰公司计划在佐治亚州部署40MW/80MWh直流耦合太阳能+储能项目据外媒报道,储能技术提供商和系统集成商瓦锡兰公司日前宣布,计划为美国佐治亚州的Hickory Park太阳能发电设施(装机容量为200MW)配套部署一个电池储能系统,这将使当地的公用事业公司更充分利用可再生能源。该公司已与该项目的所有者和运营商RWE Renewables公司签订合同,为其提供和部署一个40MW/80MWh直流耦合的太阳能+储能系统,以及用于管理和优化整个项目运营的控制平台。10.Gore Street公司发行新股筹资,计划部署1.3GW储能项目Gore Street储能基金公司是英国两个专门从事储能业务的股票交易所基金商之一,该公司日前计划以每股102便士(1.41美元)价格发行新股,为其装机容量为1.3GW储能开发管道筹集更多资金。该公司募集的资金将用于未来部署的装机容量为1.3GW电池储能系统,并有望在几周之后完成对一个装机容量80MW储能项目收购。11.魁北克水电公司计划部署4MW/20MWh电池储能系统来支持输电线路升级据外媒报道,加拿大公用事业厂商魁北克水电公司计划在魁北克省部署一个迄今为止规模最大的电网规模电池储能系统,将其客户提供可靠的电力并提高电能质量,同时该公司将实施输电线路升级和改造工作。在电网重建工作导致电力中断的情况下,该公司将运营一个4MW/20MWh电池储能系统为Parent市的数百个住宅用户和商业客户供电。12.NASA 宣布将从零开始为电动飞机打造固态电池根据美国航空航天局 NASA 消息,该机构的电池研发部门 SABERS,决定从零开始为电动飞机打造固态电池。研发部门的目标是打造比现有锂离子电池具有更高能量密度的新型电池,并且不会随时间推移而损失容量,起火风险也会更低。13.研究表明电池储能系统成本与新建天然气发电厂成本相比要低30%据外媒报道,根据澳大利亚清洁能源委员会(CEC)日前发布的一项研究报告,在提供峰值容量方面,电池储能系统如今已经成为一种比天然气峰值发电厂成本更低、更有效的技术。14.美国多家机构致力于开发和研究长时储能技术据外媒报道,锌空气电池开发商Zinc8 Energy Solutions公司日前表示,正在为纽约电力管理局(NYPA)在科罗拉多州的一个长时储能试点项目部署一种可以提供10小时持续放电时间的锌空气电池储能系统(ZESS),而这个美国国防部资助的储能系统项目已经进入物理验证和评估阶段。15.马里金矿17MW/15.4MWh混合储能项目开通运营据外媒报道,德国可再生能源开发商Baywa r.e.公司与其合作伙伴Suntrace公司日前表示,这两家公司在非洲马里Fekola金矿部署的一个离网混合能源项目已经开通运营,该项目整合了太阳能发电场、电池储能系统和现有的燃油发电设施。项目/招投标篇1.湖南启用首个涵盖“源-网-荷-储-用”全链条的零碳综合智慧能源示范项目4.9日,长沙市天心区的五凌电力办公区综合智慧能源示范项目正式启用。该项目是湖南省首个涵盖“源-网-荷-储-用”全链条的零碳综合智慧能源示范项目。项目利用技术上的优势,深挖浅层地热能潜力,创新性建设预制式能源方舱,实现零碳供能,提升资源化利用水平。2.含五个光伏储能一体化项目,江西发布近期光伏发电规划项目清单近日,江西省能源局发布关于调整省级光伏发电规划近期项目库的通知,近期调整后的近期库项目清单包含5个光伏储能一体化项目:国电投新余100兆瓦光储一体化发电项目,渝水区罗坊镇100兆瓦农光互补光储一体化项目,渝水区下村镇桥上水库50兆瓦渔光互补光储一体化发电项目,宜春市万载黄茅绿色农业+光储一体化示范项目,以及贵溪电厂光储充一体化智慧能源项目。3.配10%储能:华能国际、龙源电力中标新疆克州150MW光伏项目新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州2021年首批新增光伏发电项目中标公示,根据此前公告,克州2021年新建地面集中式光伏发电项目150兆瓦共分三个标段,要求配套储能设施不低于光伏电站装机容量的10%、且持续充电时间不低于2小时配置。此次中标企业分别为华能国际电力开发公司、华能国际电力开发公司、新疆龙源风力发电有限公司。4.京能电力将加快推动鄂托克前旗500万千瓦风光氢储一体化项目建设4月7日,内蒙古鄂尔多斯市鄂托克前旗委书记布仁其木格带队,到京能电力进行调研及座谈交流。京能电力党委书记、董事长耿养谋、党委副书记、总经理金生祥、党委委员、副总经理赵剑波参加座谈。座谈期间,双方分别介绍了鄂托克前旗经济社会发展情况与京能电力经营发展情况,并就京能电力拟在鄂托克前旗建设500万千瓦风光氢储一体化项目有关情况进行了交流研讨。5.国网时代华电大同热电储能工程(全过程工程咨询服务项目)招标公告国网时代华电大同热电储能工程开启全过程工程咨询服务招标,据了解该项目建设地点位于山西省大同市云冈经济技术开发区,总投资6亿元,拟新建磷酸铁锂电池储能系统一套,建设规模为150MW/300MWh。