2022储能应用市场分析全分析.docx
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1、2022储能应用市场分析全分析却大规模商用的主流供应商,也是最早将该技术导入数据中 心规模商用的公司,持续保持行业第一份额。相对于传统的冷 冻水型制冷系统,间接蒸发冷却使得公司的有效需求扩张了 3 倍左右,公司深度受益于该技术的渗透率提升(目前约 10%20%) o报告节选:01把握光储确定性机遇液冷:面对高热密度和超高能效的数据中心散热,液冷 技术方兴未艾。根据赛迪顾问专家估算,在2022-2025年,中 国液冷数据中心市场规模渗透率将增长至25%。英维克全链 条液冷解决方案已实现单机柜200kW批量应用,完全液冷的 冷板方案刷新最高热密度,并在超高算力场景完成商用;公司 已经具备提供端到端
2、全链条产品和方案的能力,为几家互联 网头部企业提供试验并进入小规模应用阶段。兴业证券INDUSTRIAL SECURITIES02意华股份:光伏支架新秀,汽车连接器进入收获期03科华数据:I DC转型成功,逆变器业务幅员再开拓04英维克:精密温控龙头,持续领跑储能温控市场05投资建议与风险提示2022年5月1日起正式实施的国家标准并网电源一次调频 技术规定及试验导那么GB/T40595-2021中明确规定接入 35kv及以上等级的光伏和风电应具备一次调频能力。目前新 能源场站(风电场、光伏发电站)一次调频功能的实现方式 包括配置储能、保存有功备用、增加一次调频装置、改造风力 发电机或逆变器四种
3、方式,增加一次调频装置不能在根本上 解决问题,保存有功比配置储能投资更大,配置储能成为新 能源场站具备一次调频能力的业界主流方案。在技术成熟度 方面2016年运达风电通过了国内首次风电机组一次调频能力 试验,2021年12月与2022年1月,禾望电气自研的 hopePower新能源场站快速调频系统助力云南耗牛坪风电场、 云南野牛风电场首批顺利通过云南电网风电场一次调频及场 级惯量调频试验。风电机组保存有功备用进行一次调频的方法主要为超速 法和变桨法,同时需要增加转子动能控制环节。超速法和变 桨法分别通过使风力机的运行转速大于最正确转速和风力机叶 片偏离其最优桨距角的方式,使得风力机输出功率下降
4、从而 具备一定的备用功率。光伏电站保存有功备用进行一次调频的方法是采用功率 差值控制模式运行,此时光伏电站有功出力与最大可发功率 之间会保持一个固定比例的差值,留出固定比例的有功备用, 该比例由光伏电站运行的减载水平确定。图33:光伏电站定功率差值控制结构框图“火电+储能”系统联合调频通过给火电机组配置储能可 明显提升调频综合性能,通常储能功率按照火电额定出力3%、 容量按照0.5h配置。火储联合调频以小容量储能为补充单元 改善火电机组调频性能,运行过程中电网调度指令同时发送 给火电和储能控制系统。火电机组正常跟踪调度指令并响应。 储能系统实时监测火电功率并计算出储能系统的出力快速响 应,同时
5、随着火电机组的响应过程逐渐退出。整个过程中储 能系统在缩短机组响应时间,提高调节速率及调节精度的同 时还可以减少火电机组调速阀门的动作,减少其磨损,延长火 电机组使用寿命。1.1.2、 调峰服务:火电灵活性改造容量本钱最低调峰是指为跟踪系统负荷的峰谷变化及可再生能源出力 变化,并网主体根据调度指令进行的发用电功率调整或设备 启停所提供的服务。火电机组是我国调峰服务的主要供给来源,水电具备灵活快速的调峰能力但受水情影响较大,在广西 丰水期调峰以水电机组为主,而枯水期调峰那么主要依赖火电。 新能源装机占比的提升驱动调峰需求不断增长,“十四五”期间 火电灵活性改造可增加3040GW调峰能力。新能源装
