電化學(xué)儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展分析

申屠驍

（浙江浙能能源服務(wù)有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)碳中和的基本路徑，儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需從“源網(wǎng)荷”轉(zhuǎn)向“源網(wǎng)荷儲”，新型儲能是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要推手，加快新型儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對構(gòu)建清潔穩(wěn)定的能源供給體系和健康安全的能源消費體系至關(guān)重要。作為當(dāng)前新型儲能技術(shù)發(fā)展主流，電化學(xué)儲能擁有更高的能量密度，產(chǎn)業(yè)鏈配套更加成熟，相較于其他儲能技術(shù)在場景應(yīng)用、技術(shù)、成本、建設(shè)周期、轉(zhuǎn)換效率及選址要求上更具優(yōu)勢，具有高度的靈活性，增長潛力較大。隨著電池成本的快速下降，電化學(xué)儲能營利性逐步顯現(xiàn)，國家及地方也出臺了多個儲能相關(guān)政策文件，推動了儲能向規(guī)?；l(fā)展。

1 電化學(xué)儲能簡介

儲能的本質(zhì)是實現(xiàn)能量時間和空間上的移動，讓能量更加可控。按技術(shù)角度分，儲能可分為機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能、熱儲能等多種路線，如圖1所示。目前，國內(nèi)可投入商業(yè)化應(yīng)用的儲能技術(shù)有抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、鋰電池儲能、鉛酸電池儲能、蓄熱儲能等[1]。抽水儲能和壓縮空氣儲能容量大且放電時間長，適用于大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰等能量型應(yīng)用場景；飛輪儲能擁有較高的轉(zhuǎn)換效率且能提供短時功率輸出，適用于需要快速響應(yīng)的領(lǐng)域，如調(diào)頻等功率型應(yīng)用場景；抽水儲能占據(jù)電力儲能裝機主要份額；電化學(xué)儲能是最具潛力的技術(shù)路線。電化學(xué)儲能本身性能優(yōu)勢明顯，一方面，相較于壓縮空氣儲能，電化學(xué)儲能具備更優(yōu)的響應(yīng)速度和功率密度；另一方面，電化學(xué)儲能對地理條件限制較低，初期投資成本較低，可緩解抽水儲能等傳統(tǒng)儲能開發(fā)接近飽和的現(xiàn)狀。隨著成本不斷下降以及補償機制的實施，電化學(xué)儲能的規(guī)模將會實現(xiàn)兩次飛躍：一是在2022年突破10 GW，二是在2023年接近或突破20 GW[2]。

圖1 儲能技術(shù)分類

2 電化學(xué)儲能系統(tǒng)構(gòu)成

電化學(xué)儲能是利用化學(xué)元素做儲能介質(zhì)，充電與放電過程伴隨著儲能介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，主要包括液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池等[3]。鋰離子電池儲能的裝機占比在全球和中國分別為92.0%和88.8%，是電化學(xué)儲能中的絕對主力和發(fā)展方向[4]。電化學(xué)儲能系統(tǒng)主要由儲能電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲能變流器（PCS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。儲能電池是儲能系統(tǒng)最主要的構(gòu)成部分，以鋰離子電池儲能為例，儲能電池成本占總成本的60%以上，電池管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測、評估、保護(hù)以及均衡等，儲能變流器負(fù)責(zé)控制儲能電池組的充電和放電過程及交直流的轉(zhuǎn)換，能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等。

3 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

隨著電化學(xué)儲能技術(shù)快速發(fā)展、企業(yè)多方參與、應(yīng)用日趨完善，已經(jīng)形成了由上游產(chǎn)業(yè)、中游產(chǎn)業(yè)、下游產(chǎn)業(yè)組成的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，具體如圖2所示。

圖2 電化學(xué)儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈

從市場占有率及調(diào)研情況來看，產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及主要代表企業(yè)如下：

（1）上游產(chǎn)業(yè)主要為高端技術(shù)制造企業(yè)，主要包括儲能電池、電池管理系統(tǒng)、儲能變流器、能量管理系統(tǒng)等。儲能電池大多由動力電池廠商利用原有動力電池生產(chǎn)線技術(shù)改造后生產(chǎn)儲能電芯，主要代表為寧德時代、比亞迪等。電池管理系統(tǒng)主要由專業(yè)電子控制元件制造企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)，主要代表為高特電子、協(xié)能科技、科工電子等，而隨著系統(tǒng)成套技術(shù)的發(fā)展，電池制造企業(yè)也逐步開始采用自主研發(fā)的“BMS+PACK”模式。儲能變流系統(tǒng)大多由光伏逆變器廠家研發(fā)生產(chǎn)，也有部分系統(tǒng)集成廠家自主研發(fā)，主要代表為陽光電源、南瑞繼保等。能量管理系統(tǒng)相較于PCS、BMS等環(huán)節(jié)，在新型儲能系統(tǒng)中所占成本較低，價值量相對較小，一般由設(shè)備廠商或系統(tǒng)集成商提供。

