文|經(jīng)緯創(chuàng)投
在多項政策的強力刺激下，光伏、風(fēng)電等清潔能源裝機量正在飆升，帶動了與之配套的儲能爆發(fā)。從動力電池延展出來，以電化學(xué)為主的新型儲能正在快速規(guī)模化。經(jīng)緯十分看好整個新能源產(chǎn)業(yè)鏈，已經(jīng)布局了理想、小鵬等主機廠，容百科技、易鴻、和潤達、西恩科技等動力電池產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)，我們也非?？春霉夥⑿滦蛢δ艿饶茉唇Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型大賽道，今天這篇文章我們就來分析新型儲能。
2019年8月9日下午5點，英國被迫按下暫停鍵。
英格蘭與威爾士電網(wǎng)突然崩潰，導(dǎo)致大規(guī)模停電。倫敦最繁忙的國王十字車站，被迫臨時緊急關(guān)閉，大量旅客滯留；還有很多市民被困在地鐵中，那些備用電源不足的醫(yī)院也被迫暫停。在這個夏日的黃昏，100萬人陷入彷徨。
16點52分33.49秒，因雷擊導(dǎo)致一個變電站的線路短路，雖然故障被很快清除，但導(dǎo)致分布式電源第一次脫網(wǎng)及主力電網(wǎng)變薄弱；
16點52分33.728秒，位于北海全球最大的Hornsea霍恩海上風(fēng)力發(fā)電站，出現(xiàn)風(fēng)電出力大幅下降。由于英國一直在大力推進清潔能源，全國40%電力依靠風(fēng)力與光伏發(fā)電，而這些新能源的致命弱點，就是不夠穩(wěn)定。
16點52分34秒-53分58秒，小巴福德電站蒸汽機組出現(xiàn)了一系列停機，分布式電源脫網(wǎng)規(guī)模擴大。自此，因雷擊而脫網(wǎng)的分布式電源、霍恩風(fēng)電場、小巴福德蒸汽機組三者疊加導(dǎo)致電網(wǎng)損失了總負荷的6.5%，頻率大幅下降，諸多地區(qū)開始停電。
圖片來源：BBC
事故分析表明，這是一起因高比例清潔能源（風(fēng)電）并網(wǎng)，而電力系統(tǒng)備用不足，導(dǎo)致的電網(wǎng)崩潰事故。由于新能源發(fā)電大量替代傳統(tǒng)能源發(fā)電，導(dǎo)致電力系統(tǒng)抵御功率差額的能力下降。在電力系統(tǒng)接連出現(xiàn)擾動時，系統(tǒng)備用不足，不能及時彌補功率缺額，導(dǎo)致了事故發(fā)生。
最終，幸好抽水蓄能機組及時增加出力，阻止事故進一步擴大，由此可見儲能對于高比例新能源并網(wǎng)時的重要性。
無論是風(fēng)電，還是光伏，都非常依賴天氣本身。比如光伏往往在正午達到高峰，到了晚上就無電可用，但晚上恰恰是用電高峰，就不得不用其他能源來調(diào)峰，對電網(wǎng)的負荷極大。
在中國碳中和的大目標(biāo)下，國家能源局給出了快速提升光伏、風(fēng)電等清潔能源的計劃，這就要求大規(guī)模、系統(tǒng)性的儲能配套。目前全球最多的傳統(tǒng)儲能手段就是抽水蓄能，而在新型儲能里，電化學(xué)儲能增速驚人。
今天這篇深度分析文章，是“碳中和”科創(chuàng)匯的第3篇，我們來關(guān)注新型儲能，聚焦電化學(xué)儲能。我們會先總結(jié)有哪些儲能方式，以及其技術(shù)迭代潛力、市場增量空間如何？在新能源發(fā)電占比提升的大勢之下，不同儲能方式能滿足哪些場景需求？以及儲能的經(jīng)濟性分析，誰為儲能買單？以下，Enjoy：
儲能為什么大爆發(fā)？有哪些新型儲能方式？
我們?yōu)槭裁纯春秒娀瘜W(xué)儲能？儲能電池與電動車動力電池有何區(qū)別？
一套電化學(xué)儲能系統(tǒng)的價值鏈分析
01 儲能為什么大爆發(fā)？
要想理解為什么儲能會爆發(fā)，需要先理解電網(wǎng)。
電的速度很快，以光速傳送，所以發(fā)電、輸電、配電，需要在瞬時同步完成，整個電力系統(tǒng)時刻處于一個動態(tài)的平衡狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)正常運行時，發(fā)電機發(fā)出的有功功率，和負載消耗的有功功率，是相平衡的，整個系統(tǒng)的頻率維持在額定值。