6.储能报价最低1.085元/Wh!国网广汇2021年光储充设备采购开标4月9日,国网广汇(上海)电动汽车服务有限公司2021年光储充系统设备采购预中标候选人公示,12家企业预中标!其中长园深瑞、派能科技、采日能源、国电南瑞中标分享150套储能系统。储能系统最低报价低至1.085元/Wh。7.凯豪达或中标中广核新能源吉林白城风电项目储能制氢示范工程中广核新能源吉林白城风电项目储能制氢示范工程采购中标候选人公示已于近日结束,公示期为4月9日-12日。根据公示,排在第一位的是深圳市凯豪达氢能源有限公司,投标报价为438万元;第二位的是北京中电丰业技术开发有限公司,投标报价为499.9万元,第三位的是北京汉氢科技有限公司,投标报价958.594万元。政策篇1.浙江海宁新能源项目按装机容量10%配置储能近日,海宁市出台《关于推动源网荷储协调发展 促进清洁能源高效利用的指导意见》。《意见》在全省率先提出:“按照新能源项目装机容量的10%配置储能,并探索实现存量光伏同比例配置”。2.《甘肃省电力辅助服务市场运营规则(征求意见稿)》发布国家能源局甘肃监管办公室发布关于征求《甘肃省电力辅助服务市场运营规则(征求意见稿)》意见的函,意见稿规则较2019年发布的暂行补偿价格有较大改变。调频辅助服务补偿价格由上限15元/MW下调至12元/MW。调峰辅助服务申报价格非现货期间为0.5元/kWh,现货期间为0.3元/kWh。在电储能资源交易中,明确参与电网调峰的电储能设施要求规模在10MW/40MWh及以上。3.贵州:根据区域资源及电网调度运行需要,拟在项目较为集中区域建设储能设施4月13日,贵州省能源局发布《2021年第二批光伏发电项目开展前期工作计划》,其中提到:拟在项目较为集中区域建设储能设施,具体储能规模根据区域消纳情况和项目建设时序而定。各项目单位要结合实际,积极参与建设共享储能或集中储能等,同时要充分考虑储能项目的经济性。而且此要求也适用于3月3日下达的2021年第一批光伏发电项目开展前期工作计划。4.2025年产业规模力争超500亿元 江苏高邮出台光储充产业发展规划近日,江苏高邮发布《高邮开发区光储充产业发展规划》(2020—2025),其中,高邮光储充产业园发展目标:到2025年建立起特色突出、产业链完善、创新驱动的光储充产业体系。预计到“十四五”期末,光储充产业年开票将突破500亿元,2030年将发展成为千亿元级光储充产业园。5.江苏高邮光储充产业招大引强扶持奖励政策解读近日,江苏高邮发布《高邮开发区光储充产业发展规划》(2020—2025)以及《关于鼓励光储充产业招大引强的扶持奖励政策意见》。该意见主要从厂房配套、设备补贴、产业基金等七大方面给予政策奖励扶持,确保重特大项目引得进、建得快、发展好。本文由集邦新能源网EnergyTrend综合整理。免责声明:以上内容转载自EnergyTrend储能,所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话:010-65367702,邮箱:hz@people-energy.com.cn,地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

里原

储能市场竞争的终局将是“能源运营”的竞争

【能源人都在看,点击右上角加'关注'】在锂电池储能系统中。安装一套家用光伏+储能系统的价格约为30。随着用电成本持续上升、储能系统成本持续下降。2021年2月11日开始,一场百年一遇的极端低温天气席卷美国25个州,导致号称“能源之州”的得克萨斯出现大面积断电,超过400万人遭受停电困扰,至少40人在黑暗和寒冷中死亡。2月19日,美国总统拜登宣布得克萨斯州存在重大灾难,要求美国联邦政府提供援助。灾难期间,当地一些与供电公司签署了“可变价批发购电协议”的居民,惊愕地发现自己的家庭在5天内产生的电费账单竟高达5000美元——由于大量发电设施停运,电力供应短缺,“可变批发电价”从平时的0.05美元/kWh暴涨180倍,达到了9美元/kWh的上限值。这是自2019年7月加利福尼亚山火造成的断电危机之后,美国再次出现因自然灾害引起的电力系统崩溃。美国民众对电网系统的信任再次受到考验。这样的时刻,对以特斯拉为代表的光伏+储能产品提供商而言,是增加销量的契机。事实上,即使没有“得州大停电”的推波助澜,特斯拉储能产品也已呈现出爆发式增长。2020年Q4,特斯拉储能产品装机量达到1.58GWh,同比增长198.9%、环比增长108.7%;2020年全年装机总量为3.02GWh,同比增长83%。在位于美国内华达州的特斯拉电池工厂,储能电池「Powerwall」和「Megapack」在2020年Q3的产能比前一季度增加了一倍以上,但根据公司公告,其储能产品仍处于无法及时匹配需求的状态。