储能温控市场乘风而起行业龙头把握先机.docx
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1、IEA图2:全球发电量结构预测图3:风电、光伏LCOE变化情况($/kWh)海上风电陆上风电0.400.350.300.250.200.150.100.050.00图4:全球锂离子电池平均本钱变化情况($/kWh)1 .各环节需求共振,全球储能进入加速开展期1.1. 全球储能行业步入规模化开展阶段储能是全球电力系统转型中不可或缺的环节。化石能源的使用是全球碳排放的主要来源,根 据IEA统计,2020年石油、煤炭、天然气等传统化石能源在全球能源结构中的占比仍超过 80%,可再生能源的占比仅为12%。为降低碳排放量,未来工业、交通、供热等各领域的电 气化水平需进一步提高,同时在电力装机结构中,光伏
2、、风电等可再生能源也将逐渐取代传 统的火业装机。根据EA的测算,为实现2050年碳中和的目标,可再生能源发电占比需由 2020年的30%以下提升至2030年的60%以上,2050年那么需到达近90%。与石油等传统化 石能源不同,电力的生产与消费需要同时进行,能量无法直接以电能的形式进行储存,而风、 光等可再生能源往往具有较强的季节性与波动性,因此随着全球电气化程度的提升以及风电、 光伏装机占比的增加,未来储能将在全球电力系统中发挥更加重要的作用。图1:全球能源与电力消费情况(Mtoe)总能源消费0电力消费B 电力消费占比12000-1 30%100008000储能行业规模化开展的条件已经成熟。
3、一方面,随着技术的进步与产能的扩张,近年来风电、 光伏的发电本钱与锂离子电池的制造本钱降幅显著,在上网侧平价的基础上,当前全球正朝 着“新能源+储能”平价的方向快速前进。另一方面,经过前期的探索与实践,储能在电力 系统中的定位与商业模式正日渐清晰,目前美国、欧洲等兴旺地区储能市场化开展的机制已 基本建立,新兴市场的电力系统改革亦持续加速,储能行业规模化开展的条件已经成熟。IRENABNEF,2021年起全球储能行业进入高速开展阶段。根据BNEF统计,2021年全球新增储能装机规 模为10GW/22GWh,较2020年实现翻倍以上增长,截至2021年底全球累计储能装机容量或缺的重要环节。22平安
4、问题日益凸显,储能温控重要性持续提升,储能平安事故频发,行业标准逐步完善近年来国内外储能平安事故频发,储能平安问题日益凸显。近年来在全球储能装机规模不断 增长的同时,相关的平安事故也愈加多发。根据中国能源网的统计,2010-2020年间,全球 范围内发生了 32起储能电站平安事故,而根据CNESA的统计,仅2021年全球就发生了至 少9起储能平安事故,2022年初韩国又发生3起电池相关火灾事故。频繁发生的储能平安 事故不但造成了严重的经济损失,严重时还对人员平安构成了狡大威胁,在全球储能市场迎 来加速开展的关键节点,平安问题已经成为行业亟待解决的重要问题之一。表5:近年全球主要储能平安事故国家
5、/地区容量(MWh)用途建筑影态事故类型储能技术事故日期使用时长比利时-集装箱-埋电池2017/11-韩国/济州0.18太阳能混凝土充电中三元2018794年韩国/江原2.662太阳能地下泥凝土充电后休止三元2018/121年韩国/京畿17.7调频集装箱修理检查中三元2018/102年7个月韩国/军威1.5太阳能-锂电池2022/1韩国/庆北8.6调频集装箱修理检查中三元2018/51年10个月韩国/庆北3.66太阳能组龙式面板充电后休止三元2018/119个月韩国/庆北3.66太阳能狙建式面板充电后休止三元2019/52年3个月韩国/庆南1.331太阳能组装式充电后休止三元2018/117个
