中国储能行业发展现状、前景及其各技术路线发展趋势分析171248.pdf

志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟 中国储能行业发展现状、前景及其各技术路线发展趋势分析 其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。顾炎武 储能，是通过特定的装置或物理介质将不同形式的能量通过不同方式储存起来，以便以后再需要时利用的技术。从储能介质与储能装置的结构来看，储能技术可以分为机械类储能、电气类储能、电化学储能、热储能、化学储能等。其中，抽水蓄能与电化学储能是用途最广，发展更为成熟的两种方式，从发展远景来看，化学储能有望在 2030 年前后获得迅速的发展机会。储能技术分类 储能技术被广泛应用于提升电网输出与负荷匹配度，降低电网输出波动，减少电能损耗，以提升能源利用效率。各种储能技术特性存在较为显著的差别，适用范围也有较大的区别，飞轮与超级电容器储能主要应用于工业生产中对电压波动较为敏感的精密制造与通信、数据中心等行业，抽水蓄能主要应用于大电网的输配电环节，而化学储能则更多运用于光、风发电等波动较大的可再生能源发电侧、中小型智能变电站和用电侧。各类储能技术路线比较 以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。旧唐书魏征列传常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文类别 优点 缺点 抽水蓄能+能够存储巨大的电能（超过200MW）+拥有很长的存储时间（长达6 个月）+快速的响应速度+很低的每瓦储能运行成本+无污染的储能技术-依赖于地理的条件-很高的水电站，抽水站建设成本-对地理、地形有很大的影响 压缩空气蓄能+适合瞬间响应+适合于电的尖峰削平，电压骤降，晃电+可以接入各种能源（太阳能、风能、电网）-储能的压缩空气会被加热从而导致能量的损耗在转换过程-能源的利用效率偏低，至今没有商业化-地理条件限制极为明显 电化学蓄能+高级的储能技术+成熟的技术+容易叠加模块，放大储电规模+为不间断电源提供后备电源支持+可以接入各种能源-化学电池的电解液可能有危险，有害-电池技术应用于大规模能源存储还有待于进一步商业化的推广和验证-对于太阳能、风能，电化学储能并不是效率最高的储能方式 化学储能+适合于能量的长时间存储+有限的或没有能量耗散+使能源存储于可再生能源在荒漠地区成为可能-能源转换效率普遍偏低-无法用于短时间的断电供应 飞轮储能+能够存储并快速释放电能+飞轮再次充电的时间只要数分钟，而电池要数小时+能够在宽温域和多种环境下工作+配套成本与运营维护成本低+快速的响应使其可以提供瞬间高压，可以用来补偿电力的尖峰和瞬间压降-飞轮过度负荷存在风险-不适合空间较为狭小的地方-技术不成熟，响应时间长短极度依赖功率大小-飞轮组储能技术难度较大 从全球以及中国的能源体系变化趋势来看，储能技术已经成为输配电领域的发展重点。一是由于全球能源结构不断的向清洁化变化，光风等新能源发电方式受自然因素影响较大，具有明显的间歇性发电的特点，随着新能源并网的容量增加，发电侧对电网的冲击性扩百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行大。二是，随着节能环保的要求不断增长，全社会终端能源消费需求持续向电能转移，化石能源在终端消费比例降低，新能源汽车等新型用电终端的用电需求不断增加，电网负荷需求在未来的波动性将会持续变化。2000-2018 年世界一次能源消费占比（单位：百分比）资料来源：BP 世界能源统计年鉴（2019 版）总体而言，储能装置是新能源产业持续稳定发展的重要基础设施，是满足可再生能源大规模接入的重要手段，也是分布式能源系统、电动汽车产业的重要组成部分。储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。发展储能技术对于增进能源利用效率，提升电网运行的稳定性具有重要意义，未来随着电力电子器件与能源互联网技术的不断发展，储能技术的运用将会更加普遍。全球各国对储能发展颇为重视，相继出台了推动储能行业发展的支持政策。我国的储能行业也总体处于发展的初级阶段，行业主要以示范性应用为主，近几年我国在储能行业的项目规划、政策支持和产业布局等方面都显著加速，政策出台更加密集。中国储能行业主要政策 政策名称 发布时间与单位 主要相关内容 能源发展“十二五”规划 国务院 协调配套电网与风电开发建设，合理布局储能设施，建立保障风电并网运行的电力调度体系。着力研发高性能动力电池和储能设施，大容量储能其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文等重点领域取得突破。能源发展“十三五”规划 2016 年 发改委、国家能源局 加强电力系统调峰能力建设,加快大型抽水蓄能电站，积极开展储能示范工程建设，推动储能系统与新能源、电力系统协调优化运行 关于促进储能产业与技术发展的指导意见 2017 年 发改委、国家能源局等五部门 未来 10 年内分两个阶段推进相关工作，第一阶段(“十三五”期间)实现储能由研发示范向商业化初期过渡;第二阶段(“十四五”期间)实现商业化初期向规模化发展转变，成为能源领域经济新增长点。关于促进储能技术与产业发展的指导意见 2019-2020年行动计划 发改委、国家能源局、科技部、工信部 推进抽水蓄能发展、推进示范应用、推进动力电池储能化应用（梯级利用）、推进储能标准化建设，加强先进储能技术研发。关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见 国家电网公司 要求在规范储能接入系统和调控管理、深化储能关键技术研究和标准体系建设、加强储能信息管理及平台建设等方面，推进电源侧、电网侧和客户侧储能发展。