（2）中游產(chǎn)業(yè)主要為儲能系統(tǒng)集成、運營及渠道商。儲能系統(tǒng)集成是指把包括電池組、儲能變流器、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和集裝箱及艙內(nèi)設(shè)備進(jìn)行多維集成。儲能系統(tǒng)集成商是儲能產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，起到承上啟下的重要作用，向上銜接儲能電池等上游設(shè)備材料生產(chǎn)廠家，向下按照應(yīng)用側(cè)需求，選擇具備用戶適應(yīng)性的儲能技術(shù)和產(chǎn)品，將各個單元組合起來，為戶用、工商業(yè)、發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)等各類場景打造“一站式”解決方案。儲能系統(tǒng)集成商主要有三種模式：一是自給自足模式，也稱全鏈發(fā)展模式，從主要部件的制造到系統(tǒng)集成服務(wù)，業(yè)務(wù)均有覆蓋，主要代表是寧德時代、比亞迪等；二是部分集成模式，主要由儲能電池、儲能變流器等廠商以自身產(chǎn)品為中心，提供綜合方案的附加服務(wù)，主要代表是陽光電源、國軒高科等；三是全集成模式，也稱專業(yè)化集成模式，依靠從外部采購部件進(jìn)行系統(tǒng)集成，主要代表是融合元儲、海博思創(chuàng)、平高等。

（3）下游產(chǎn)業(yè)是電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用需求側(cè)，主要包括發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)，終端用戶有獨立發(fā)電商、電網(wǎng)公司、工商業(yè)用戶、家庭用戶等。發(fā)電側(cè)儲能主要由發(fā)電集團或新能源發(fā)電企業(yè)投資建設(shè)，采用“火電+儲能”“新能源+儲能”等傳統(tǒng)能源和新能源搭配儲能的形式。電網(wǎng)側(cè)儲能主要由發(fā)電集團、電網(wǎng)企業(yè)等投資建設(shè)，實現(xiàn)負(fù)荷削峰填谷，對電網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)定運行提供幫助。用戶側(cè)儲能主要由工商業(yè)用戶、家庭用戶投資建設(shè)，或采取合同能源管理模式，主要圍繞峰谷電價套利、削峰填谷、優(yōu)化容量電費、備用電源、提高電能質(zhì)量等需求進(jìn)行盈利，主要應(yīng)用場景有工業(yè)儲能、家用儲能、5G基站等。

4 電化學(xué)儲能發(fā)展分析

4.1 上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

電池是未來降本的核心環(huán)節(jié)。對比三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池?zé)岱€(wěn)定性強，具有更好的安全性和更長的循環(huán)壽命，雖然電池能量密度低于三元鋰電池，但儲能應(yīng)用場景相對固定，尺寸和重量設(shè)計相對靈活，因此能量密度不是儲能系統(tǒng)設(shè)備選型的優(yōu)先考量因素。綜合考慮兩種技術(shù)路線的優(yōu)勢和劣勢，磷酸鐵鋰電池更加貼合儲能場景的應(yīng)用需求，預(yù)計在未來三年為儲能的主流技術(shù)路線。另外，鈉離子電池在成本、環(huán)境友好性、安全性方面較鋰電池都有一定優(yōu)勢，但能量密度和循環(huán)次數(shù)與磷酸鐵鋰電池仍存在一定差距，鈉離子電池材料成本較磷酸鐵鋰可下降30%，在規(guī)模化降本后，擁有較大產(chǎn)業(yè)化潛力。