6、月韩国/庆南3.289需求管理混凝土充电后休止三元2019/110个月韩国/全北1.46风电集装箱安装中(保管)三元2017/8-韩国/全北2.496太阳能集装箱充电后休止三元2019/19个月韩国/全北1.027太阳能组建式面板充电后休止三元2019/5-韩国/全南14凤也如建式面板修理检查中三元201 a/62年5个月韩国/全南18.965太阳能纨魅式面板充电后休止三元2018/66个月韩国/全南2.99太阳能组戏式面板充电后休止三元2018/77个月韩国/全南9.7风电组建式面板充电后休止三元2018/71年7个月韩国/全南5.22太阳能组建式面板充也中三元2019/11年2个月韩国/世
7、宗18需求管理组建式面板安装中(施工)三元20 W7-林国/蔚山46.757需求管星混凝土充电后休止三元2019/17个月转国/蔚山1.5-锂电池2022/11年3个月韩国/忠北5.989太阳能组龙式面板充电后休止三元201 &98个月韩国/忠北4.16太阳能组建式面板充电后休止三元2018/1111个月韩国/忠南6太阳能组建式面板安装中(施工)三元2018/9转和忠南1.22太阳能组建式面板充电后休止三元2018/1111个月非国/忠南9.316需求管理组建式面板充电后休止三元2018/121年韩国/忠南-太阳能集装箱-三元2021/4-美国20风也集装箱充也中铅酸业池2012/86个月美国
8、/加州1200调降-锂电池2021/910个月美国/加州1200调峰-俚电池2022/21年2个月美国/亚利桑那2需求管理集装箱-三元2019/42年日本-需求管理组装式充电中钠硫包池2011/9中国/北京2用户侧集装箱运行维护中锂电池2019/51年8个月中国/北京25光储充混凝土安装调试磷酸铁锂2021/4-中国/江苏-需求管理集装箱-璘酸铁锂2018/9-中国/陕西-调频集装箱充电后休止三元2017/5-行业标准逐步完善,储能步入规范化开展阶段。随着储能平安问题日益凸显,近年来陆续有 国家出台相关政策与行业标准,对储能行业各环节进行规范,从而提升储能工程平安性。例 如美国于2016年率先
9、发布全球第一项储能系统平安标准UL 9540,对电化学储能、机械储 能等不同类型储能系统的平安标准作出了明确规定,UL 9540后续又被授权为加拿大国家标 准。我国储能行业起步较晚,长期以来政策标准与行业规范相对抉失,但随着近年来储能行 业开展不断提速,储能平安问题愈发得到重视,相关政策文件陆续出台,行业标准逐步完善。 国家能源局2022年印发的2022年能源行业标准计划立项指南、“十四五”新型储能发 展实施方案等文件对新型储能工程的立项、设计、建设、运维、平安监督、平安预警以及 应急处培等各环节均提出了技术标准以及平安性方面的要求,我国储能行业正逐渐步入规范 化开展阶段。表6:近年局部国家储
10、能平安相关的行业标准及指导政策资料来源:各国政府网站,国家时间行业标准/指导政策主要内容美国2019年6月NFFA 8554Standard for the Installation of Energy Storage Systems 根据倚旋系经不同的安装便珞,提出不同的安箕头永。比方华旄 系统是安装在室内或室外的,安装在有人或者没有人活动的地 方,或者安装在屋顶或车库,其要求各不相同。2020年7月UL 9540-2020彳 Biergy Staage System (ESS)对包含也化学储能和机械储能,等不同类型偌能系统的平安标准 作出了明确。澳大利亚2019年10月AS/NZS 513
11、9:2019 Bectrical installationsSafety of battery systems for use w ith pow er conversion equipment旨在填补涣大利亚掰兴的家庭储能行业在平安指南方面的空白, 尤其是一些电池化学物质可能引发的火灾隐患,要求所有的家庭 电池偌能系统安装及杂和吊黄的防火设施。2021年7月关于加快推动新型储能开展的指导意见按照储能开展和平安运行需求,发挥储能标准化信息平台作用, 统筹研究、完再储能标准体系建设的顶层设计,开展不同应用场 景储能标准制修订,建立就全镭能全产业锥技术标泄体系。加强 现行能淞电力系统粕关标准与佃能