當(dāng)電源功率大于負荷功率時，系統(tǒng)頻率升高，反之則降低。因此電網(wǎng)需要通過一次調(diào)頻、二次調(diào)頻等手段，保證頻率在合理范圍內(nèi)，否則會發(fā)生頻率崩潰，造成大面積停電，就像本文一開始英國2019年大停電那次事故一樣。
電力系統(tǒng)有很高的穩(wěn)定性要求。
但風(fēng)電、光伏等新能源，一個致命弱點就是具有很強的間歇性和波動性。對于風(fēng)電來說，萬一某一時段風(fēng)力變?nèi)趿?，甚至沒風(fēng)了怎么辦？對于光伏來說，萬一某一個月經(jīng)常下雨，沒有太陽怎么辦？并且一般光照都是在正午最強，晚上最弱，其發(fā)電功率也是波動的。
這種不穩(wěn)定是電網(wǎng)的噩夢，必須通過其他方式來進行調(diào)峰。新能源這種忽大忽小的電力供應(yīng)，例如風(fēng)電日波動最大幅度可達裝機容量的80%，會令整個電網(wǎng)變脆弱，如果遭遇極端天氣，電網(wǎng)崩潰風(fēng)險很大，這在美國和歐洲都發(fā)生過，以至于風(fēng)電和光伏一度被電力人士稱為“垃圾電”。
在這種高波動性下，如果沒有儲能，像青海、內(nèi)蒙等地的風(fēng)光電，在光照或風(fēng)力充足的情況下，發(fā)了很多電卻用不完，就面臨很高的棄光、棄風(fēng)率。
國際能源署（IEA）曾給出一個指導(dǎo)意見，把電網(wǎng)吸納間歇性可再生能源（風(fēng)電、光伏）的比例劃分了四個階段：
第一階段：低于3%，對于電網(wǎng)運行基本沒有影響。
第二階段：在3%-15%之間，對電網(wǎng)沖擊較小，可通過預(yù)測間歇性可再生能源機組發(fā)力，以及加強調(diào)度的方式，平抑波動性和間歇性。
第三階段：在15%-25%之間，對電網(wǎng)沖擊較大，此時電網(wǎng)靈活性要求大大增加，短期內(nèi)需要增加調(diào)頻電站，中長期需引入儲能。
第四階段：在25%-50%之間，電網(wǎng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，部分時段100%電力由間歇性可再生能源提供，所有的電廠都必須配置儲能靈活運行，以應(yīng)對電源端和負荷端的隨機變化。
打個比喻，電網(wǎng)就像一條大河，如果只有1-2條小支流匯入的時候，對大河整體的水流量沒有太大影響，對水面起伏也沒有太大影響。但當(dāng)支流越來越多，并且有時候一些支流有水、有時候沒水的時候，河流主干道的水位起伏變化就大了，就必須進行調(diào)節(jié)。當(dāng)新能源占比超過15%以上時，用儲能技術(shù)來“削峰填谷”就勢在必行。
特別是在電動車占比越來越大的情況下，充電樁的數(shù)量還會高速增長，在充電高峰對大電網(wǎng)的沖擊也會比較大，配備一個像蓄水池一樣的緩沖儲能系統(tǒng)，也是發(fā)展國內(nèi)儲能業(yè)務(wù)的主要推動力之一，它與電動車保有量密切相關(guān)。
國內(nèi)儲能的大爆發(fā)，來源于政策變化。在碳中和、提升能源自給率的大背景下，國家能源局在《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項的通知》中，計劃2030年風(fēng)電光伏裝機總?cè)萘繉⑦_到12億千瓦，而截至2020年底，風(fēng)光總量不過6.3億千瓦，這一目標(biāo)意味著在未來10年中，風(fēng)電與光伏要各新增3億千瓦。
而對于配套的儲能行業(yè)，自2020年開始有密集政策出臺，特別是2021年至今有很多具體落地的政策發(fā)布，包括強制光伏、風(fēng)電配儲政策，要求新增裝機必須配置15-20%的儲能。這個比例是根據(jù)光伏電站在夜晚功率曲線下降、或是風(fēng)力減弱的情況下，還要繼續(xù)保證2小時的電力輸入計算得出的。
