中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

 

——中科海鈉總經(jīng)理 唐堃

 

中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

 

國內(nèi)儲(chǔ)能新增裝機(jī)按技術(shù)分類，成四大梯隊(duì)分布

 

截止到2021年底，2021年我國新增電力儲(chǔ)能裝機(jī)繼續(xù)保持高速增長，新增投運(yùn)規(guī)模達(dá)10.5GW，同比增長220％。新增最多的是抽水蓄能，單機(jī)規(guī)模100MW以上，占年度新增裝機(jī)79%左右，位列第一梯隊(duì)。其次是鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、鉛蓄電池、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)，單機(jī)可達(dá) 10-100MW，位列第二梯隊(duì)。第三梯隊(duì)是鈉離子電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器，目前單機(jī)容量已達(dá)到MW級(jí)，其中鈉離子發(fā)展受關(guān)注最多，未來可能進(jìn)入第二梯隊(duì)。第四梯隊(duì)是是液態(tài)金屬、金屬離子電池、水系電池等新型儲(chǔ)能技術(shù)，需要進(jìn)一步的研發(fā)，以盡早實(shí)現(xiàn)集成釋放和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

 

中國儲(chǔ)能企業(yè)主要包括儲(chǔ)能技術(shù)提供商、儲(chǔ)能PCS提供商、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商三大類。

 

 

儲(chǔ)能技術(shù)不同類型及特點(diǎn)

 

儲(chǔ)能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能量儲(chǔ)存起來以便以后需要時(shí)利用的技術(shù)。根據(jù)技術(shù)類型的不同，以電能釋放的儲(chǔ)能方式主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。機(jī)械類儲(chǔ)能的應(yīng)用形式為抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能的應(yīng)用形式為超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能；電化學(xué)類儲(chǔ)能主要包括鉛蓄電池、鋰離子電池和液流電池等儲(chǔ)能方式。

 

不同儲(chǔ)能技術(shù)具有不同的特性，包括響應(yīng)時(shí)間、放電時(shí)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(chǔ)能技術(shù)路線利弊兼有，卻不影響其“百花齊放”。隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，儲(chǔ)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(jìn)入發(fā)展高峰期

 

抽水蓄能是一種大規(guī)模的儲(chǔ)能方法，即通過電能-水勢(shì)能的轉(zhuǎn)化進(jìn)行能源儲(chǔ)存。抽水蓄能是在用電低谷時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為上游水庫水的勢(shì)能，在用電高峰時(shí)通過水輪發(fā)電機(jī)將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，其儲(chǔ)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(jì)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(yùn)的抽水蓄能裝機(jī)為1.725億千瓦，其中中國抽水蓄能裝機(jī)達(dá)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(jià)機(jī)制是制約發(fā)展的主要因素

 

抽水蓄能是當(dāng)前儲(chǔ)能規(guī)模最大（ＧＷ 級(jí)）、技術(shù)最成熟、使用壽命最長（50ａ左右）和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)（度電成本 0.21-0.25元／ｋＷｈ）的物理儲(chǔ)能技術(shù)。這種低吸高發(fā)的儲(chǔ)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(dòng)等場合，可進(jìn)行“水光互補(bǔ)”，有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效率達(dá)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(diǎn)，抽蓄電站的度電成本優(yōu)勢(shì)較大，但是抽水蓄能資源總量有限，站址選擇受地理?xiàng)l件限制，建設(shè)周期長，投資成本呈逐年升高趨勢(shì)，需求和電價(jià)機(jī)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(yùn)行的儲(chǔ)能技術(shù)中，飛輪儲(chǔ)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(yùn)營成本低、安全風(fēng)險(xiǎn)小等綜合優(yōu)勢(shì)，非常適合快速大功率充放電應(yīng)用場合。

 

從目前飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展來看，目前中國市場上飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用大部分為試點(diǎn)產(chǎn)品，成熟運(yùn)行產(chǎn)品較少，運(yùn)行功率較低，后備時(shí)間極短，部分技術(shù)性能需要進(jìn)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(shí)，飛輪儲(chǔ)能商業(yè)化還存在成本偏高、缺少價(jià)格激勵(lì)政策、技術(shù)路線不夠成熟、欠缺技術(shù)規(guī)范和接入標(biāo)準(zhǔn)等問題。

 

 

壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)是以高壓空氣壓力能作為能量儲(chǔ)存形式，并在需要時(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)的效率提升空間十分有限，國內(nèi)外學(xué)者在傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)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(dāng)，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(chǔ)能系統(tǒng)主要有三個(gè)新的技術(shù)路徑:蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能(TS-CAES)、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(LAES)、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(SC-CAES)。

 

 

鋰離子電池：目前儲(chǔ)能應(yīng)用中最主要的技術(shù)路線，處于絕對(duì)主導(dǎo)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(chǔ)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(chǔ) 能市場，從2022年新增儲(chǔ)能裝機(jī)技術(shù)占比來看，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)占比達(dá)94.2%，仍處于絕對(duì)主導(dǎo)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(jìn)行快速充放電、不需要維護(hù)，電池成本低、壽命長，已成為國內(nèi)主流路線，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

 

 

鈉離子電池：具備成本低、資源豐富特點(diǎn)，未來產(chǎn)業(yè)化是大勢(shì)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(bǔ)充。其上游資源儲(chǔ)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(diǎn)，提到的能量密度、充放電效率等重要性能指標(biāo)均有待驗(yàn)證。目前中國開展了多個(gè)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(jìn)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(shí)間有望進(jìn)一步提前。

 

 

氫燃料電池：碳中和背景下，發(fā)展趨勢(shì)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(xué)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(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。在實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)背景下，發(fā)展氫能成為實(shí)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(diǎn)，將在未來為節(jié)能和保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出巨大貢獻(xiàn)，是目前各個(gè)國家重點(diǎn)進(jìn)行研究的發(fā)電技術(shù)。

 

 

電磁儲(chǔ)能：尚處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段

 

電磁儲(chǔ)能的應(yīng)用形式分為超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。尚處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，存在成本較高的缺點(diǎn)。

 

超級(jí)電容儲(chǔ)能：因高功率、高可靠特性突出，超級(jí)電容適用于高功率、短時(shí)高頻儲(chǔ)能領(lǐng)域，而能量密度較低、儲(chǔ)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(jìn)步、成本降低、政策驅(qū)動(dòng)三重利好有望共同推動(dòng)超級(jí)電容市場高速增長。

 

超導(dǎo)儲(chǔ)能：超導(dǎo)磁儲(chǔ)能擁有巨大發(fā)展空間，但面臨著技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)價(jià)值挑戰(zhàn)。

 

 

儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

 

根據(jù)億歐智庫研究，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圍繞技術(shù)特性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)特性指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)化能力指標(biāo)三大評(píng)價(jià)維度，12個(gè)細(xì)分指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

 

 

儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用市場掃描

 

從技術(shù)先進(jìn)性和應(yīng)用落地性兩個(gè)維度，基于細(xì)分指標(biāo)，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)市場進(jìn)行掃描。當(dāng)前中國儲(chǔ)能技術(shù)企業(yè)主要分為實(shí)力引領(lǐng)型、穩(wěn)健發(fā)展型、潛力發(fā)展型三類企業(yè)。