电气设备与新能源行业储能深度报告:风光普及必由之路爆发将至群雄逐鹿-20210512-方正证券-162正式版.doc
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1、证券研究报告电气设备与新能源行业/行业深度报告2021年5月12日储能深度报告:风光普及必由之路,爆发将至群雄逐鹿分析师:申建国登记编号:S1220517110007联系人:周敦伟登记编号:S1220120110035投资建议风光储结合是未来能源发展的方向,多重驱动力推动储能快速发展发展储能的核心驱动力:1)发电侧方面,储能可用于解决因风光发电的间歇性和波动性导致的电网不稳定以及弃风弃电问题;2)电网侧方面,储能系统可提供辅助服务,维持电网稳定运转;3)用户侧方面,储能系统主要用于削峰平谷,节省电费;备用电源,防止断电影响设备运转;离网电源等;4)储能梯次利用是退役动力电池的最优处理模式,储能
2、系统可覆盖的动力电池梯次利用范围广。储能发展短期看政策,国内依赖政策、海外部分地区已启动。长期看成本:储能系统成本下降是关键1)短期看:发电侧,国内十余省份陆续出台“强配”政策;电网侧,国内逐渐完成辅助服务相关补偿机制建设;用户侧,主要关注工商业场景,国内家储暂时无性价比;海外部分地区电价高+电网不稳定,家储首先放量。2)长期看:电池占储能系统成本过半,降本要靠电池成本下降、循环寿命提升等途径,我们预计2025年,储能系统成本将下降到0.84元/Wh,届时全球储能装机量将大幅提升。储能市场空间测算1)发电侧方面,预计到 2025年全球集中式光伏和风电新增装机为248.1GW,我们假设2025年
3、光伏50%、风电60%的新增装机会配置储能系统,功率配比30%,备电时长3小时,则2025年全球发电侧储能需求为123.2GWh;2)电网侧方面,选取调峰辅助服务预测电网侧储能市场空间,假设调峰补偿费用0.55元/KWh,储能系统每日充放两次,时长2小时,到25年,辅助服务需求每年增长10%,则2025年国内电网侧储能需求为4.8GWh;3)用户侧方面,我们测算全国主要省份峰谷功率差之和为 255.6GW,假设储能覆盖其中30%,备电时长3小时,对应115GWh累计需求量,若在5年内达到该装机量,2025年达到35GWh;2025年国内基站储能需求为8.6GWh;2025年海外家储需求为33.
4、5GWh;2025年全球用户侧需合计求77.1GWh。总体来看,2025年全球储能空间205.1GWh+2投资建议储能复盘:碳中和背景下,储能是实现能源转型的必由之路1)能源转型背景下风光发电量提升,由此带来的消纳问题使储能受到重视,各国积极推动政策支持储能发展,储能由实验、示范项目性质到如今已开始商业化发展;2)当前储能新增规模中电化学储能占比高,以锂离子电池为主流技术;3)2019年我国电化学储能新增投运规模已居世界首位;4)碳中和背景下储能政策支持力度大,叠加系统成本下降导致经济性显现,储能预期确定性增长。储能产业链梳理电池环节:行业集中度逐渐提升,未来向高安全、长寿命、低成本发展,磷酸
5、铁锂将是主流路径,预计由动力电池龙头厂商领跑PCS环节:关注三大核心竞争力(迭代降本能力、品牌力&可融资性、渠道能力),判断未来竞争格局与光伏逆变器趋同BMS环节:当前技术成熟度较低、缺乏行业标准、竞争格局分散;未来储能电池BMS大概率延续动力电池BMS市场格局EMS环节:需与电网进行交互,现有EMS公司主要是国网系,未来EMS核心竞争力看软件开发能力和能量优化策略设计能力系统集成环节:国内系统集成商玩家众多,兼具集成能力、运维服务、当地渠道和品牌力的公司会胜出系统经济性拐点将至,各厂商争渡储能浪潮储能市场将极大提升电池需求,关注低成本电池提供商【宁德时代】、【比亚迪】、【亿纬锂能】、【德方纳
6、米】、【派能科技】等;逆变器厂商擅长电流变换管理,已具备海外品牌、渠道,关注【阳光电源】、【固德威】、【锦浪科技】等;海外储能已具经济性,先发龙头优势明显,关注【特斯拉】、 【LG Chem】、 【SDI】、 【松下】等。风险提示:行业竞争加剧;技术进步不及预期;政策推进不及预期3储能行业拐点将至,能源转型必由之路技术探索政策驱动政策驱动+成本导向资料来源:CNESA,方正证券研究所4目录p 一. 储能:吹响能源革命号角-p61.1 储能按原理可分为物理储能、电化学储能等,物理储能是当前主要储能方式-p71.2 锂离子电池是各类新储能技术中商业化进程最快的技术之一 -p15p 二.多重驱动力促