12、应用的统势衔接。推动完善新 型储能检测和认证体系。推动建立储能设备制造、建设安装、运 行基测等环节的平安标准及管理体系。中国 -2021年12月“十四五”国家应急体系规划将电化学储能设施等新产业新业态的消防平安列入平安生产治 本攻坚重点。1 口2022年1月2022年能源行业标准计划立项指南新型储能系统建设、运维、平安益忖,电化学储能的平安设计、 制造与测评,用户御储能的安装、运行、维护,能源储能配珞规 模测算,储能业站平安管理、应急处珞,不同应用场景下的储能 系统技术要求及并网性能要求。2022年2月“十四五”新型储能开展实施方案突破电池本质平安控制、电化学储能系统平安预警、系统多级防 护结
13、构及关键材料、高效灭火及防复燃、储能电站筌体平安性设 计等关钺技术,与此同时积极建立健全新型储能全产业链标准体 系,加快制定新型储能平安相关标准。2.2.1 .储能规模与能量密度齐升,温控重要性提高储能系统正朝着更大规模、更高能量密度的方向演进。降本增效是新能源行业长期的主题, 对于储能系统而言,提升工程的单体规模以及能量密度是降低整体本钱的重要手段。根据美 国太平洋西北国家实验室(PNNL)的测算模型,锂包池储能系统的总容量越大,那么分摊至 单位容量的建设本钱越低,例如对于储能时长为4h的磷酸铁锂储能系统,1MW工程的单位 建设本钱约为448美元/kWh,而100MW工程的单位建设本钱仅为3
14、85美元/kWh。因此, 随着全球装机需求的提升,储能系统将朝着更大规模、更高能量密度的方向演进。图20:不同规模磷酸铁锂储能系统建设本钱情况($/kWh)PNNL2021年以来储能工程平均单体规模迅速扩大。随着技术与市场的成熟,近年来储能工程大 规模化的趋势已经较为明显。根据CNESA的统计,在2021年国内投运的361个新型储能 工程中,百兆瓦及以上的工程仅有7个,而在2021年新增规划/在建的490个储能工程中, 百兆瓦及以上的工程已到达71个,合计装机规模到达15.8GW,占比接近2/3,预计2022 年起大规模储能工程将陆续落地。海外市场中,近年来储能工程的单体规模亦呈加速上升趋 势
15、,例如2021年10月华为与山东业力建设第三工程联手签约的沙特红海新城储能 工程规模已经到达了 1300MWh,其他地区百兆瓦时乃至吉瓦时级别的储能工程也屡见不鲜。表7:全球局部大型电化学储能工程(包括拟建、在建与我成)工程功率(MW)容量(MWh)建设地点Ameresco公司拟于加州建设的一个储能工程537.52150美国莫斯兰汀(Moss Landing)电池储能工程3001200美国沙特红海新城储能工程-1300沙特Great Western Battery5001000涣大利死Collie业池和氢工业中心工程-600 - 800澳大利业Goyder Renew ables Zone (
16、纪套储能)900-澳大利业Victoria Big Battery300450澳大利亚DP World London Gatew ay320640英国Cranberry Point Energy Storage150300波士领大连液流电池储能1调峰电站国家示范工程200800中国汇宁时代江门(台山)核储互补电化学储能电站工程13002600中国易本特集团河南三门峡500MW/1GWH储能项FJ5001000中国瓜州界储新能源500MW/1 OOOMWh莫高储能电站工程5001000中国中广核束庄山亭偌能电站工程400800中国右玉400MW/800MWh独立储能工程400800中国国网时代福
17、建200MW/400MWh吉瓦级宁稔我油储能工程200400中国根据公开信息处理,图21: 2021年国内投运及规划/在建储能工程数量情况图21: 2021年国内投运及规划/在建储能工程数量情况图21: 2021年国内投运及规划/在建储能工程数量情况CNESA储能产品持续迭代升级,集装箱单体规模与能量密度显著提升。目前集装箱式储能为锂电池 储能的主流形式,随着工程整体规模的扩大,除了部署更多的储能集装箱以外,提高集装箱 的单体容量及能量密度也是行业开展的必然趋势。近年来宁德时代、阳光电源、比亚迪、海 博思创等头部储能集成商的产品持续迭代升级,以比亚迪为例,2020年推出的电网级储能 系统BYD