6、机占比 的提升使电网日间波动与跨季节性波动不断增大,调峰需求 随之增加。抽水蓄能电站、气电受资源禀赋等条件限制开展 规模相对有限无法满足调峰需求,储能技术受制于经济性,煤 电灵活性改造成为重要技术手段。2021年11月2日国家能源 局发布全国煤电机组改造升级实施方案、要求存量煤电 机组灵活性改造应改尽改,“十四五”期间完成200GW,增加 系统调节能力3040GW,促进清洁能源消纳。据建投能源披 露火电灵活性改造调峰容量本钱约在5001500元/KW,低于 抽水蓄能、气电、储能电站等其他系统调节手段。火电灵活性通常指火电机组的运行灵活性,主要指标包 括调峰幅度、爬坡速率及启停时间等。通过改造可
7、以降低最 小出力、实现快速启停、提升爬坡速率。火电机组灵活性改 造涉及多个子系统。火电机组调峰的实现方式主要包括低负荷运行、两班制 调峰和少气无功调峰。以不同方式调整机组有功出力,实现 平衡。图38:火电机组调峰过程投油深度调蛭不投油深度调蛭稳最小技术出力机组最大出力稳燃极限负荷烘极限负荷投油深度不投油深基本调峰调峰度调峰仃功出力工免未采图库根据调峰的深度以及燃烧介质,火电机组的调峰可分为 基本调峰、不投油深度调峰和投油深度调峰三个阶段。调峰服务为火电机组带来一定的本钱,包括但不限于燃 料等带来的显性本钱以及风险、磨损寿命损失等隐性本钱。 在火电机组进行基本调峰时,调峰的主要本钱为煤耗,机组
8、运行产生的煤耗是出力的二次函数。而进入不投油深度调峰阶 段时,机组的调峰本钱除煤耗外,还需要加上低于最小技术 出力运行造成的机组的寿命折耗。而投油深度调峰阶段时还 需要加上投入燃油的本钱。总体而言,随着调峰程度不断深 入,火电机组的调峰本钱大幅上升。1.1.3、 备用:主要为旋转备用提供补偿备用是指为保证电力系统可靠供电,在调度需求指令下, 并网主体通过预留调节能力,并在规定的时间内响应调度指 令所提供的服务。备用辅助服务根据机组所处状态可以分为热备用(旋转 备用)和冷备用(非旋转备用)。热备用是指正常运行的发 电机维持额定转速,随时可以并网,或已并网却仅带一局部负荷, 随时可以增加出力至额定
9、容量的发电机组备用发电能力。而冷 备用是指机组停止运行并与电网解列,随时可以启动并网。目前我国所落实的辅助服务补偿方法主要针对旋转备用 服务提供补偿。1.1.4、 转动惯量:可通过储能单元模拟转动惯量是指在系统经受扰动时,并网主体根据自身惯 量特性提供响应系统频率变化率的快速正阻尼,阻止系统频 率突变所提供的服务。传统电力系统同步发电机的可通过转子转动速度的变化 吸收或释放能量来维持系统频率稳定。系统转动惯量越大, 频率变化越缓慢,惯量是系统稳定运行的重要保障。风电、 光伏逐步取代传统同步发电机成为主要的能量来源会导致转动 惯量降低,同时风电、光优的出力具有较为明显的间歇性和 波动性,使得电力
10、系统稳定性下降。图40:虚拟同步发电机拓扑结构与等效模型电力系统转动惯量可通过储能单元模拟传统发电机的方 式增加。电化学储能通过虚拟同步发电机(VSG)即充放电 模拟转子动能变化的方式可以使逆变器具有与同步发电机相 似的外特性,为电力系统提供转动惯量。但电池反复充放电带 来的损耗会增加本钱。2021年12月与2022年1月,禾望快 速调频系统先后助力云南耗牛坪风电场、云南野牛风电场首 批顺利通过云南电网风电场一次调频及场级惯量调频试验。2021年12月16日国内容量最大的lMW/200kWh飞轮 储能示范工程成功交付内蒙古霍林河,开展了新型储能的探 索。通过混合储能的协同控制的方式由飞轮储能系
11、统优先承 担高频次指令任务,化学电池系统承当长时调频调峰任务的方 式降低电池充放电次数,延长电池使用寿命。1.1.5、 爬坡:火电机组灵活性改造、燃气、水电、储能 均可提供爬坡是指为应对可再生能源发电波动等不确定因素带来 的系统净负荷短时大幅变化,具备较强负荷调节速率的并网 主体根据调度指令调整出力,以维持系统功率平衡所提供的 服务。火电机组灵活性改造能够提升爬坡速率,更好实现有功 平衡。丹麦、德国是欧洲进行过火电灵活性改造的国家,其 硬煤与褐煤机组爬坡速率分别为46%/min和2.54%/min。燃 气机组爬坡速率为3%/min,水电为20%/min,电化学储能系 统可在1秒内完成额定容量调
