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          儲能行業專題報告:長時儲能千帆競,借海揚帆奮者先

          未來智庫發布時間:2023-08-08 13:55:00  作者:華安證券 尹沿技

           

            1 長時儲能定義及功能

            長時儲能定義及標準

            定義:長時儲能是在普通儲能系統的基礎上,可實現跨天、跨月,乃至跨季節充放電循環的儲能系統。根據充放電時長長短,一般將儲能分為短時儲能和長時儲能兩大類。長時儲能具備為電力系統提供穩定的電力支持,同時提高系統的可靠性和靈活性的能力。

            目前,國內外對于長時儲能的充放電時長暫未達成統一標準。1)國外:2021年美國桑迪亞國家實驗室發布《長時儲能簡報》,把長時儲能定義為持續放電時間不低于4小時的儲能技術。同年,美國能源部發布相關報告,將其定義為額定功率下至少持續運行(放電)10小時的儲能系統。2)國內:為了區分大規模建設的2小時儲能系統,一般把長時儲能定義為4小時以上的儲能技術。

            長時儲能優勢(一):提升新能源消納能力

            可再生能源發電滲透率越高,所需儲能時長越長??稍偕茉窗l電具有間歇性的特點,主要發電時段和高峰用電時段錯位,存在供需落差。美國加州獨立系統運營商(CAISO)評估加州的電力生產和需求時發現,隨著光伏裝機容量的逐年上升,一日凈負荷的彎曲程度越明顯,凈負荷的大幅波動會損害電網基礎設施。

            因此隨著可再生能源的滲透率逐年上升,對平衡電力系統的負荷要求增加,而長時儲能可在更長時間維度上調節新能源發電波動,避免電網擁堵,增加清潔能源消納能力。根據《Long-Duration Electricity Storage Applications, Economics, andTechnologies》,當風光發電占比達到50%-80%時,儲能時長需要達到10h以上。

            長時儲能優勢(二):為電網提供靈活性

            長時儲能有具備調頻優勢。隨著新能源比例的逐步提升,用戶負荷、風力發電、光伏發電等不確定性使得電力系統凈負荷波動加劇。傳統火電機組因爬坡約束和機組啟停限制難以快速并長期跟蹤負荷需求,而長時儲能兼顧儲能系統快速響應特點及長期輸出能力有望成為調頻主力。

            儲能系統靈活性在時間尺度上與電力系統安全性和容量充裕度存在耦合關系。針對不同的功能,所需的儲能系統持續時長存在顯著差異,因此一般需要在分鐘級、小時級、日級、季度級乃至年度級等多時間尺度上規劃電力系統結構。一般,短時儲能側重于保證電力系統在瞬時擾動下保持平衡等電網安全性問題;長時儲能側重于實現峰谷時期供需匹配等經濟性問題。且長時儲能技術也具備短時儲能的功能;反之則不成立。因此長時儲能的提供靈活性的綜合性能更優。

            長時儲能優勢(三):峰谷套利空間更大

            峰谷套利是工商業儲能的一大盈利模式。在負荷低谷時,以較便宜的谷電價對儲能電池進行充電;在負荷高峰時,由儲能電池向負荷供電,實現峰值負荷的轉移,從峰谷電價中獲取收益。

            根據現行的各省區的峰谷電價機制,峰時持續時間基本超過4小時。例如上海大工業兩部制夏季(7-9月)高峰時段為8:00-15:00及18:00-21:00,其中7-8月的12:00-14:00為尖峰時段。相較于短時儲能,長時儲能系統可更好地實現電力平移,將可再生能源發電系統的電力轉移到電力需求高峰時段,起到平衡電力系統、規?;瘍Υ骐娏Φ淖饔?。

            2 長時儲能發展現狀一覽

            長時儲能是市場主力,儲能規??焖僭鲩L

            長時儲能是儲能市場主力軍。根據《儲能產業研究白皮書2023》,2022年全球已投運電力儲能項目累計裝機規模237.2GW,其中,抽水蓄能累計裝機同比下滑6.8%,占總裝機規模下降至79.3%。中國已投運電力儲能項目累計裝機規模59.4GW,占全球市場總規模的25%,年增長率38%,抽水蓄能累計裝機占比77.1%。以抽水蓄能、熔融鹽儲熱、鋰電儲能為代表的長時儲能技術占據主導地位。

            中國儲能規模持續增長。2022年中國電力儲能累計裝機規模達59.4GW,相較于2018年增長51.1%,預計2025年裝機規模將達到64.06GW,總體保持穩定增長態勢。

            發展歷程:循序漸進,正逐步向產業化降本過渡

            以我國為例,將風光發電量作為劃分點,長時儲能發展主要分為三個階段。 (1)2021年以前:即長時儲能技術發展的戰略窗口期。該階段的儲能主力仍為原有的存量機組,而抽水儲能等項目還在規劃建設中,此時長時儲能出現,彌補主流技術的不足; (2)2025-2030年:即長時儲能技術產業化的降本時期。該階段除了已經穩定使用的存量機組以外,還逐步投入運營大量的抽水蓄能,同時對未來的新型儲能時長也提出了更高要求; (3)2030年以后:傳統儲能方式受限,不再符合新型電力系統的要求,長時儲能等新技術將替代傳統儲能方式成為時代主流。