尽管在极端天气下,分布式光伏系统的发电能力会大打折扣,但家用储能电池能够在短时期内提供应对突发情况的备电,而通过峰谷电价差套利,用户可以获得长时期的收益/优惠,再加上自发自用的能源形式带给人心理上的“自由感”,特斯拉的光伏屋顶「solar roof」和家用储能电池「powerwall」,正在成为像特斯拉电动汽车一样风靡美国的新潮物。根据EnergySage的数据,即使在特斯拉储能销售相对低迷的2019年H2至2020年H1,特斯拉在美国电化学储能市场的份额也超过了50%。排在其后的韩国LG化学、美国Enphase Energy、日本松下和德国Sonnen,瓜分了约40%的市场份额。将视线移出美国,我们会发现在全球其他地区的家用储能市场,还活跃着一些中国企业的名字。根据EuPO Research数据,2019年上半年,比亚迪在欧洲家用储能系统的市场份额为16%,仅排在Sonnen之后位列第二。2020年12月31日,来自上海的派能科技完成A股上市,根据招股书介绍,该公司2019年自主品牌家用储能产品出货量约占全球总量的8.5%,位居特斯拉、LG化学之后排名全球第三;若加上以贴牌方式销售的家用储能产品,派能科技2019年共计销售0.366GWh,约占全球总量的12.2%。有趣的是,这个在海外家庭储能市场力压松下、Sonnen等国际大厂的“中国储能第一股”,2019年在中国境内的销售额占比仅有28.78%,到了2020年上半年,这一比例更是降至11.98%。究其原因——派能科技专注于家用储能产品,在其2018-2020年的收入来源中,家用储能产品占比始终超过70%。但在当前的中国,家用储能仍是一个几乎空白的市场对家庭用户而言,储能系统的作用主要为3个方面:电力自发自用、峰谷价差套利、提升供电可靠性。在中国的电力供应体系下,普通居民极少受到断电困扰,且用电成本相对较低,因此从经济层面考虑,安装自发自用的供电系统并不划算。与中国相比,一些发达国家的居民用电成本高昂。根据Global Petrol Prices数据,德国、日本、英国、澳大利亚和美国的居民用电均价分别为0.38、0.29、0.26、0.25和0.15美元/kWh,而中国民用电价仅为0.08美元/kWh。面对2-4倍于中国的民用电价,以上国家的一部分居民,选择安装光伏+储能产品,以获取清洁、低价的电力,同时为家庭用电提供多一层保障。然而,即便近几年成本下降明显,安装一套光伏+储能系统仍需一笔不菲的费用。要想实现家用储能系统在更大范围的普及,价格仍是主要的障碍。以特斯拉「powerwall」为例:该系统电池容量为13.5kWh,能够提供5kW稳定输出功率,电池质保为10年,在美国加州补贴后售价为8,800美元;而一套发电总功率7kW、面积约180平米的「solar roof」太阳能屋顶系统,补贴后的价格约为21,500美元。如此算来,安装一套家用光伏+储能系统的价格约为30,000美元。如此高昂的价格,对于绝大多数能够获得稳定供电的家庭而言,显然缺乏吸引力。当前在美国购买特斯拉家用储能产品的用户,多为倡导清洁能源且经济较富裕的家庭。在德国、日本、澳大利亚等居民电价更高的国家,家用储能系统的经济回报性则更高一些。随着用电成本持续上升、储能系统成本持续下降,家用储能产品的渗透率将会不断提升。中国是全球锂电池行业规模最大、成本下降最快的国家。在这里,家用储能的市场尚未形成,但电化学储能在其他一些领域的应用已初现起飞之势。之所以说储能必将迎来爆发,是由全球能源去碳化的趋势和电力系统的属性决定的。目前,全球主要经济体已开始对碳排放定价。当前,欧盟碳排放成本为30欧元/吨二氧化碳,折合煤电的额外碳成本为0.23元/kWh,预计2030年欧盟碳成本将达到60-90欧元/吨二氧化碳。尽管面临重重阻碍,但欧盟仍在计划推行碳边境调节机制,拟对进口产品征收碳差价税——根据各种进口产品在生产环节产生的碳足迹,征收相应比例的额外税费。在英国和美国,同样在酝酿类似的碳税机制。对于拥有大量出口贸易的中国制造业企业,零碳转型的力度和进度,将直接决定其在未来国际市场上的竞争力。2020年9月22日的联合国大会上,中国承诺“力争2030年前实现碳达峰、努力争取2060年前实现碳中和”。要实现这样的承诺,作为石油进口依赖度近70%的大国(截至2019年底,中国原油对外依存度72.6%),中国对电动化转型的渴望比任何其他国家都更迫切。随着汽车产业电动化进入高速发展期,紧跟其后的将会是铁路、船运、航空,整个交通领域,将会从基于化石燃料的内燃机驱动,转向零碳排放的电驱动。在工业、农业和制造业领域,降低碳排放的需求同样迫切。冶金、电子、食品加工、玻璃等行业中所用的化石燃料和原料,将逐渐被天然气、氢气、生物质等低碳或零碳燃料取代。全社会的碳减排进程,一方面将导致电在终端能源消费中占据越来越大的比重;另一方面,电力结构将大幅度向清洁化转型。