根據(jù)國家電網(wǎng)的測算，2035年前，風(fēng)、光裝機規(guī)模分別將達到7億、6.5億千瓦，全國風(fēng)電、太陽能日最大波動率預(yù)計分別達1.56億、4.16億千瓦，大大超出目前調(diào)節(jié)能力，迫切需要重新構(gòu)建調(diào)峰體系，以具備應(yīng)對新能源5億千瓦左右的日功率波動的調(diào)節(jié)能力。
一方面，儲能可通過削峰填谷，解決峰谷時段發(fā)電量與用電負荷不匹配；另一方面，可以參與提供電力輔助服務(wù)，解決風(fēng)光發(fā)電的波動性導(dǎo)致的電網(wǎng)不穩(wěn)定。此外，靈活配置的儲能系統(tǒng)，還可以增加電量本地消納，減少輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本。
綜合來看，強制配儲將成為短期發(fā)電側(cè)的爆發(fā)增長點。在電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)，政策驅(qū)動下的儲能需求也會穩(wěn)步推進，峰谷電價和地方補貼等等，都對工業(yè)和戶用儲能有積極推動作用。
02 有哪些新型儲能方式？
由于電力即發(fā)即用的特性，儲能就是把電能通過物理或者化學(xué)介質(zhì)，轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。
所以儲能方式五花八門，主要的包括抽水蓄能、電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、熔融鹽儲能、電磁儲能、氫能儲能等等。
歷史最為悠久、技術(shù)最為成熟的儲能方式是抽水蓄能。它其實非常簡單，就是把多余的電力輸入抽水機組，利用水壩的高低差，把水從低位抽到高位。當(dāng)需要用電時，再開閘放水發(fā)電。它所能儲備的電量非常大。
從2000年到2020年，抽水蓄能占到全球累計裝機量的90%。之所以能占這么大比例，關(guān)鍵在于它的經(jīng)濟性。雖然抽水蓄能的投入非常大，一般是30-50億起步，也需要5-8年建成，相當(dāng)于修建一個小型水庫，但它的生命周期遠超過其他儲能方式，高達50-60年的應(yīng)用期限，并且抽水蓄能的放電量都是吉瓦時級別，可以實現(xiàn)長時儲能和4-7小時的放電，整體成本最具經(jīng)濟性。
但抽水蓄能有一個致命弱點——必須尋找水資源和地理結(jié)構(gòu)合適的地方，如果想系統(tǒng)性布局，很多省份和城市并不具備相應(yīng)的條件。
在新能源并網(wǎng)占比比較低的時候，利用低成本的抽水蓄能為火電配套是非常不錯的方案，但當(dāng)新能源占比超過15%以上的時候，就需要一種選址靈活、單體投入成本較低、建設(shè)周期更短、經(jīng)濟性也不錯的方案。
在所有新型儲能方案中，最為耀眼的明星就是電化學(xué)儲能，這也是我們最看好的儲能方式之一，我們會在下一節(jié)詳細分析。除了電化學(xué)之外，我們先簡單介紹幾種還未大規(guī)模商業(yè)化，有些仍處于試驗階段的新型儲能方式：
壓縮空氣儲能：目前體量還非常小，它的工作邏輯是在用電低谷期，把過剩電能將空氣壓縮至高壓，存到儲氣室中，也就是將電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能儲存起來。當(dāng)需要用電時，高壓空氣從儲氣室釋放進入燃燒室，利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動燃氣透平發(fā)電。在實際應(yīng)用中，為了節(jié)約儲氣室的建設(shè)成本，經(jīng)常是去尋找礦洞來作為天然的儲氣室，這也會受制于地理結(jié)構(gòu)。壓縮空氣的能效比較低，只有65-75%。截至2021年底，壓縮空氣儲能在全球新型儲能裝機規(guī)模中，占比為2.3%，商業(yè)推廣目前比較少。
