“儲能市場上目前各種技術(shù)路線百花齊放,但是除抽水蓄能外其他技術(shù)路線都缺乏經(jīng)濟性。鈉離子電池響應(yīng)速度快、能量密度高、經(jīng)濟性高,目前已經(jīng)在低速車、商用車、叉車等戰(zhàn)略項目中前期示范性導入,未來有望部分替代鋰電池場景。未來儲能市場需要積極有力的產(chǎn)業(yè)政策來建立完善電力市場機制,使儲能的經(jīng)濟性充分顯示出來。”
中國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)儲能新增裝機按技術(shù)分類,成四大梯隊分布
截止到2021年底,2021年我國新增電力儲能裝機繼續(xù)保持高速增長,新增投運規(guī)模達10.5GW,同比增長220%。新增最多的是抽水蓄能,單機規(guī)模100MW以上,占年度新增裝機79%左右,位列第一梯隊。其次是鋰離子電池、壓縮空氣儲能、液流電池、鉛蓄電池、儲熱儲冷技術(shù),單機可達 10-100MW,位列第二梯隊。第三梯隊是鈉離子電池、飛輪儲能、超級電容器,目前單機容量已達到MW級,其中鈉離子發(fā)展受關(guān)注最多,未來可能進入第二梯隊。第四梯隊是是液態(tài)金屬、金屬離子電池、水系電池等新型儲能技術(shù),需要進一步的研發(fā),以盡早實現(xiàn)集成釋放和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
中國儲能企業(yè)主要包括儲能技術(shù)提供商、儲能PCS提供商、儲能系統(tǒng)集成商三大類。
儲能技術(shù)不同類型及特點
儲能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能量儲存起來以便以后需要時利用的技術(shù)。根據(jù)技術(shù)類型的不同,以電能釋放的儲能方式主要分為機械儲能、電磁儲能和電化學儲能。機械類儲能的應(yīng)用形式為抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能;電磁儲能的應(yīng)用形式為超級電容儲能和超導儲能;電化學類儲能主要包括鉛蓄電池、鋰離子電池和液流電池等儲能方式。
不同儲能技術(shù)具有不同的特性,包括響應(yīng)時間、放電時長、綜合效率,相應(yīng)的技術(shù)成熟度和應(yīng)用場景也有所差異。不同儲能技術(shù)路線利弊兼有,卻不影響其“百花齊放”。隨著碳達峰、碳中和目標的提出,儲能產(chǎn)業(yè)駛?cè)氚l(fā)展快車道,成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支撐。
抽水蓄能:中國作為抽水蓄能大國,進入發(fā)展高峰期
抽水蓄能是一種大規(guī)模的儲能方法,即通過電能-水勢能的轉(zhuǎn)化進行能源儲存。抽水蓄能是在用電低谷時將電能轉(zhuǎn)化為上游水庫水的勢能,在用電高峰時通過水輪發(fā)電機將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能,其儲能總量同水庫的落差和容積成正比。
抽水蓄能電站自1882年問世至今擁有140年的歷史,中國是從20世紀六七十年代拉開抽水蓄能電站建設(shè)的序幕。“十二五”、“十三五”期間, 為適應(yīng)新能源、特高壓電網(wǎng)快速發(fā)展,抽水蓄能發(fā)展迎來新的高峰。截至2020年底,全球已投運的抽水蓄能裝機為1.725億千瓦,其中中國抽水蓄能裝機達到3149萬千瓦,占比超過18%,位居世界第一。
抽水蓄能:技術(shù)成熟但建設(shè)受限,需求和電價機制是制約發(fā)展的主要因素
抽水蓄能是當前儲能規(guī)模最大(GW 級)、技術(shù)最成熟、使用壽命最長(50a左右)和經(jīng)濟性最優(yōu)(度電成本 0.21-0.25元/kWh)的物理儲能技術(shù)。這種低吸高發(fā)的儲能模式主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等場合,可進行“水光互補”,有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的動態(tài)平衡,提高電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合運行效率達70%~85% 。
基于其技術(shù)成熟,循環(huán)次數(shù)多,使用壽命長且損耗低等特點,抽蓄電站的度電成本優(yōu)勢較大,但是抽水蓄能資源總量有限,站址選擇受地理條件限制,建設(shè)周期長,投資成本呈逐年升高趨勢,需求和電價機制是制約抽蓄發(fā)展的主要因素。
飛輪蓄能:處于發(fā)展階段,未來應(yīng)用有待突破
在目前適合規(guī)?;虡I(yè)運行的儲能技術(shù)中,飛輪儲能具有功率密度高、充放電響應(yīng)速度快、使用壽命長、放電深度大、無環(huán)境污染、運營成本低、安全風險小等綜合優(yōu)勢,非常適合快速大功率充放電應(yīng)用場合。