2020年,中国电源新增装机容量1.90亿kW,其中新增风电和太阳能发电合计达1.2亿kW,新增占比约63%,再加上水电、核电、天然气和生物质发电新增量,2020年新增清洁发电装机占比达到71%。值得注意的是,在连续多年的清洁发电高速增长和煤电缓增长后,2020年底,中国煤电总装机容量占比首次下降到50%以下。在完成这一巨大成就之后,中国的电力系统将要面对的是更加艰巨的挑战。尽管清洁发电装机总量已超煤电,但以实际发电量统计,煤电的地位仍旧不可撼动——2020年,全国7.4万亿kWh发电量中,煤电发电量占比高达65%。中国一国的煤电发电量,占据全球煤电总量的50.2%。继续提高清洁电力装机、提升清洁发电占比,是中国向低碳转型的不二路线。中国水电资源开发程度高、新增潜力有限,未来10年清洁电力的新增装机将主要来自风电和光伏。据发改委能源所等研究,我国年太阳辐射超过1400kWh/㎡、年日照小时数超过2200小时的土地面积约占全国土地面积的2/3,安装25亿kW光伏发电设备需要8万平方公里土地,约为中国国土面积的0.8%——理论上,8万平方公里光伏装机,年发电量可达5.5万亿kWh,约为我国2020年总发电量的74%。风能方面,在我国所有风力资源超过300W/㎡的地区中,100米高度的陆上可用风能总储量约为34亿kW;在我国水深5-50米海域中,100米高度的海上风能资源总量达到50亿kW。若以实际可开发量占总储量的10%、风机年工作时长2000小时计,则以上两项的理论年发电量可达1.7万亿kWh,约占我国2020年总发电量的23%。面对如此巨量的可再生能源潜力,我国电力结构中清洁能源占比的提升,一方面取决于清洁能源装机增量,另一方面更取决于电力系统对间歇性可再生能源发电的“消化能力”。众所周知,风力发电具有显著的季节性、随机性特征;而光伏发电虽单日出力曲线呈午后最高、两侧均匀下降趋势,但发电量同样受到气候和天气的影响,随机性较高。在电力系统中,电能以光速传送,且无法大规模存储,电力的发、输、配、用在瞬间同步完成,整个电力系统时刻处于一种动态平衡状态。因此,电力系统具有极高的稳定性要求。在稳态运行时,电力系统中发电机发出的有功功率和用电负荷消耗的有功功率相平衡,系统频率也维持在额定值;当电源功率大于负荷功率时,系统频率升高,反之则系统频率降低。因此,电网需要通过一次调频、二次调频等手段,保证系统的频率维持在合格范围内,否则负载或发电设备的运行将受到影响,严重时甚至导致频率崩溃,造成大面积停电。煤电发电量不断下降、风电和光伏不断上升,将导致电力系统供给侧的稳定性下降。为了适应这样的不稳定性,需要在发电侧、配输电侧(电网)和用电侧的共同努力,以保证电力系统的韧性和灵活性。通过电力调峰、需求响应、辅助电源等手段,平滑电力供给尖峰,填高用电负荷低谷,这便是“削峰填谷”之说所指。电化学储能的意义在于,凭借灵活的安装方式、高质量的调节能力、迅捷精确的响应速度、环保零碳的清洁属性,其在发电侧、电网侧和用户侧均能够提供最亟需的功能。先说发电侧和输配电侧。大幅增加清洁能源装机将会使发电侧的电力供应变得更加随机,而用电侧的需求同样具有一定随机性,传统电网公司的做法是提前预测用电侧需求,并据此向发电企业购电。相应地,发电企业需要通过技术手段,满足电网的需求。一些风电光伏比例较高的国家,已通过技术改造让电网更好地消纳波动能源,比如要求具备高电压穿越能力、主动向系统提供调频服务、甚至提供虚拟转动惯量等。这些技术手段使可再生电源对电网系统更加友好,虽然额外的成本会影响可再生能源的经济性,但随着技术的进步,成本仍在持续下降。在近两年的中国,新能源配储能成为各地纷纷鼓励的发展模式:截至2020年底,我国超过17个省份发布了要求风光发电配置储能的政策,容量配置比例为10%-20%,容量时长一般为2小时。“配置储能优先并网”,由电网企业与新能源开发商私下达成的一种潜规则,逐渐变为明规则。然而,风电、光伏电站配置储能,利用的是电量型储能。由于成本限制,发电侧储能电池容量标配为2小时,亦即在发电高峰时段仅能存储2小时内发出的电能,若不能及时并网,风机和光伏板超出2小时以外发出的电能只能被浪费。事实上,从世界范围看,电量型储能应用并不普遍,而是以功率型应用为主,即利用储能电池在短时间内的充放电,来响应电力系统的调峰调频需求,并利用峰谷价差赚取利润。作为平衡整个电力系统供需关系的设备和措施,储能在发电侧和输配电侧的本质作用是相同的。储能布设在哪个阶段,主要涉及的是利益分配问题。因此,国外机构通常将发电侧和输配电侧储能统一归类为“电表前端储能”。采用“一刀切”的方式要求新能源发电配储能,会造成资源浪费,并对众多刚刚跨过盈利线的新能源发电企业增加额外成本,打击其装机积极性。2019年5月28日,国家发改委、能源局发布新修订的《输配电定价成本监审办法》,明确电储能设施不计入输配电定价成本,导致2019年输配电侧储能新增装机迅速下降,与此同时发电侧储能新增装机迅速提高。发电侧与输配电侧储能新增装机此消彼长的关系,侧面印证了储能在这两个应用场景的本质用途基本相同,需求只是在不同主体间转移。