7、使储能快速发展-p162.1 发电侧:风光发电占比的持续提升依赖储能支持-p192.2电网侧:储能参与调峰调频-p212.3用户侧:削峰填谷,防止断电损失-p282.4 梯次利用是退役动力电池的最优处理模-p37 2.5 储能发展短期看政策-p43长期看系统成本下降-p50p 三.电化学储能市场空间测算-p52 3.1 市场空间测算:全球发电侧-p533.2 市场空间测算:国内电网侧辅助服务市场-p543.3市场空间测算:国内用户侧 -p553.4市场空间测算汇总 -p59p 四.储能复盘:走向碳中和的“必由之路”-p604.1 储能复盘:化石燃料为主的能源结构带来全球性问题,能源结构必须调整
8、-p614.2 国内储能复盘:09年储能技术开始产业化探索-p704.3 碳中和 : 能源转型是碳中和关键一环,储能是必由之路-p77五.储能产业链梳理-p81 5.1储能电池环节-p84 5.2 PCS环节-p103 5.3 BMS环节-P1225.4 EMS环节-P1315.5系统集成环节-P138目录储能:吹响能源革命号角多重驱动力促使储能快速发展电化学储能市场空间测算储能复盘:走向碳中和的“必由之路”储能产业链梳理储能物理储能、电化学储能、电磁储能等物理储能抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能、储氢等电化学储能锂离子电池为主,用于发电侧、电网侧、用户侧各类储能方式层出不穷61.1 储能按原理可
9、分为物理储能、电化学储能等,物理储能是当前主要储能方式储能指通过一定方式将能量转换成较稳定的存在形态后进行储存,并按需释放。按照储能作用时间的长短,可以将储能系统分为数时级以上、分钟至小时级、秒级等。按照储能的原理,可以分为物理储能、电化学储能、电磁储能等。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能、储氢等,主要应用于数时级以上的工作场景。电化学储能包括钠硫电池、液流电池、锂离子电池等,主要应用于分钟至小时级的工作场景。电磁储能包括超级电容储能、超导储能等,主要应用于秒级的工作场景。截至2020年Q3,全球储能中抽水蓄能占比91.9%,电化学储能占比5.9%,其他的是飞轮储能、压缩空气储能等。图
10、表:各种储能类型介绍额定功率下应用场景运行特点对储能的技术要求主要储能类型放电时间大规模(100MW/100MWh以上)抽水蓄能数时级以上电网削峰填谷、大规模能量吞吐深充深放(循环寿命5000次以上)压缩空气负荷调节资源和环境友好熔融盐成本低储氢平滑可再生能源发电、充放电转换频繁、一定的规模高循环寿命分钟至小时级跟踪计划出力、二次调频、秒级响应速度、电化学储能便于集成的设备形态提高输配电设施利用率、削峰填谷可观的能量辅助一次调频、动作周期随机高功率高相应速度飞轮储能秒级提供系统阻尼、毫秒级响应速度高存储/高循环寿命超级电容储能电能质量大功率充放电高功率密度及紧凑型的设备形态资料来源:中国电力科
11、学院,方正证券研究所图表:2020Q3全球储能结构 抽水蓄能 压缩空气储能 飞轮储能 电化学储能 熔融盐储热资料来源:CNESA,方正证券研究所71.1.1 物理储能一般承载大规模能量吞吐,发展方向在压缩空气储能目前物理储能的技术包括压缩空气储能技术、抽水蓄能等,其主要优点在于规模大、使用寿命长、维护费用低等,缺点是工程建设成本高、转换效率较低、需依赖特定地理条件。从建设成本上看,压缩空气储能在3500-4000元/kW左右,抽水蓄能在4500-7200元/kW左右。压缩空气储能技术正在快速发展,主要有两种发展方向,一是液态压缩空气储能;二是超临界压缩空气储能。其主要原理为利用可再生能源电能或