18、 Cube T28的单体容量到达2.8MWh,相比其2018年在英国Rock Farm工程中 使用的1.25MWh的产品有了显著提升,单位面积能量密度那么较行业此前的40尺标准集装储 能系统提升超90%,后续装载刀片电池的升级版BYD Cube产品的等效40尺集装箱面积的 装机容量预计将突破6MWho随着储能集装箱单体规模以及能量密度的提升,系统工作时所 产生的热量也将大幅增加,因此为了保障集装箱内温度及电池组之间的温差处于合理水平, 储能温控系统的重要性也将进一步凸显。图23: BYD Cube T28能量密度较传统方案显著提升图22:比亚迪集装箱储能系统产品迭代情况图22:比亚迪集装箱储能
19、系统产品迭代情况图22:比亚迪集装箱储能系统产品迭代情况比亚迪40尺集装箱BYD Cube T2825 MWh ,2.8 MWh .面积前.雷度提升察90%比克迪对于功率型储能系统,电池充放电倍率的增长同样将对温控能力提出更高要求。相较于能量 型储能系统,调频等功率型储能系统的单体规模相对较小,但运行过程中往往需要频繁进行 快速充放电。根据相关研究,锂电池放电倍率越高,运行过程中产生的热量也将越多,因此 随着功率型储能工程利用率的增加,储能温控系统同样将面临更大的挑战。表8:不同放电倍率下锂电池充放电温度比照放电倍率(C)锂电池外表初始温度(t)充电结束时温度()龄珞转束时温度(幻)放电姑束时
20、温度()0.5025.0031.7430.4533.020.7525.0031.4530.0434.981.0025.0031.3830.5236.141.2525.0031.2630.2337.891.5025.0031.7130.6640.01综上所述,未来储能工程将朝着更高平安标准、更大单体规模、更高能量密度、更快充放电 倍率的方向开展,而为了实现这些目标,储能温控在整体系统中的重要性将进一步凸显。2.3. 液冷方案加速渗透,储能温控市场空间翻开2.3.1 ,风冷为当前储能温控主流形式,液冷为未来趋势储能热管理形式多样,风冷及液冷成熟度相对较高。目前主流的热管理方式包括风冷、液冷、 热管
21、冷却和相变冷却四种,目前风冷和液冷的应用已较为广泛,热管冷却与相变冷却的产业 化程度那么相对较低。其中,相变冷却是利用相变材料发生相变来吸热的一种冷却方式,具有 结构紧凑、接触热阻低、冷却效果好等优点,但相变材料本钱较高,且储热和散热速度较慢, 目前在储能温控领域使用较少。热管冷却那么是依靠封闭在管内的冷却介质发生相变来实现换 热,具有散热效率高、平安可靠等优点,但本钱同样较高,在储能等大容量电池系统中的实 际应用较少。从技术成熟度与产业化程度出发,我们认为风冷和液冷仍将是中长期内主要的 储能温控形式。表9:储能温控主要方式货目空冷液冷然管冷却相变冷却强迫主动冷端空冷冷端液冷相变材料+导热材料
22、散热效率中高较高高高散热速度中较高高禹较高温降中校高较高鬲高温居较南低低低低发杂度中标高中校高中成梆裾成秀:大容张里离子电池储能系统较热管理技术现阔涧汴,南较高风冷系统初始本钱较低且平安可靠,为当前主要的储能温控形式。风冷是一种以空气为冷却 介质,利用对流换热降低电池温度的冷却方式,广泛应用于工业制冷、通信息站、数据中心 等温控场景,技术成熟度与可靠性相对较高。此外,风冷系统整体结构较为简单且易于维护, 初始投资本钱相对较低。考虑到其在本钱与可露性方面的优势,目前风冷为储能温控领域最 主流的解决方案。图24:风冷储能系统结构示意图资料来源:资料来源:风冷系统散热效率低、温差控制较差且占地面积大
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