非化石能源消費占比大幅提升是發展儲能的根本原因。2020年9月22日,國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上向國際社會作出碳達峰、碳中和的鄭重承諾。
隨后,這一3060目標被納入“十四五”規劃建議,中央經濟工作會議也首次將做好碳達峰、碳中和工作列為年度重點任務之一。
根據國網能源研究院發布的《中國能源電力發展展望》,我國未來要實現雙碳目標,一次能源低碳化轉型明顯,非化石能源占一次能源比重在2025、2035、2050和2060年分別有望達到22%、40%、69%和81%。
傳統電網難以滿足以新能源為主體的新型電力系統調節需求,儲能將成為新型電力系統中的重要支撐。多種儲能措施并舉將在新型電力系統的調峰、調頻、供能穩定等方面扮演關鍵的角色。
國內外多國實行了多項推動、鼓勵儲能發展的政策。2017-2021年受益于電價定價體系、能源結構的差異性以及政府給予適當補貼,國內外儲能發展迅速。中國2021年7月提出到2025年國內裝機達3000萬千瓦以上,到2030年實現新型儲能全面市場化發展,利好政策不斷出臺。
儲能的空間有多大?
隨著新能源發電占比越來越高以及儲能經濟性拐點到來,儲能市場迎來爆發,預計到2025年全球新增儲能裝機達到130.9GW/318.1GWh,2021-2025年復合增速為79%,到2030年新增儲能裝機達到535.8GW/1575.0GWh,2021 -2030年復合增速為55%,中國、美國、歐洲將是最大增量市場。
有哪些形式的儲能?
儲能的方式較多,根據能量存儲方式的不同,主要分為物理儲能、電化學儲能、電磁儲能、光熱儲能,以及氫儲等,其中物理儲能在存儲過程中不發生化學變化,可細分為抽水儲能、壓縮空氣儲能與飛輪儲能,電化學儲能根據不同的儲能介質可分為鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池等 6 種細分種類。目前抽水儲能占據累計裝機主要份額,但逐年下降。
基于IEA(國際能源機構)發布的“Energy Storage Technology Roadmap”中對各類技術成熟度的分析可知,各類儲能技術在成熟度方面也呈現出了不同的特點。
主流儲能技術成熟度如下圖所示。鋰離子電池憑借自身能量密度大、功率性能高、響應速度快等優勢,目前已成為應用最廣泛的一種儲能電池技術;
鉛蓄電池是具有較長發展歷史的一種化學儲能技術,由于性能穩定、成本低廉,在分布式發電和微網領域有大量應用案例;
液流電池和鈉硫電池由于具有儲能時間長、容量大、循環周期長等優勢,目前已經成為先進大容量電化學儲能技術的代表,備受大規模可再生能源并網示范項目的青睞;
超級電容和高速飛輪儲能已在軌道交通、制動能量回收等非電力系統領域中得到成熟應用,在電力系統中通常會與能量型儲能技術配合應用,以充分發揮其功率性能優勢;
抽水蓄能和傳統壓縮空氣儲能技術相對成熟,適合百兆瓦及以上規模的儲能應用,并已實現商業化應用;超導儲能技術在電力系統中的應用還不成熟,距離規模化應用仍需要一定的時間。
儲能的應用場景
儲能應用場景豐富,在新型電力系統中的應用前景廣闊,具體應用領域可分為發電側、電網側和用戶側三大類以及多種子場景:
1)發電側: 火儲聯合調頻,穩定輸出功率;新能源發電配儲,平抑出力波動,提高消納等;
2)電網側: 調峰、二次調頻、冷備用、黑啟動等;
3)用戶側: 峰谷套利、需量管理、動態擴容,用戶主要分為家庭、工業、商業、市政等;
4)微電網: 主要為離主電網絡較遠的無電、弱電地區,需要自建電網,可采用可再生能源與儲能作為解決方案;
5)分布式離網: 4G/5G 基站供電、風景區驛站供電、森林監控站供電、油田采油站供電、高速加油站供電等。
儲能的發展現狀
目前全球的儲能方式占比來看,抽水蓄能依然是一家獨大,占比超過了 90%,而占比第二大的是電化學儲能,約占4%左右,而在電化學儲能中占比最大的是鋰離子電池儲能,約占80%左右。
值得一提的是,我國的抽水蓄能技術將迎來較快的發展。2021年9月,國家能源局發布《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》,按照能核盡核、能開盡開的原則,在重點實施項目庫內核準建設抽水蓄能電站。
1、規劃到2025年,抽水蓄能投產總規模較“十三五”翻一番,達到6200萬千瓦以上;