飛輪儲能：目前是一個研究重點，但應(yīng)用場景較小。飛輪儲能是通過低摩擦環(huán)境中，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來存儲動能。在“充電”時，電動機會發(fā)動將飛輪加速，將電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存；當(dāng)需要用電時，飛輪轉(zhuǎn)速下降，透過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能給外部供電。整個飛輪儲存裝置是在封閉殼體中，一般是通過磁懸浮技術(shù)或真空環(huán)境，以減少阻力，保護轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高速運轉(zhuǎn)。飛輪儲能的優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)換效率高（高達90%），響應(yīng)速度快（適合于電網(wǎng)調(diào)頻場景），但缺點也非常明顯，可容納電量比較少，并且造價很高，還面臨很多技術(shù)性難題，比如怎么設(shè)計高強度飛輪轉(zhuǎn)子？如何設(shè)計制造復(fù)合軸承？真空狀態(tài)下的電機及軸承如何高效冷卻？……
超導(dǎo)磁儲能：還處于研究階段，短期難以商業(yè)化。工作邏輯是利用超導(dǎo)線圈直接存儲電磁能，它的功率密度高，響應(yīng)速度很快，轉(zhuǎn)換效率也很高，但受限于價格昂貴的超導(dǎo)材料和低溫制冷系統(tǒng)。
熔融鹽儲能：目前占比還很小。熔融鹽是將鹽升溫到熔點之后，形成的一種熔融態(tài)液體，基本都是由無機鹽構(gòu)成的熔融體。工作原理是將多余電能，把熔鹽的溫度增至500 ℃，再存貯至高溫熔鹽罐中，到用電高峰再把高溫熔鹽從罐內(nèi)取出，在熔鹽換熱器內(nèi)實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)換來對水與空氣進行加熱，釋放熱能進行使用。與過去的高溫導(dǎo)熱介質(zhì)相比，熔融鹽的高溫穩(wěn)定性比較好。這種方式主要用于冬季供暖。
氫儲能：目前爭議還很大的一種技術(shù)路徑。工作邏輯是通過電解水制氫，將多余的電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來。氫作為儲能介質(zhì)，還可以直接用于燃料電池。但目前大規(guī)模制氫的技術(shù)還不夠成熟，能耗很高，以及配套的氫儲運技術(shù)也不夠成熟，能利用氫能的場景也比較少。
雖然儲能技術(shù)路徑眾多，但除了抽水蓄能與電化學(xué)儲能外，其他路徑無論在成本還是技術(shù)成熟度上，都還不足以大規(guī)模商業(yè)化，很多仍處于小規(guī)模實驗性階段。
在2021年中國儲能新增裝機量中，總規(guī)模5.73吉瓦（GW，1吉瓦=1000兆瓦=100萬千瓦），89.7%為鋰離子電池，即電化學(xué)儲能。
2022年3月，國家發(fā)改委和能源局發(fā)布《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，提出到2025年，新型儲能具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件，其中電化學(xué)儲能系統(tǒng)成本，要較2020年末降低 30%以上，可見電化學(xué)儲能備受各方期待。
下面，我們就來著重分析一下電化學(xué)儲能：
03 我們?yōu)槭裁纯春秒娀瘜W(xué)儲能？
儲能電池與電動車動力電池有何區(qū)別？
在新型儲能技術(shù)路徑中，電化學(xué)儲能是最耀眼的明星，也是我們最看好的儲能方式之一。
電化學(xué)儲能本質(zhì)上就是把電能儲存成化學(xué)能，再用化學(xué)電池的機制放出來，放到電網(wǎng)中變回電能。電化學(xué)儲能包括鋰離子、鈉離子、液流等等形式，其中鋰離子最為成熟，鈉離子和液流還有待技術(shù)研發(fā)。
電化學(xué)相對于抽水蓄能來說，最大的優(yōu)勢就在于靈活。它可以在小型工商業(yè)或者家庭周邊建立小型儲能站，也可以建到大規(guī)模的廠站級別，比如在沿海的風(fēng)電站或沙漠中的光伏電站附近。