從目前飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展來看,目前中國市場上飛輪儲能應(yīng)用大部分為試點產(chǎn)品,成熟運行產(chǎn)品較少,運行功率較低,后備時間極短,部分技術(shù)性能需要進一步完善。在系統(tǒng)容量、轉(zhuǎn)換率、使用壽命、安全性等方面亟須創(chuàng)新和突破。同時,飛輪儲能商業(yè)化還存在成本偏高、缺少價格激勵政策、技術(shù)路線不夠成熟、欠缺技術(shù)規(guī)范和接入標準等問題。
壓縮空氣儲能:新技術(shù)推廣使效率顯著提升,初具大規(guī)模商業(yè)化條件
壓縮空氣儲能系統(tǒng)是以高壓空氣壓力能作為能量儲存形式,并在需要時通過高壓空氣膨脹做功來發(fā)電的系統(tǒng)。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的效率提升空間十分有限,國內(nèi)外學者在傳統(tǒng)壓縮空氣儲能的基礎(chǔ)上,通過采用優(yōu)化熱力循環(huán)等方法,開拓出了多種新型的壓縮空氣儲能技術(shù),新技術(shù)推廣使效率顯著提升,效率與成本已和抽水蓄能相當,初具大規(guī)模商業(yè)化條件。
目前最主要的新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要有三個新的技術(shù)路徑:蓄熱式壓縮空氣儲能(TS-CAES)、液態(tài)壓縮空氣儲能系統(tǒng)(LAES)、超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)(SC-CAES)。
鋰離子電池:目前儲能應(yīng)用中最主要的技術(shù)路線,處于絕對主導地位
鋰離子電池的能量密度較高,循環(huán)壽命長,效率高,響應(yīng)速度快,是目前儲能應(yīng)用中最主要的技術(shù)路線。自2015年以來, 鋰離子電池主宰著儲 能市場,從2022年新增儲能裝機技術(shù)占比來看,鋰離子電池儲能技術(shù)占比達94.2%,仍處于絕對主導地位。
從種類來說,磷酸鐵(LFP), 鎳錳鈷(NMC)等三元鋰占比75%以上。磷酸鐵鋰電池能量密度高、循環(huán)壽命較長、自放電率低、能量轉(zhuǎn)化率高、進行快速充放電、不需要維護,電池成本低、壽命長,已成為國內(nèi)主流路線,具有較強的經(jīng)濟性。
鈉離子電池:具備成本低、資源豐富特點,未來產(chǎn)業(yè)化是大勢所趨
鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相同,是鋰離子電池的重要補充。其上游資源儲量充沛低廉,生產(chǎn)工藝與鋰離子電池類似,量產(chǎn)成本比鋰離子電池低35%左右。目前仍在量產(chǎn)階段中,具備成本低、資源豐富、低溫性能佳、倍率性能好等特點,提到的能量密度、充放電效率等重要性能指標均有待驗證。目前中國開展了多個鈉離子電池材料、電芯生產(chǎn)制造示范區(qū),量產(chǎn)持續(xù)推進中。鈉離子電池的生產(chǎn)工藝與鋰離子電池趨同,技術(shù)可復(fù)刻,設(shè)備可遷移,鈉離子產(chǎn)業(yè)化時間有望進一步提前。
氫燃料電池:碳中和背景下,發(fā)展趨勢向好,商業(yè)化前景廣闊
氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過外部的負載到達陰極。在實現(xiàn)碳中和的目標背景下,發(fā)展氫能成為實現(xiàn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。
氫燃料電池由于其燃料氣來源豐富、效率高、無噪聲、無污染的優(yōu)點,將在未來為節(jié)能和保護生態(tài)環(huán)境做出巨大貢獻,是目前各個國家重點進行研究的發(fā)電技術(shù)。
電磁儲能:尚處于技術(shù)發(fā)展的初級階段
電磁儲能的應(yīng)用形式分為超級電容器儲能和超導儲能。尚處于技術(shù)發(fā)展的初級階段,存在成本較高的缺點。
超級電容儲能:因高功率、高可靠特性突出,超級電容適用于高功率、短時高頻儲能領(lǐng)域,而能量密度較低、儲能成本較高是限制其應(yīng)用范圍的兩大因素,未來,技術(shù)進步、成本降低、政策驅(qū)動三重利好有望共同推動超級電容市場高速增長。
超導儲能:超導磁儲能擁有巨大發(fā)展空間,但面臨著技術(shù)可行性、經(jīng)濟價值挑戰(zhàn)
儲能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用評價指標體系
儲能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用評價指標體系圍繞技術(shù)特性指標、經(jīng)濟特性指標、產(chǎn)業(yè)化能力指標三大評價維度,12個細分指標進行評價。
儲能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用市場掃描
從技術(shù)先進性和應(yīng)用落地性兩個維度,基于細分指標,對儲能技術(shù)市場進行掃描。當前中國儲能技術(shù)企業(yè)主要分為實力引領(lǐng)型、穩(wěn)健發(fā)展型、潛力發(fā)展型三類企業(yè)。
原標題:中國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