4.2 中游產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

儲能系統(tǒng)集成商重要性不斷提高，系統(tǒng)安全性設(shè)計至關(guān)重要。儲能系統(tǒng)集成需要按照用戶需求，根據(jù)運行場景和場站需求，基于自身對各種類型設(shè)備性能的充分了解，從而完成電池組、電池管理系統(tǒng)、儲能變流器等設(shè)備選型及系統(tǒng)控制策略的設(shè)計，最大化釋放系統(tǒng)性能。從國外儲能發(fā)展來看，儲能應(yīng)用場景豐富，定制化系統(tǒng)集成服務(wù)能契合多樣的場景需求，專業(yè)的第三方系統(tǒng)集成是今后發(fā)展的大勢所趨。另外，由于鋰離子電池的安全事故誘發(fā)機制，亟需發(fā)展鋰離子電池火災(zāi)防控技術(shù)及產(chǎn)品，滿足儲能行業(yè)安全需求。許多儲能系統(tǒng)集成商已經(jīng)意識到儲能系統(tǒng)安全性設(shè)計的重要性，模塊化分倉全液冷方式、全氟己酮消防系統(tǒng)等新技術(shù)已經(jīng)運用于商業(yè)項目，如何實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的本質(zhì)安全，是今后系統(tǒng)集成商需要重點關(guān)注的內(nèi)容。

4.3 下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

發(fā)電側(cè)儲能主要目的在于消納棄風(fēng)棄光，平滑發(fā)電輸出。以光伏配置儲能為例，在目前儲能系統(tǒng)集成平均成本下，光伏+儲能系統(tǒng)的項目收益率IRR低于原有光伏不配置儲能的水平，但從長遠(yuǎn)來看，隨著儲能系統(tǒng)成本不斷降低，發(fā)電側(cè)輔助服務(wù)和共享儲能機制的完善，光伏+儲能+調(diào)峰/調(diào)峰模式的項目收益率IRR已顯著提高，發(fā)電側(cè)儲能收益有望進(jìn)入自發(fā)性快速增長階段。

電網(wǎng)側(cè)儲能作為電網(wǎng)中優(yōu)質(zhì)的有功/無功調(diào)節(jié)電源，它的主要功能是有效提高電網(wǎng)安全運行水平，實現(xiàn)電能在時間和空間上的負(fù)荷匹配，增強可再生能源消納能力，在電網(wǎng)系統(tǒng)備用、緩解高峰負(fù)荷供電壓力和調(diào)峰調(diào)頻方面意義重大[5]。調(diào)峰目前在我國的經(jīng)濟性一般，已有多個省份將電儲能納入交易體系，儲能調(diào)峰補償價格普遍在0.4～0.6元/（kW·h），在部分地區(qū)具備盈利空間。調(diào)頻目前在部分省市已具備較好的經(jīng)濟性，但是由于調(diào)頻輔助服務(wù)市場存在“先建設(shè)收益高，后建設(shè)收益迅速降低”的特點，率先建設(shè)的儲能調(diào)頻項目會獲取較高的收益。

用戶側(cè)儲能是最具潛力的應(yīng)用場景，相對發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)儲能項目，用戶側(cè)儲能具有更廣闊的市場。根據(jù)測算，按照每日2充2放的充放電策略，在峰谷價差超過0.7元/（kW·h），且電化學(xué)儲能循環(huán)次數(shù)超過4 500次時，電化學(xué)儲能通過峰谷套利收益足以覆蓋自身增加的成本，我國多個省區(qū)的一般工商業(yè)和大工業(yè)峰谷價差超過0.7元/（kW·h），廣東、浙江等地區(qū)的工商業(yè)峰谷價差甚至超過1元/（kW·h）。從長期來看，隨著儲能系統(tǒng)成本的不斷降低，電力現(xiàn)貨市場的推廣以及虛擬電廠等商業(yè)模式的開發(fā)，用戶側(cè)儲能有望迎來進(jìn)一步的突破。

5 結(jié)語

能源結(jié)構(gòu)低碳化將是中國低碳轉(zhuǎn)型的必然要求，一方面，隨著新能源及核電等不可調(diào)峰電源裝機規(guī)模的大幅度增加，調(diào)峰需求和調(diào)峰能力的缺口將越來越大；另一方面，新一輪電力體制改革配套政策的落實，電力市場化交易機制、發(fā)電和售電企業(yè)的多元化發(fā)展及需求側(cè)管理手段的革新都為儲能技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用提供了契機。電化學(xué)儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不可或缺的調(diào)節(jié)資源，大力發(fā)展電化學(xué)儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的大勢所趨。當(dāng)前，電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)處于示范試點向規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用的過渡階段，其規(guī)模極有可能在“十四五”期間爆發(fā)，將在調(diào)峰調(diào)頻、電力輔助服務(wù)、虛擬電廠等各方面都體現(xiàn)出巨大的價值。