12、电网夜间低谷电驱动压缩机压缩环境空气以储存能量,其中超临界压缩空气具有很高的能量密度,约为常规压缩空气储能系统能量密度的18倍,大幅减小了系统储罐体积,摆脱了对地理条件的限制。图表:小时级以上储能介绍储能种类工作原理技术经济指标优点缺点主要单位利上下水库的落差,势能规模:数百兆瓦技术成熟地理资源条件转换效率:75%80%抽水蓄能规模大有要求世界内普遍应用和电能相互转换。寿命:约80年运行维护费用低建设周期长成本:4500-7200元/kW规模:数百兆瓦技术成熟空气的内能和电能相互转转换效率:50%70%效率低德国Huntorf电站压缩空气储能技术规模大换。寿命:40年系统复杂美国Mcintos
13、h电站运行维护费用低成本:3500-4000元/kW资料来源:中国电力科学院,方正证券研究所81.1.1 抽水蓄能是当前主要储能方式,但新增装机已停滞抽水蓄能是当前应用最为广泛的储能电站,通过夜间过剩的电力驱动水泵将水位抬高,第二天白天电力需求大于电力供给时将水放出发电以实现调峰目的,另外,抽水蓄能电站还担负调频、调相和事故备用等动态功能。蓄水电站的建设受制于地理环境,且由于抽水蓄能效率较低,在其他储能技术逐渐成熟的情况下,其新增装机增速逐年放缓。2019年由于部分抽水蓄能退役停机而新增项目较少,新增净装机为-0.6GW,首次出现负增长。图表:抽水蓄能原理图资料来源:全球新能源网,方正证券研究
14、所2520151050-5图表:2016年-2020年Q3全球蓄水储能装机规模 全球抽水蓄能新增装机规模(GW)新增装机yoy20162017201820192020Q1资料来源:CNESA,方正证券研究所900%700%500%300%100%-100%-300%91.1.1 飞轮储能商业化应用步伐领先,主要由海外公司研发秒级储能主要形式包括超级电容储能和飞轮储能,应用场景以辅助一次调频、提高电能质量为主。飞轮储能系统具有效率高、容量大、响应快和对环境友好等优点。飞轮储能是用物理的方法储能的技术,原理是利用高速旋转的飞轮所拥有的惯性来储存能量。飞轮储能系统包括三个核心部分:飞轮、电动机-发电
15、机和电力电子变换装置。其中,飞轮是整个产品的核心部件,直接决定着储存能量的多少,电力电子变换装置决定了输入输出能量的大小。飞轮储能商业化应用步伐较超级电容领先,主要研发机构是美国Active Power和Beacon公司,飞轮储能主要围绕二次调频等场景开展应用。图表:超级电容储能与飞轮储能储能种类工作原理优点缺点主要研究单位通过电动/发电互逆式双美国Active Power、Beacon等公响应速度快司;向电机,电能与高速运转能量密度低飞轮储能功率密度高我国已经在300MW飞轮储能脉飞轮的机械能之间的相互自放电率较高长寿命等冲发电机技术实现突破,转换与存储。600MW样机正在研制中。由正负两电
16、极、电解质溶液、分离器和集流器组成,超级电容器其中浸在电解液中的分离电容量大、工能量密度低美国USMSC计划、日本New器使阴阳电极保持分离,作温度范围宽、存在安全问题Sunshine计划和欧洲的PNGU计基于电极、电解液界面充充放电寿命长划均将超级电容器列入开发内容。放电进行储能等资料来源:中国电力科学院,方正证券研究所图表:飞轮储能系统架构资料来源:CBEA,方正证券研究所101.1.2 电化学储能技术路径多样,钠硫电池和液流电池仍受制于成本和安全由于价格便宜,铅碳电池成为过去主流技术,广泛应用于后备电源,但由于循环寿命短、能量密度低、造成污染等问题,目前使用逐渐减少。钠硫电池最大优点在于
17、资源禀赋较高,其原材料钠、硫比较容易获得,缺点是生产成本高,约为2000元/kWh,且存在安全隐患。液流电池由于电解液的原材料多样,有许多发展路径,目前全钒液流较为成熟,美国的Primus和ESS公司在锌溴液流上有所突破,已取得金融机构和政府部门资金支持。图表:电化学储能介绍(除锂离子电池)储能种类工作原理技术经济指标优点缺点主要研究单位在高温环境(300350),液态金属钠循环寿命:4500次为负极,单质硫为正极,充电时金属钠发生能量效率:85%能量密度较大;成本高;国际:日本NGK公司等钠硫电池氧化反应,钠离子通过陶瓷管扩散进入正极,能量密度:150-240kWh/m3,150-存在安全隐
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