電化學(xué)儲能中最具商業(yè)化潛力的，就是鋰離子電池。鋰電池已經(jīng)發(fā)展多年，隨著電動車的普及，無論是技術(shù)成熟度還是成本，都達到每年幾百吉瓦時級別的量產(chǎn)，使儲能電池的成本從原來的3元左右一瓦時，降至現(xiàn)在的1.5元左右一瓦時。
那么，鋰離子儲能電池與電動車的動力電池有何區(qū)別？
在原材料和生產(chǎn)線方面，兩者原材料近似度很高，大部分情況下能夠共用生產(chǎn)線，但在其中的添加劑和工藝上會有稍許不同。從量產(chǎn)角度來說，這是鋰離子儲能電池的優(yōu)勢，也是中國發(fā)展電化學(xué)儲能，同時與電動車爆發(fā)雙輪共振的核心優(yōu)勢。
不過從研發(fā)角度來說，兩者在循環(huán)壽命和能量密度方面要求不太一樣。儲能電池要求高循環(huán)壽命和安全性，而對能量密度沒有太高要求，但動力電池對能量密度要求高。這個差異使得儲能電池幾乎全部是磷酸鐵鋰，而不用三元材料。
基于這種需求上的差異，在BMS（電池管理系統(tǒng)）上會有不同側(cè)重。雖然儲能電池的BMS與動力電池類似，但動力電池安裝在高速運動的電動汽車上，對電池的功率響應(yīng)速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計算數(shù)量，有更高的要求，這些調(diào)節(jié)都需要通過BMS實現(xiàn)。
而儲能電池由于充放電更為頻繁，需要側(cè)重循環(huán)壽命。磷酸鐵鋰儲能電池的循環(huán)次數(shù)一般是6000次起，甚至到8000次。而動力電池的壽命一般是2000-3000次。從電池結(jié)構(gòu)來看，由于正負極壓實密度、水分、涂布膜密度等因素，會影響電池循環(huán)壽命，這些工藝會有稍許不同。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，兩者的上游幾乎相同，差異主要在產(chǎn)業(yè)鏈下游。動力電池是供應(yīng)主機廠，由于主機廠集中度較高，所以是大B銷售的邏輯，比如電池廠簽約了小鵬、理想或特斯拉，基本上可以保證未來幾年的供貨鎖定期。
但儲能電池主要賣給集成商，中間就有了分銷，并且儲能電池需要結(jié)合項目開發(fā)周期，會有更多的不確定性，所以基本上是根據(jù)訂單來生產(chǎn)。
綜合來看，鋰電池自身的響應(yīng)速度是毫秒級，能源轉(zhuǎn)化率能達到85-95%，所以對功率型和電網(wǎng)側(cè)儲能都是適用的。再基于它的靈活性，其在電力系統(tǒng)的發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)都可以根據(jù)需求靈活部署：
發(fā)電側(cè)：可提高發(fā)電的穩(wěn)定性，包括電力“削峰填谷”、減少棄風(fēng)棄光；
電網(wǎng)側(cè)：可降低輸電的成本，以及調(diào)頻、備用容量等，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性；
用電側(cè)：可通過峰谷電價差套利，減少企業(yè)和用戶用電成本，以及容量費用管理、自發(fā)供電等。
對于電化學(xué)儲能的另兩種方式，鈉離子電池與液流電池，也是如今重要的潛在方向。
鈉離子電池正處于加緊研發(fā)階段，它的工作原理與鋰離子電池相似，改變的是依靠鈉離子在正極和負極之間移動來運作，替代了鋰離子。
它的優(yōu)勢在于鈉元素在自然界中大量存在。像食用鹽的氯化鈉就是，鈉基本隨處可得，是地球上的第五大元素，而鋰開采資源有限。并且鈉離子電池的低溫性能更好，充放電性能也維持得比較穩(wěn)定，比鋰離子電池具有優(yōu)勢。
但鈉離子電池的缺點在于能量密度低，比鋰離子電池低3倍左右，所以一個單體電池在同樣容量的情況下，鈉離子電池的體積要大最少3倍。
在目前的技術(shù)水平下，鈉離子電池可能成本更高。因為鋰離子能量密度高，結(jié)構(gòu)件就少，比如裝Pack、裝插箱等等，一個集裝箱下來，鋰離子電池例如裝了3-4 MWh，但是鈉離子電池可能只能裝1 MWh左右。鈉離子電池就需要更多的集裝箱、配更多的電器連接件，以及PCS等等，綜合算下來整個系統(tǒng)集成成本更高。