            海外現狀:政府注入資金支持,開發商踴躍投資

            國外加碼長時儲能政策支持,全球長時儲能市場火熱。例如:1)美國能源部從2018年起就不斷地投入資金,支持長時儲能的技術研發,其目標是在2030年把儲能成本降低到5美分/度電以內;加州作為長時儲能最活躍地區之一,在2020年就發出了標書采購50MW/4GWh的8小時長時儲能系統,在2022年到2023年預算中計劃提供3.8億美元進一步支持長時儲能部署。2)英國政府為24個不同技術類型的長時儲能技術提供了6800萬英鎊的競爭性融資資金支持,并于2021年初啟動了總投資1億美元的長時儲能示范競賽;歐洲投資銀行管理的歐盟創新基金項目發展援助(PDA)從15個被定義為大規模清潔能源項目中選擇了重力儲能和熱儲兩個長時儲能項目進行支持,每個項目投資超過750萬歐元。

            國內現狀:政策支持,確立長期發展趨勢

            國內中國政府已出臺多項相關政策和法規以促進長時儲能技術的發展。在針對新能源消納和系統調峰問題,我國將推動大容量、中長時間尺度儲能技術示范,同時部署了全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱、氫儲能等多種類別長時儲能技術的研發攻關。國家科技部發布的《“十四五”國家的重點研發計劃》提出為代表各種長時間儲能多種儲能技術提供了研發的資金支持,重點包括超長時間尺度儲能技術3項:100MW級先進壓縮空氣儲能技術、新一代液流電池儲能技術、寬液體溫域高溫熔鹽儲熱技術;中長時間尺度儲能技術4項:低成本長壽命錳基儲能鋰離子電池、有機儲能電池、水系金屬離子儲能電池、百兆瓦時級鈉離子電池儲能技術。

            3 長時儲能主要技術分類及市場分析

            長時儲能技術分類

            長時儲能技術可以分為機械儲能、化學儲能、熱儲能以及氫儲能四大主線。機械儲能包括壓縮空氣、抽水儲能、重力儲能;電化學儲能根據材料不同分為鋰離子電池、鈉電池、鉛蓄(碳)電池和液流電池儲能;熱儲能主要為熔鹽儲能。其中,抽水儲能和鋰離子電池儲能發展較為領先。 各儲能技術路線對比:抽水蓄能和壓縮空氣儲能具備大規模運行的能力;氫能前景廣闊,有較大降本空間;電池儲能的設備協調能力較強,因此有較大的耦合潛力。

            抽水儲能:發展前景良好,仍為最主要長時儲能模式

            2022年我國抽水蓄能總裝機規模達4579萬千瓦,是2012年底的2.2倍以上,規模位居世界首位。中國抽水蓄能行業市場規模不斷擴大,2021年達到263億元,預計2026年將達到499.8億元。2022年我國投產28臺抽水蓄能機組,合計880萬千瓦。根據中電聯統計與數據中心預測,2023年抽水蓄能總裝機規模將超過5000萬千瓦。 從“十四五”規劃實施至2023年2月16日,國內已核準抽水蓄能電站共計67個項目,裝機規模合計為9219.1萬千瓦,項目投資金額合計約為6116億元。根據《抽水蓄能中長期發展規劃》,到2030年我國要投產抽水蓄能總規模1.2億千瓦左右,到2035年我國抽水蓄能總裝機規模將達到3億千瓦,儲能資源充足。

            壓縮空氣儲能:儲能裝機規模迅速擴張,產業化速度開始加快

            中國壓縮空氣儲能行業目前處于高速增長階段。2021年全國累計裝機規模182.5MW,市場規模達12.8億元,2022年市場規模達18.4億元。據不完全統計,2022年已有20個壓縮空氣儲能示范項目簽約,已公開的儲能規??蛇_7.98GW。 未來壓縮空氣儲能市場有望保持高速增長態勢。壓縮空氣儲能當前在儲能市場中的滲透率較低,仍在1%以下。壓縮空氣儲能具有規模大、壽命長、建設周期短、站址布局相對靈活等優點,有望成為抽水蓄能在大規模儲能電站領域的重要補充,滲透率有所提升,行業規模也將受益于儲能市場整體規模的擴張而水漲船高。

            重力儲能:高行業壁壘,部分龍頭率先進入商用階段

            中游儲能系統集成商未來是產業鏈主角。產業鏈上游以建設原材料(水泥、金屬、鋼鐵等)和裝備為主,中游為儲能系統集成商,下游應用分布在發電側、電網側以及用戶側。 重力儲能行業尚未進入全面商業化階段,資本壁壘與技術壁壘較高。目前國內外的重點企業主要有Energy Vault、Gravitricity和中國天楹等。