12、整,均具备较强的爬坡能力。2.2、 无功平衡服务无功平衡服务即电压控制服务,电压控制服务是指为保 障电力系统电压稳定,并网主体根据调度下达的电压、无功 出力等控制调节指令,通过自动电压控制(AVC)、调相运 行等方式,向电网注入、吸收无功功率,或调整无功功率分布 所提供的服务。无功功率较为抽象,它主要在电气设备中建立 和维持磁场的电功率,由电能转换为磁能,再由磁能转换为 电能,周而复始,使得电路中的电场与磁场得以交换。系统 中的无功功率平衡主要包含两方面的要求:首先无功电源发 出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需要的无功功率加上网络中的无功损耗,同时系统必须配置一定的无功备用容量;第二,全系
13、统的无功分布必须合理,特别是负荷中心必须要 有足够的动态无功支撑和无功储藏,否那么就有可能造成局部 地区无功缺乏,影响供电的电压质量。电力系统的无功平衡, 是保证电网稳定、经济运行和电压质量的基本条件。无功平 衡服务包括自动电压控制和调相运行等。飞轮储能的基本结构自动电压控制:发电机和无功补偿装置可自动调节自动电压控制在发电侧可通过调节发电机无功出力实现。 发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响,当励磁电流 发生改变时,发电机的无功出力与机端电压也随之增减,并通过 主变压器进一步影响到母线电压。励磁电流的增减可通过改 变励磁调节器AVR(Automatic Voltage Regulato
14、r)的电压 给定值 来实现。发电侧远程接收主站端AVC控制指令,通过动态调 节励磁调节器的电压给定值,改变发电机励磁电流来实现电压 无功自动调控。配电网与新能源场站无功电压调节可以通过配置无功补 偿装置(SVG)实现,SVG在主电路中通过逆变器将并联接 有一定储能元件的直流源转换成交流源,然后通过串联一定 阻抗值的电抗器或者电容器将逆变器并联到配电网上;在控制 电路中通过一定的控制方法调节主电路中输出电压的幅值和相 位,或者直接调节逆变器的交流侧的电流值,发出或者吸收 无功功率,实现对接入配电网的无功补偿。此外SVG还能提 高电网配电质量,抑制谐波。2.2.1、 调相运行:调相机多用于枢纽变电
15、站和高压直流 换流站调相运行是指发电机不发出有功功率,只向电网输送感 性无功功率的运行状态,起到调节系统无功、维持系统电压 水平的作用。调相机多用于枢纽变电站和高压直流换流站。我国特高压直流 送受端存在动态无功储藏和电压支撑缺乏,必须匹配大规模 动态无功。调相机在降低直流送端暂态过电压、抑制直流受 端换相失败、利用强励提高系统稳定性等方面具备独特优势。 2021年9月,东方电气集团研制的国内首台50Mvar分布式凸 极调相机在青海海南新能源基地330千伏夏阳变一次并网成功,投入运行。机组并网期间和投入运行后,瓦振、瓦温、噪 声等各项参数优异。夏阳变装设的5台50Mvar分布式凸极调 相机均由东
16、方电气研制。该调相机按“无人值守、维护便利”理 念设计,辅助系统及在线监测系统配套完备,具备一键起停 功能。11月8日,在青海电网海南千万千瓦级新能源基地, 随着首批H台新能源分布式调相机全部投入使用,世界最大 规模的新能源分布式调相机群正式形成。敦煌风电Q图46:调相机高压直流换流站部署示意图沙州河西武胜7桥湾 敦煌新疆电网 Or柴达木日月山常乐酒泉6)桥湾风电12 台300Mvar酒泉畛产调相机制 阿湖南 8000西北4需想I1屏事故应急及恢复服务事故应急及恢复服务包括稳定切机服务、稳定切负荷服 务和黑启动服务。2.2.2、 稳定切机服务:应对机组故障1.1全球光伏装机持续前行。兴业证券I
17、NDUSTRIAL SECURITIES。兴业证券INDUSTRIAL SECURITIES根据国际能源署数据,截止2020年底,全球累计光伏装机760.4GW.有20个国家的新增光伏容量超过了 1GW,其中中 国、欧盟和美国分别以48.2GW、19.6GW和19.2GW的规模位列全球前三.2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020中国 美国日本印度淡大利亚 德国一其他一全球同比图、全球光伏新增装机历史演变(单位:GW)图、全球光伏新增装机稳定提升 “光伏+储能”已成为多国光伏开发的标准配置,搭配储能将为光伏带来长期可持续的开展动力,预计