鈉離子電池的另一個缺點，在于它的循環(huán)性能不夠好。鋰離子儲能電池可以做到7000-8000次，但是鈉離子現(xiàn)在還很難超過3000次，如果單體電池不超過3000次，那模塊組合后可能更低，這也是鈉離子的核心研發(fā)挑戰(zhàn)。
不過寧德時代正在這方面率先嘗試，不僅在推進鈉離子儲能電池，也在電動車動力電池中，嘗試研發(fā)一種Pack組合方式，一層鋰離子電池疊一層鈉離子電池，這樣能夠中和鋰離子電池低溫時表現(xiàn)不佳的問題。
對于釩液流電池，則是更遠期的研發(fā)目標(biāo)。釩液流電池的技術(shù)路徑完全不同于鋰離子、鈉離子電池，而是與氫燃料電池原理類似，它是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池，它的工作原理是通過釩化合價的變化，來實現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。
釩液流電池存在體積大，不易搬運的缺點，但優(yōu)點也十分突出，主要是使用壽命長（循環(huán)次數(shù)20000次以上，壽命25年以上）；電解液可循環(huán)使用；電池容量可擴充性強（可以通過增加電解液儲存器體積增加容量），可用于建造千瓦級到百兆瓦級儲能電站；安全性好等等，釩液流電池的這些特性十分適合作為長時儲能電池。
釩液流電池也被國家發(fā)改委、國家能源局認定為十三五期間重點發(fā)展，并進行應(yīng)用推廣的重點技術(shù)之一。但由于目前技術(shù)還不夠成熟，造價和運維成本仍然較高。
除了全釩液流電池，成本更低的鐵鉻液流電池，也有望成為液流電池的主流路線之一。鐵鉻液流電池以原料豐富且價格低廉的鐵離子和鉻離子為活性物質(zhì)，當(dāng)儲能時長越長，鐵鉻液流電池的成本優(yōu)勢越明顯。
鐵鉻液流電池的優(yōu)勢明顯：綠色安全、低毒性與腐蝕性、運行溫度區(qū)間比較大、電解液原材料資源豐富、價格低廉等等。另一方面，鐵鉻液流此前也存在鉻活性偏低和容易析氫等問題，但是基于長時儲能的迫切需求，國內(nèi)外團隊都在加速突破這些問題，并取得一些不錯的成果。
綜合來看，我們認為鋰離子電池（以磷酸鐵鋰為主）依然會是未來5-10年電化學(xué)儲能的主流路徑。如果從整體占比來看，抽蓄在2020年高達95%左右，電化學(xué)在剩下的5%中占據(jù)大頭。但未來在整個儲能市場變大的同時，電化學(xué)占比會逐年升高，以每年新增占比2-3%的速度增長，到2025年占比可能達到15%左右。
當(dāng)然無論是哪一種儲能技術(shù)，因為儲能本身不生產(chǎn)價值，而是一種存儲介質(zhì)，最關(guān)鍵的因素還是經(jīng)濟性，下面我們就來分析一套電化學(xué)儲能系統(tǒng)的典型價值鏈?zhǔn)窃鯓拥摹?/p>
04 一套電化學(xué)儲能系統(tǒng)的價值鏈分析
一套典型的儲能電池系統(tǒng)，主要包括了電池、PCS變流器、BMS 電池管理系統(tǒng)、EMS溫控系統(tǒng)等核心環(huán)節(jié)。
前面的電池環(huán)節(jié)屬于電化學(xué)，后面的都屬于電子電氣。其中電池占據(jù)整個價值鏈的核心，50-60%的成本都在電池。剩下的PCS 20%左右、BMS 8%左右、EMS3%左右，剩下的是電纜、控制柜、集裝箱等工程成本。
電池需要技術(shù)沉淀和積累，小批量生產(chǎn)時很多問題不容易暴露，但在大規(guī)模出貨時，對一致性要求非常高，比如當(dāng)上萬顆電芯組合在一起時，需要保持每一個的內(nèi)阻等各種各樣的參數(shù)在合理范圍內(nèi)，維持穩(wěn)定狀態(tài)。技術(shù)水平與質(zhì)量的差異，在第7-10年時會有明顯差別。
一個典型的電化學(xué)儲能系統(tǒng)是：