            鈉離子電池:加速產業化,成本降低后將迎來快速發展

            目前鈉離子電池市場存量有限,但未來有望持續增長。根據EVTank數據,2022年我國現有鈉離子電池的市場裝機量約2GWh。但一方面,未來隨著寧德時代、湖南立方、海四達等企業的鈉離子項目逐步落地,我國鈉離子電池的合計規劃產能將在2025年底達到275.8GWh;另一方面,從全球范圍來看,鈉離子電池產業正在向商用化領域轉變,規?;潭炔粩鄶U大,市場份額不斷擴大。 實現大規模商業化仍然需要產業鏈完善與成本下降。由于鈉離子電池的產業鏈培養和理論低成本水平達成仍然需要較長的時間,其大規模的產業化應用需等到2025年后。

            氫儲能:消納優勢與規模經濟顯著,系統效率及成本有待降低

            氫儲能與其他儲能方式相比,在能量維度、時間維度和空間維度上具有突出優勢,可在長時儲能中發揮重要作用。在用電低谷期時,可通過利用低谷期富余的新能源電能進行電解水制氫,儲存起來或者供下游產業使用;在用電高峰期時,儲存起來的氫能可利用燃料電池進行發電并入公共電網。

            熔鹽儲熱:安全持久但經濟性與能量轉換效率受限

            熔鹽儲熱屬于熱儲能,裝機規模較大,且安全環保,使用壽命通常在25年以上;作為儲熱介質的熔融鹽使用溫度范圍廣,傳熱性能好、飽和蒸汽壓低、化學性質穩定,適用于光熱電站中。但與電化學儲能相比,熔鹽儲能能量轉化效率較低,且初始投資成本高。

            4 重點公司分析

            抽水儲能—浙富控股:國內水電設備制造龍頭

            水電板塊是浙富控股集團的主營業務之一,公司已經成為中國最大的民營水電設備制造商及水電開發一體化服務供應商,也是中國三大水電設備制造企業之一。2022年公司營業收入達到167.8億元,同比增長18.56%,歸母凈利潤達到14.7億元,相較于上一年度有所下降。

            浙富水電公司全資子公司浙富水電主要從事大中型成套水輪發電機組的研發、設計、制造與服務,產品涵蓋貫流式水輪發電機組、軸流式水輪發電機組和混流式水輪發電機組三大機型,以及抽水蓄能發電機組、水電工程機電總承包以及電站機電設備總承包項目等。2022年公司新簽水電業務訂單共計 8.12 億元。

            壓縮空氣儲能—開山股份:中上游壓縮機設備提供商

            開山股份圍繞壓縮機業務,涉足了工業用空壓機、礦山用空壓機、螺桿膨脹發電機、工藝氣體壓縮機等多個領域。2022年公司營業收入達到37.54億元,同比增長7.73%,歸母凈利潤達到4.09億元,同比增長34.58%。 設備開發設計技術成熟。公司是國內唯一可以做到每個功率段(5.5-630kW)的螺桿空壓機都達到一級能效的制造商。2022年開始,公司開始陸續推出擁有發明專利保護的第四代螺桿主機。該系列產品的能效將比一級能效標準還要高出5-10%。除具備螺桿機主機自主設計能力外,公司還具備螺桿膨脹發電機、工藝氣體壓縮機等的設計能力。 壓縮機與膨脹機在壓縮空氣儲能成本中占相當比重??諝鈮嚎s機和膨脹機是壓縮空氣儲能核心設備,兩者各占比20%左右,壓縮空氣儲能需求上升利好中上游設備提供商。

            鋰電儲能—比亞迪:儲能產品全棧自研,實現儲能全產業鏈布局

            公司實現全部件自研。2008年進入儲能領域。2021年,比亞迪儲能電池(不含基站、數據中心備電電池)全球出貨量名列中國企業第三,僅次于寧德時代和鵬輝能源。在儲能領域實現了電池、 PCS 、BMS和EMS等全業務制造領域覆蓋,且從電芯到PCS、BMS等核心部件基本為自主研發生產。 打通了能源從獲取、存儲到應用的全產業鏈。比亞迪主要從事磷酸鐵鋰電池的研發、生產與銷售,與磷酸鐵鋰電池上游材料廠商共同建廠,穩定上游原材料。在中游研發與生產磷酸鐵鋰電池,不斷進行技術創新。下游具備儲能系統集成實力,比亞迪汽車換下來的電芯可以用作儲能電池,并通過比亞迪儲能電站實現應用端的推廣變現。

            氫儲能—京城股份:高壓氣瓶純正標的,盈利能力逐步改善

            京城股份主營業務為氣體儲運業務。主要產品包括LNG氣瓶、CNG氣瓶、鋼質無縫氣瓶、氫燃料電池用鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶等,憑借氣體儲運多年積累的技術經驗,公司2021年開始布局車載儲氫瓶生產,2022年公司氣體儲運產品營收達11.6億元,占總營收達到84.76%。背靠氫氣儲運核心技術,大力發展儲氫瓶業務。公司擁有規??捎^、技術水平先進的鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶的設計測試中心及生產線。所生產的35MPaⅣ型儲氫氣瓶已批量應用于氫燃料電池汽車、燃料電池備用電源領域。

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