虽然储能产生的价值会使发电方、电网方和用电方均受益,但由于缺乏合理传导成本的市场机制,储能产生的额外成本便被压在了市场话语权最弱的发电企业头上。不同地区的电网系统和风电、光伏资源各异,并非所有新能源电站都适合配置储能系统。对于一些与当地并网需求存在结构性差异的新能源发电企业而言,充放循环以小时计的储能系统犹如“水库边上挂水桶”,成本投入巨大,对新能源消纳的实际效果甚微,投入产出比很低。针对此局面,远景能源高级副总裁田庆军曾在一次采访中表示,“强配”的局面只是暂时的,“随着电力市场建设的推进,发电商的生产管理将从过去以电量最大化为目标的发电生产模式,逐渐转向电力价值最大化的电力交易模式;从过去面向传统基建和追求规模的投资模式,转向面向风险管理的投资。”储能本身并不生产能源。作为能量的“搬运工”,储能本质上是一种灵活性资源,其价值等于电力系统平抑波动性的边际成本。随着整个社会向低碳化转型,不仅电力系统本身发、输、配、用各环节的运行机制将会相应调整,电力系统对全社会——特别是对用电规模巨大的工商业企业——的用电定价机制,也将逐渐更细致地反映调峰调频等灵活性服务的成本。在这样的机制下,无论储能系统安装在发电、输电、配电中的哪个环节,都可由各利益相关方共同承担成本,形成可持续的储能商业模式。根据中国碳达峰目标,2030年光伏+风电累计装机量将超12亿kWh,2021-2025年,风电+光伏年均新增装机空间约为110GW。以光伏+风电装机增量为测算依据,并考虑储能配置渗透率逐渐提升,容量配置比例取15%,容量时长取2小时,预计我国2021-2025年发输配电侧(即电表前端)的储能装机需求约为48GWh。在用户侧,储能的应用有更加广阔的想象空间。前文提到的家用储能系统,由于分散度高、规模小、并网率低,其最主要的用途是为用户自身提供应急备电等服务,套利、参与调频等可运作的空间有限。工厂、超市、办公区等企业用户侧的储能系统,则是家用储能的升级版。由于这些大型储能系统的功率可达MW级别,且工商业峰谷电价差更高,依靠储能进行峰谷价差套利的模式,盈利空间更为可观。储能为用户带来的调节能力,也就是把负荷适时变大变小的能力,同样能够减轻电力系统的调频压力。例如,随着汽车电动化转型加速,充电站建设将在未来5年持续高速增长。“光储充一体式”充电站,有望成为用户侧储能大规模应用的典型模式。在传统充电站的基础上配置分布式光伏系统和储能电池,可以减缓输配电设施在应对充电站功率需求时的扩容压力,并大幅缓解充电站大电流充电时对区域电网的冲击。我国《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》中明确鼓励“光储充放”多功能综合一体站建设。国家和各地政策的支持,加上充电站投资回报率随着电动汽车渗透率的提升而不断改善,“光储充一体站”的商业可行性将会逐渐凸显。这样的商业前景,使得充电站运营商有望在未来进入能源运营领域——与配备储能系统的其他工商业主体相同,配有储能电池的充电站同样可以利用自己的灵活性储能资源,参与调频调峰、峰谷价差套利、电网辅助服务等业务,赚取相应的利益。3月5日,李克强总理在《政府工作报告》中提出,将允许所有制造业企业参与电力市场化交易,预计国家从政策层面支持储能运营的进程将会加快。未来,任何持有大量锂电池(在这一语境下,动力电池与储能电池均适用)的主体,都有机会通过电力系统的改造升级,参与到能源运营和辅助调频调峰的事业中来。亦即是说,随着电动汽车V2X技术的逐步运用,拥有大量电动汽车的出租车公司、租车公司、车队运营方,也同样可将自己的车队看作具有运营价值的储能设备。通信基站,是未来5年新增储能装机的另一大重要领域。截至2019年底,中国三大运营商共用4G基站478万个。随着5G技术的投用,4G基站不再大范围增加,未来新建的通信基站将主要为5G基站。由于5G通信频谱分布在高频段,信号衰减更快,覆盖能力减弱,因此相比4G,通信信号覆盖相同区域的前提下,5G基站的数量将比4G基站更多。按照功率和覆盖范围的不同,5G基站可分为宏基站和小基站,宏基站一般建设在空旷地区,再通过小基站的补充,以“宏基站+小基站”的组网模式提升覆盖范围。根据工信部数据,截至2020年底,我国累计开通5G基站71.8万个。参考过去4G基站的建设节奏,预计至2025年,我国5G宏基站的建设数量将达到约450万个。在建设节奏方面,2021-2022年将达到高潮,随后数量逐年下降。通信设备对电源系统的可靠性和稳定性要求极高,因此一般采用蓄电池作为后备电源,以保证连续供电。在4G时代,铅酸蓄电池是备用电源的主流技术,而5G基站的典型功耗相比4G提升3-4倍,达到3.5-5kW,若继续采用铅酸电池,现有机房空间和设施很难承载后备电源进行大容量的扩容需求。磷酸铁锂电池能量密度可达铅酸电池的4-5倍,且在安全性、循环寿命、快速充放性能等方面优势明显。