18、2025年全球光 伏新增装机370GW,其中,中国光伏新增装机为127GW.储能逆变器在光伏并网逆变器的基础上叠加了储能电站的 功能,从而使日间产生的富余电量得以存在蓄电池、夜间再通过电池释放出来,解决了光伏发电不可调控的弊端.数据来源:IEA PVPS & IRENA .兴业证券经济与金融研究院测I6兴业证券L2十四五期间,预计国内光伏年均新增装机76-86GW 3、2一我国将2030年非化石能源占比目标提升至25% (此前2030年非化石能源占比目标为20%) . 2019年我国非化石能源占 比已经到达了 15.3%,预计2020年可以提升至16%;在此基础上2030年非化石能源占比目标到
19、达25%,平均每年提升幅 度为().9pct,收据来源:兴业证券经济与金融研究院测算稳定切机装置通过监视端实时监控断面潮流,并在发生 预设故障后向执行端发出相应切机命令完成相应“切机动作”, 切除满足条件的运行机组。例如水电站的切机动作可通过自动解列装置实现。自动 解列装置自动监视系统电压频率,当发电机组出现频率或电 压异常波动超设定值时,自动解列装置将机组解列,保证电 力系统稳定。2.2.3、 稳定切负荷服务:以损失负荷方式确保电力系统 稳定稳定切负荷是指电网发生故障时,通过切除负荷确保电 力系统安全稳定所提供的服务。当发生高压线路潮流转移和 系统解列这类紧急事件时,电力系统切负荷是维护电网
20、稳定 的最后一道防线。2.2.4、 黑启动:电力系统大面积停电后恢复黑启动是指电力系统大面积停电后,在无外界电源支持 的情况下,由具备自启动能力的发电机组或抽水蓄能、新型 储能等所提供的恢复系统供电的服务。黑启动的过程一般分 为黑启动初始阶段、网架重构阶段和负荷恢复阶段。黑启动的关键是初始阶段中黑启动电源的启动。由于水 力发电具有厂用电量较少、可快速启动等优点,传统的黑启 动电源优先考虑的是水电,抽水蓄能机组承当黑启动的研究与应用已相当成熟,但水电机组受蓄水量、气候等因素制约, 存在一定局限性。燃气轮机组具有启动快速、加减负荷速率 较大、甩负荷特性好等优点,这些优势使燃气轮机组有成为黑 启动电
21、源的可能。图49:精准切负荷控制原理图储能系统具有占地规模小、布点灵活等优点,在黑启动 初始阶段可有效替代成为黑启动电源点。储能系统能够辅助 火电机组实现黑启动,如果储能配置充足同时合理安排各辅 机的恢复顺序,将大大高黑启动的恢复效率。2019年1月, 南方电网国家电投珠海横琴热电启动世界首例20MWh储能 系统黑启动燃机工程并于2021年1月完成世界首例储能辅助 9F级重型燃气轮机黑启动试验。2021年7月15日,深圳供 电局联合南山电厂利用储能系统顺利完成9E级燃气机组黑启 动试验。此外储能系统还能辅助风电机组实现黑启动。3、电网侧新型独立储能电站经济性如何?前文中我们分析了未来随着电力现
22、货市场建设成熟,辅 助服务将取消调峰产品。因此我们采用独立储能电站的度电 本钱(LCOS)和当前试行的辅助服务交易规那么下的收入测算 独立储能的经济性。3.1、 经测算100MW/200MWh独立储能电站度电本钱为 0.5545 元经测算100MW/200MWh独立储能电站的度电本钱为 0.5545 元。3.2、 调峰:考虑补贴及峰谷差价已具备盈利空间考虑浙江省示范应用补偿,独立储能调峰电站度电本钱 可降至0.4832元。2021年浙江省发改委发布的浙江省加快 新型储能示范应用的实施意见中规定给予独立储能电站调 峰工程暂定3年(200/180/170元/千瓦年退坡)的过渡补偿。 假设折现率6%
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