以技术创新和解决工程应用难题为目标，开展电网侧储能试点示范应用。关于加强绿色数据中心建设的指导意见 工信部 在满足可靠性要求的前提下，试点梯次利用动力电池作为数据中心削峰填谷的储能电池。总体而言，我国储能产业还处于发展的初级阶段，以示范应用为主，与发达国家的产业化进程相比还有一定的差距。中国的储能产业起步可以追溯到 2000 年初，历经十几年，储能走过了技术研发、示范应用和商业化初期三个阶段。目前我国没有一种储能技术在市场上占据绝对优势，能实现盈利的项目少之又少，储能行业想要取得长足发展，实现规模化、商业化，需要解决经济性、政策性和技术性三方面问题。近年来，中国储能产业在项目规划、政策支持和产能布局等方面均加快了发展的脚步，行业发展也更加规范。中国抽水蓄能技术更为成熟，行业发展相对缓慢，而电化学储能市场的增速明显高于全球市场，光热储能目前尚处于起步阶段、飞轮储能逐步进入商业化规模化应用的导入期。非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼 发布的2020-2026 年中国储能行业市场现状调研及投资前景分析报告指出：2014年国内储能累计装机约 22.21GW，到 2018 年达到了 31.3GW。近几年国内储能行业累计装机情况如下图所示：2014-2018 年中国储能行业装机情况 2014-2018 年中国储能行业应用格局 年份 抽水储能：MW 电化学储能：MW 其他储能：MW 储能累计安装：MW 2014 年 22110 93.7 5 22208.7 2015 年 23050 141.3 23 23214.3 2016 年 26690 243 53 26986 2017 年 28690 389.8 116 29195.8 2018 年 29990 1072.7 237 31299.7 近几年我国储能行业市场规模快速增长，从2014 年的 26.51 亿元增长到了 2018 年的67.82 亿元，其中，2016 年规模达到了 124.71 亿元。如下图所示：2014-2018年中国储能行业市场规模情况 常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮 从细分市场规模来看，2018 年我国储能市场规模约 67.85 亿元，其中，抽水储能规模 31.46 亿元；化学储能规模 31.55 亿元；其他储能规模 4.84 亿元。如下图所示：2014-2018 年中国储能细分市场规模情况 从行业的发展趋势来看，未来储能技术有望在可再生能源技术，数据中心、5G 基站、新能源汽车等新型电力消费终端与全社会电力消费持续增长的推动下，在未来几年获得爆发式增长机会。中国储能行业持续增长主要动因 以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。管子牧民人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗 根据中国现有的能源结构，能源消费态势，以及能源技术演进情况，预计未来中国的储能技术将在电化学储能、飞轮储能与化学储能三个方向有较大的发展机会，其中电化学储能确定性最高，飞轮储能应用范围最广，化学储能前景极为广阔，但存在较大的不确定性。电化学储能技术增长确定性主要来源于两个方面，一是中国已经成为最大的新能源汽车市场，动力电池存量庞大，处于资源节约利用要求，有必要推动动力电池的梯次利用，同时庞大的新能源汽车市场也培育了中国锂电池产业链。2011-2019 年 1-11 月新能源汽车产销量走势 资料来源：汽车工业协会、整理 此外，电化学储能技术极为成熟，在铅蓄电池时代就已经在 UPS 领域得到广泛的利其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃用，电化学储能技术推广应用难度小，产业链极为完善，且兼容性好，目前已经成为中国市场最为主要的储能项目，未来随着 2015 年前后的新能源汽车进入电池更换周期，锂电池在储能领域的梯次利用有望迅速增长。飞轮储能技术相对于电化学储能技术而言，其应用范围更为广阔。主要是由于其相对于电化学储能的技术的灵活度更高，飞轮储能技术具有最高的能量转换效率高、可靠性高、易维护、使用环境要求低、无污染、使用寿命长。因此可以广泛的适用于如半导体生产线、机场、移动电源车、风电、光伏等新能源发电以及整个电网的调峰、调频，同时随着居民部门的用量上升，居民小区的电网调峰调频需求也会显著增长，但中国的飞轮储能技术成熟度还相对较低，技术成熟与示范应用仍需 8-10 年左右的时间推广。化学储能的前景极为广阔，主要是由于电解水制氢工艺能够将可再生能源发电与氢能源两个大方向极为紧密的联合起来。目前全球的工业制氢工艺主要以天然气、煤制氢两种为主，电解水制氢主要用于实验室。天然气制氢、煤制氢工艺由化石能源转化，存在较大能源损耗，同时氢气纯度相对较低，后续提纯难度大，难以直接用于氢燃料电池。而利用可再生能源发电技术生成的电力电解水制氢能够获得极高的纯度氢气，可以直接利用，设备投资成本低，同时可以消纳过剩的可再生能源产生的电力，提高可再生能源的经济效益，且具有较大的灵活性，可以实现分布式生产，随着全球可再生能源发电技术发展以及氢能源利用技术持续进步，化学储能技术具有极为广阔的市场前景。目前欧、美、日等都制定了氢能发展战略和详细的计划，并在迅速而有步骤地推进，已经取得了积极成果。中国也出台了许多相关政策，示范项目建设稳步推进，2019 年全国首个 MW 级氢储能项目落户六安，2020 年山西首座氢储能综合能源互补项目签约，预计投资6 亿元人民币，进行以氢为主的储能项目建设，一期计划建设 10MW 电解水制氢高压储氢系统，项目建成后每天制取高纯度的氢气 5000kg。但在实际运用中，氢储能的发展仍要突破众多技术难关，具有较大的不确定性。-全文完-