尽管目前磷酸铁锂电池价格仍高于铅酸电池,但在全生命周期成本评价体系下,由于拥有更长的循环寿命,磷酸铁锂电池已几乎抹平了成本劣势,且未来几年仍有降本空间。2018年,中国铁塔已停止采购铅酸电池,转而采用梯次利用锂电池。2020年,国内三大通信运营商与中国铁塔相继发布磷酸铁锂电池集中采购计划,宣告了磷酸铁锂电池在我国5G基站领域将对铅酸电池实现全面替代。以单个5G基站功率4kW、备电时长3小时计,单站储能容量为12kWh,可以得出未来5年新增约378.2万个5G基站所需的储能总量约为45GWh。尽管派能科技在海外家用储能市场表现不俗,但在国内的To B储能市场,建立于家用系统市场的品牌优势并无从发挥,性能满足需求的前提下,成本才是市场竞争力的核心。2021年2月,在中国铁塔与中国电信备电用磷酸铁锂电池产品招标中,联动天翼、南都电源等5家中标电池企业针对电池组(含电芯、BMS、线束及外壳等)的含税均价仅为0.504元/Wh。与之对应地,根据BNEF调研,2019年一个完成安装的4小时电站级储能系统,成本范围在300-445美元/kWh之间。BNEF预测,2020年单kWh成本仍将高于300美元,至2025和2030年有望降至203美元和165美元。储能项目的成本差异性很大,主要受功率能量比、项目规模、项目复杂程度、冗余度以及当地法规等多方面影响。但即使将这些因素都考虑进去,与海外市场相比,中国储能市场价格竞争的激烈程度仍令人惊异。在锂电池储能系统中,成本占比最高的三个部件分别是锂电池、PCS(逆变器)和BMS(电池管理系统),其中,电池成本占据系统总成本的比例超过60%。随着储能市场的扩大,在动力电池行业拥有绝对规模和成本优势的企业,将凭借更低的价格,在储能市场竞争中占据主导地位。对比2018-2019年中国储能技术提供商(即电池提供商)Top10企业的变化即可看到,宁德时代、国轩高科、亿纬锂能等国内动力电池领先企业,储能装机量均在2019年取得了明显的同比增长。对此,派能科技深谙掌握电池产能和规模效应的重要性。2020年,派能科技自有的电芯产能为1GWh。在产能利用率接近饱和的情况下,派能科技计划大规模扩产,新增电芯产能达到4GWh。在电池技术路线方面,由于储能系统的核心需求在于高安全、长寿命和低成本,磷酸铁锂电池热稳定性强、不含贵金属、循环寿命可达5000-10000次,尽管在能量密度方面稍逊,但固定式储能对空间和重量的要求远不及车载动力电池苛刻,因此磷酸铁锂相比三元锂电池更适合储能应用。因此,未来几年,动力电池的竞争格局,特别是磷酸铁锂动力电池的竞争格局,也将会是中国储能市场格局的指向标。作为在中国动力电池三元和磷酸铁锂两种技术路线上的“双料冠军”,宁德时代早在2011年便参与了国家电网风光储能示范项目。2018年,宁德时代看到了储能爆发的势头,设立储能事业部,将储能列为重点发展业务。此后两年中,宁德时代明显加快充能布局,先后与星云股份、科士达、易事特、国网综能、福建百城新能源等成立合资公司,为在储能竞赛中的冲刺做好准备。2020年2月,宁德时代宣布200亿元定增,其中用于江苏时代项目(三期)中的55亿元中,包含20亿元用于电化学储能前沿技术储备研发。阳光电源、固德威等其他储能玩家,则凭借在PCS领域的技术和市场优势,并通过向电池业务拓展、提供差异化增值服务等方式参与市场竞争。那些在产业链中不掌握电池、PCS等核心技术的纯系统集成商,将会在下一轮更激烈的竞争中处境艰难。储能市场的终局,很可能将会是“能源运营”。在即将到来的市场高速增长阶段,将会是以电池成本为核心竞争力的“硬件竞争阶段”。在这一阶段中争取到尽可能大的装机量,不仅会帮助储能/电池企业打下良好的市场基盘,更是在为其争取进入下一阶段竞争的入场券。这非常类似于在智能电动车市场争夺尽可能大的市场份额,以进入下一轮自动驾驶、智能座舱赛道的竞争。储能领域的下一轮竞争,同样将由软件定义——将遍布城市和乡村的储能装置,以及数以亿计的电动汽车作为与电网连接的储能终端,利用软件匹配发电方与用电方需求,通过实时控制和交易平台的形式,管理和优化设备运行策略,最大化各方收益。拥有数据和最优算法的软件公司,将会握有打开巨额市场的钥匙。免责声明:以上内容转载自中国能源网,所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话:010-65367702,邮箱:hz@people-energy.com.cn,地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

秋本

《电动汽车储能技术潜力及经济性研究》报告发布