2、2030年,抽水蓄能投產總規模較“十四五”再翻一番,達到1.2億千瓦左右,推動抽水蓄能進入快速發展階段。因此,抽水蓄能作為電源電網側的大容量電能調配的重要補充,其建設節奏有望自“十四五”期間起迎來集中釋放,直接利好主站設備和電站系統供應商。
電化學儲能正在逐漸成為新增主流,鋰電池響應快、壽命長、適應場景多,優勢凸顯。由于電化學儲能的使用場景更多,受地理環境等外部因素影響較小。
2017-2020年電化學儲能占全球新增儲能裝機比例分別為17%/66%/80%/51%,占中國新增儲能裝機比例分別為3%/28%/58%/46%;前三年呈現逐年上升趨勢。
2020年有所下降,原因為2020年有新增的抽水蓄能投入使用,一座抽水蓄能電站容量大,對當年電化學儲能裝機占比產生較大影響。電化學儲能逐漸成為新增儲能項目中的主流技術,預計2021年將繼續保持增長趨勢。
電化學儲能中,鋰電儲能由于能量/功率密度更高、使用與循環壽命更長、響應時間更快、適應場景多等優勢,2020年全球/中國鋰電儲能占新增電化學儲能 96%/92%,而20203Q 新增規劃/在建電化學儲能項目幾乎全部應用鋰電池。預計鋰電池儲能技術將成為未來主流儲能技術。
全球電化學儲能裝機持續增長,累計達16.5GW/33.1GWh:2020年全球新增電化學儲能5.3GW/10.7GWh,同比+57%,主要得益于中國(新增1.2GW/2.3GWh,同比+168%)和美國(新增1.1GW/2.6GWh,同比+207%)儲能市場的迸發。截至2020年底全球已投運電化學儲能累計裝機16.5GW/33.1GWh,同比+57%,占光伏累計裝機的2.3%。
分國家來看,2020年新增電化學儲能裝機中國(新增1.2GW/2.3GWh,同比+168%)躍居首位,歐洲(新增1.2GW/1.9GWh,同比+19%)、美國(新增1.1GW/2.6GWh,同比+207%)分列全球第二、第三,合計裝機達3.5GW/6.8GWh,同比+107%,占全球新增的63%。另外,韓國新增0.85GW/2.24GWh,同比+30%,日本新增0.55GW/0.98GWh,同比+36%,居全球第四、第五。
海外的儲能發展現狀
美國市場,過去十年,加州貢獻54%儲能裝機,45%儲能用于表前能量時移;過去五年家庭儲能規模迅速增長。BNEF數據,2010-2020年全美電化學儲能累計裝機約2.8GW,加州、PJM和德州位列裝機前三,分別占比54%、14%和10%。從功能看,能量轉移和輔助服務是美國主要的儲能場景,累計裝機占比分別為45%和27%;但過去五年表后家庭儲能需求興起,2015-2020年CAGR達到227%。
2010年以來,歐洲市場安裝數量和裝機容量均在高速增長, 2011年歐洲新增裝機容量僅為2MW,截至2020年底累計裝機容量4.14GW,2016-2020 CAGR達49.2%。
2010-2020年德國貢獻48%儲能裝機,40%項目用于家用儲能。細分功能場景,家用儲能、能量時移、輔助服務是主要應用場景,累計裝機占比分別為40%、25%和25%。從地區來看,德國和英國是歐洲儲能市場領先者,累計裝機占比分別為48%和32%。
為什么海外的儲能技術發展較快?引用中金電新團隊的觀點,有三個要素起到關鍵的支撐,分別是電力市場機制、政策以及經濟性:
1)電力市場機制:海外具備較成熟的電力現貨市場和輔助服務市場,多元化的電力品種為儲能提供收益支撐;
2)政策:海外政策支持可再生能源發電是儲能發展的底層邏輯,同時通過補貼、允許儲能參與電力市場交易等激發配儲需求;
3)經濟性:在高收益、政策補貼和儲能成本下降的驅動下,海外儲能項目已具備較高的經濟性。分區域看,美國、日本、韓國、歐洲和澳洲是主要儲能市場,其中美國表前/表后市場發展比較均衡、在可再生能源目標以及持續補貼下有望延續高增長;日本、歐洲、澳洲聚焦戶用儲能、Fit退坡有望驅動戶用儲能需求持續市場;韓國在RPS目標及RECs政策激勵表前市場有望保持較高增速。
總 結
儲能是新能源發展的必經之路,未來的成長空間巨大,未來5年的年均復合增速可能達到70%+,未來10年的年均復合增速可能達到50%+,是一條不可多得的超級成長賽道。儲能的形式多種多樣,電化學儲能有望成為其中最為看好的技術路線之一。海外的儲能發展比國內要更加成熟,國內儲能在探索中前進,有望在未來迎來更加快速的發展。