  2018年2月7日,国际环保公益组织自然资源保护协会(NRDC)与国家发改委能源研究所、中关村储能产业技术联盟在京发布《电动汽车储能技术潜力及经济性研究》报告。  国家发改委能源研究所博士刘坚在发布会上介绍了报告的主要内容。受一系列激励政策带动,中国电动汽车产业发展迅速,现已成为全球最大电动汽车产销及保有量市场,中国动力电池产业规模同样居全球第一。然而,当前动力电池成本及智能充电技术等仍然是制约电动汽车电力系统储能的重要因素。报告预计,到2030年,全国各类电动汽车保有量有望突破1亿辆。在此基础上,报告对电动汽车储能的应用潜力及经济性水平进行了分析。  报告认为,快速成长的电动汽车产业已经并将继续成为电化学储能成本下降的首要驱动力。考虑到目前电动汽车产业仍处于发展初期,预计未来电池成本具有巨大下降空间。此外,电动汽车本身也可成为规模可观且经济高效的储能资源。电动汽车可通过有序充电、V2G、电池更换、退役电池储能等方式直接或间接参与电力系统储能运行,实现与固定储能相同或相似的功能。在四类电动汽车储能模式中,有序充电成本最低,V2G储能应用潜力最高,电池更换储能灵活度最高。若2030年风电、光伏发电装机量分别达到10亿千瓦,电动汽车储电容量完全可与大规模可再生能源形成协同,助力电网吸纳不稳定的风能和太阳能。  基于研究结论,报告认为电动汽车具有可观储能潜力和经济性,应尽早通过政策布局予以合理引导。报告建议降低电动汽车充电服务市场门槛,放开住宅及办公地点充电市场,允许公共充电服务公司通过集中建设、集中运行的方式为私家电动汽车用户提供充电服务,为未来电动汽车充电行为集中引导奠定基础。另外,报告建议创新电动汽车充电价格机制,在将电动汽车V2G及退役电池储能纳入分布式发电资源管理的同时,对参与电力需求响应及储能服务的充放电行为给予绿色证书或碳积分,提高电动汽车用户、社会资本、充电服务商等各相关方的参与电动汽车储能的积极性。报告还建议开展电动汽车储能运营综合试点,以探索适应我国国情的电动汽车储能商业运营模式。  刘坚表示,随着电动汽车规模不断提升以及电动汽车与电网互动技术日益成熟,电动汽车可依托分布式储能、智能网联等技术与模式创新,与可再生能源一起构建新一代经济高效的智慧能源系统,带动中国能源工业整体变革。  自然资源保护协会高级政策分析师金亨美表示,V2G是最具潜力的电动汽车储能方式。发掘并优化电动汽车的储能潜力可以很好地促进电网吸纳波动性大的风能和太阳能,有效减少弃风弃光;还可以带来减少电动汽车车主的支出、减少火电排放等多重协同效益,达到多方共赢的目的。  国家电网电动汽车服务有限公司发展策划部主任冯义、中国电科院首席技术专家惠东、中国科学院物理所教授李泓、能源基金会交通项目主任龚慧明、中关村储能产业技术联盟高级研究经理李岱昕参加了发布会,并对报告做了点评。

聚散以成

3月31日晚间重要行业研究汇总(附股)

3月31日多家机构发布各大行业研究报告,以下是研报摘要,仅供投资者参考:医药行业:掘金口腔医疗消费黄金赛道 隐形正畸方兴未艾投资策略:我们长期看好基于隐形正畸产业链的投资机会,建议关注(1)时代天使:国内领先的隐形矫治解决方案提供商,逐渐形成时代天使标准版、时代天使冠军版、时代天使儿童版、COMFOS 等产品系列体系,持续推陈出新满足客户多样需求。(2)通策医疗:国内大型口腔医疗服务连锁集团,借助“总院+分院”模式实现高速扩张,公司重点推广正畸等高毛利业务,启动旋风计划,借助于旗下自主品牌“OrthoLink”优领数字化正畸平台和“Hibeauty”隐秀矫治器大力推广数字化隐形正畸。新经济产业:新经济头部企业营收增速良好投资策略:多行业将面临碳减排问题,清洁能源逐步成为最主要的电力来源,新能源汽车、氢能汽车将替代传统燃油车以使得交通领域的碳排放逐步下降;传统能源企业可采用 CCUS 技术、布局可再生能源、林业碳汇、甲烷利用等碳减排项目实现碳中和。预计全国碳排放交易市场的完善将为清洁能源发展和碳减排技术带来进一步发展空间,维持“强于大市”评级。保险行业:新单趋势将有所改善 关注2股投资策略:2020年行业整体承压明显,价值增速整体负增长,利率环境承压,但权益市场带动投资收益率上行。展望 2021年,低基数下上市险企整体价值增速明显改善,但长期保障产品销售仍有一定压力,我们预计二季度以后产品销售状况将会逐步好转,新单趋势将有所改善,后期持续关注产品销售改善情况。个股层面,建议关注估值底部、新单和价值增速相对领先的中国平安以及新管理层到位、市场化机制改革的中国太保。锂电储能:电力系统储能发展掣肘 关注6股投资策略:我们对储能在可再生能源并网、电动车以及5G基站备用电源三大应用场景下的储能新增装机需求进行了测算,2020-2025年,全球磷酸铁锂储能系统新增市场空间合计超万亿。落实到实际应用场景中,储能在电力系统中的大规模发展仍受到一些客观条件的限制,本报告将着重针对该问题进行探讨。投资建议:关注储能产业链锂电池、逆变器、铁锂正极头部企业相关标的:(1)储能电池相关标的:宁德时代、鹏辉能源、派能科技、亿纬锂能;(2)逆变器标的:阳光电源、固德威;(3)正极材料标的:德方纳米、富临精工。汽车行业:小米入局开启第二轮新势力造车 关注5股投资策略:电动车让造车壁垒降低、造车速度更快,对品牌打造和用户运营提出了更高要求,而这是互联网企业和消费电子产品的相对优势。如果说首轮造车新势力是平地起高楼式的从无到有,那么第二轮造车新势力则是巨头的新征程。它们具备庞大的忠诚用户群,软硬件集成能力和较强的供应链管理能力,对智能终端生态运营娴熟。它们的入局将加速汽车在智能化赛道的发展,倒逼传统车企加速转型,补足短板。汽车作为高附加值的耐用消费品,产业具备比消费电子更长的风口和更高的壁垒,对资金、人才及组织有更高的要求,无论是新势力还是旧势力,将面临共同的机遇和不同的挑战。关注正在转型的整车龙头企业,如长城汽车、上汽集团,关注吉利汽车。同时汽车优质配件也将迎来更多品牌的青睐,关注单车附加值有望随汽车智能化提升的配件细分龙头福耀玻璃、华域汽车等。计算机:小米造车智能驾驶加速器? 关注3股投资策略:3月30日,小米集团在港交所公告称,董事会正式批准智能电动汽车业务立项,拟成立一家全资子公司,负责智能电动汽车业务;首期投资为100亿元人民币,预计未来10年投资额100亿美元。集团首席执行官雷军先生将兼任智能电动汽车业务的首席执行官。小米希望用高品质的智能电动汽车,让全球用户享受无所不在的智能生活。投资建议:科技企业纷纷入局智能驾驶万亿大市场,我们看好小米等巨头入局后加速产业加速落地。建议重点关注智能驾驶硬核主线:重点关注车载OS龙头中科创达、智能座舱龙头德赛西威(与汽车联合覆盖)、高精度地图领军四维图新。核心受益:智能车辆检测龙头道通科技。(文章来源:东方财富研究中心)

执圭

比亚迪获EuPD“2021顶级储能品牌”大奖 蝉联行业“品质金奖”

日前,比亚迪Battery-Box Premium系列储能产品,从诸多国际强手中“杀出重围”,斩获有着“行业风向标”之称的德国权威研究机构EuPD Research颁发的“2021顶级储能品牌”大奖。比亚迪成为欧洲储能市场本年度中仅有的3个获奖的品牌之一, 也是全球唯一一家同时在欧洲和澳洲市场获奖的中国家用储能品牌。EuPD年度“顶级储能品牌”奖,是储能行业“品质金奖”的象征。自2018年首次获奖以来,比亚迪Battery-Box产品连续四年蝉联EuPD年度“顶级储能品牌”大奖。此外,比亚迪在德国、瑞士、奥地利、意大利、西班牙等国家,也分别荣获了EuPD年度“顶级储能品牌”大奖。这些奖项,证明了欧洲和澳洲两大市场对比亚迪Battery-Box Premium 系列储能产品的高度认可和满意,同时更加彰显了比亚迪Battery-Box Premium 系列储能产品的国际品牌实力。EuPD Research “2021顶级储能品牌”奖章“到目前为止,只有少数储能系统解决方案提供商能够在欧洲和澳洲市场成功定位。”EuPD Research首席执行官马库斯·霍纳(Markus A.W. Hoehner)表示,“我们很高兴能够授予比亚迪Battery-Box Premium欧洲和澳洲市场顶级储能品牌奖项。比亚迪是仅有的三家获奖的储能制造商之一。”“我们很高兴收到欧洲和澳洲安装商的一致好评,证实了我们在欧洲和澳洲市场的解决方案、服务和定位的成功。”比亚迪Battery-Box全球总监陈艳(Julia Chen)表示,“我们认为,这不仅反映了比亚迪家用储能解决方案的优秀品质和我们当地合作伙伴的出色支持,也反映了我们模块化产品广泛的用途。通过这种方式,Battery-Box Premium系列产品为商业和私人用户提供了非常灵活和高效的储能产品选项,适用于小型和大型、并网或离网、低压和高压的应用,从而向更可持续的能源使用过渡。”作为全球新能源整体解决方案开创者,比亚迪以解决社会问题为导向,以技术创新为驱动,开发光伏、储能、电动汽车、云轨、云巴等绿色技术产品,打通能源从获取、存储到应用的全产业链环节,为城市提供一揽子绿色整体解决方案,促进能源结构转型。比亚迪开发的“光储一体化”模式,突破传统光伏发电瓶颈,将太阳能转化为电能并存储应用,让清洁能源满足更多样化的市场需求。高安全的储能系统与太阳能光伏发电系统相结合,帮助用户将白天太阳能所发的清洁电力储存下来,供晚上使用,可让电网吸收和并网更多可靠、安全、低价的可再生能源,助力能源结构调整,不断提高清洁能源占比。比亚迪作为储能领域先行者,深耕储能行业十多年,目前全球累计交付超过1.7GWh,通过绿色环保的高安全电池技术,持续助力全球绿色可持续发展。EuPD Research “2021顶级储能品牌”奖章“云”颁发“2021顶级储能品牌”奖章,由EuPD Research根据“Global PV InstallerMonitor 2020/2021”(2020/2021全球光伏安装商调查报告)评估授予的。该调查对欧洲和澳洲的安装商,就客户首选、客户推荐、品牌认知度和分销(宽度和深度)等多方面进行了深入的调查和评估。该奖为储能制造商提供了一个中立的和未经过滤的评估,也为安装商和终端客户提供了产品选择的方向。