首先，不同的電芯通過并聯(lián)，形成一個模組，模組包在外殼中，外殼會安裝散熱系統(tǒng)，比如風(fēng)冷系統(tǒng)會裝上風(fēng)扇，把熱風(fēng)抽出來，也會裝上一些 MSD（斷路開關(guān)），以保護電池安全。
眾多模組會插在一個電池插箱里，電池插箱會裝有電池管理單元，它會監(jiān)測和管理整個模組電池的溫度、電壓以及電流狀態(tài)。
然后，眾多電池插箱會搭上一個電池架串聯(lián)在一起，形成大的電池簇，一個常規(guī)電池集裝箱會裝15-20個電池簇，每個電池簇之間再進行串聯(lián)。在電池集裝箱層面，會形成BMS電池管理系統(tǒng)和EMS溫控系統(tǒng)。同時，在每個電池集裝箱中，還會配置一個消防系統(tǒng)。
最后，每個電池集裝箱都是直流輸出，形成匯流，其中會經(jīng)過PCS儲能變流器，讓直流電變交流電，再經(jīng)過升壓、變壓裝置，把交流電從1000 V或1500 V，升到35 kV或110 kV，以匹配電網(wǎng)接入點的電壓等級。
由于PCS環(huán)節(jié)與光伏電站有類似之處，所以很多儲能變流器廠家，都是從光伏逆變器轉(zhuǎn)變而來。不過儲能與光伏、風(fēng)電所需并不完全一樣，光伏與風(fēng)電主要是逆變器，是從直流變交流，然后就上電網(wǎng)了。
但儲能既是一個電源點，又是一個負荷，需要雙向，不僅僅是逆變器實現(xiàn)的從直流變交流。主要的差異在軟件算法，和需要加一個小型微單機的能源管理系統(tǒng)，來適應(yīng)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安全，保證頻率品質(zhì)。
目前，由于PCS賽道的集中度并不高，這一點與電池不同，電池廠商的規(guī)模效應(yīng)非常明顯，能不斷降低成本。PCS是一個電氣化產(chǎn)品，本身不需要像電池那么大的產(chǎn)能投入，反而需要更好的靈活度，所以有很多品牌在群雄逐鹿，在用戶側(cè)、工商業(yè)的儲能中，都會有很多應(yīng)用。
對于BMS（電池管理系統(tǒng)）來說，也是電池綜合效率非常重要的一環(huán)。例如特斯拉的電池包配電容量不是最高的，但因為BMS優(yōu)化的足夠好，所以仍然能實現(xiàn)比較高的續(xù)航里程，并且對電池壽命保障比較好。BMS能監(jiān)控每一個電池單元的溫度、電流、電壓、內(nèi)阻等情況，保證其在穩(wěn)定合適的環(huán)境下運作，避免電壓不均衡和不一致性帶來的減損效率甚至熱失控風(fēng)險，儲能電池也是同樣的道理。
對于EMS（溫控系統(tǒng)）來說，由于涉及電網(wǎng)調(diào)度，往往需要與電網(wǎng)建立深度聯(lián)系。從技術(shù)路線來說，有的偏向液冷，有的偏向風(fēng)冷，往往是從商用車或數(shù)控機床轉(zhuǎn)型過來，解決方案相對成熟。
最后的環(huán)節(jié)是集成，儲能作為一個終端產(chǎn)品，需要集成商把各環(huán)節(jié)全部整合起來，根據(jù)不同場景來具體配置，一體化和模塊化是大趨勢。
如今，儲能最大的瓶頸在于成本。今年，國家能源局在《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中，設(shè)定了一個重要目標(biāo)——2025年電化學(xué)儲能技術(shù)的系統(tǒng)成本要降低30%以上。以2021年儲能系統(tǒng)平均單價1.49元/Wh計算，降本30%對應(yīng)的單價是1.043元/Wh。
但由于國際環(huán)境動蕩與需求暴增，磷酸鐵鋰的原材料價格也在飆升。降本30%的大目標(biāo)，需要從全生命周期來理解，一方面是新增裝機量大幅提升，規(guī)模效應(yīng)將令成本下降；另一方面在于循環(huán)壽命，如果能夠從5000次增加到1萬次，度電成本也會大幅下降，抽水蓄能之所以便宜，也是因為使用期限非常長。
如今，新型儲能正成為新一輪發(fā)展熱潮，國內(nèi)電化學(xué)儲能電池2021年出貨量較2020年增長超4倍。
如果從全球來看也都在高速增長。2021年全球新增儲能規(guī)模10.2吉瓦，同比增長117%。美國、中國和歐洲占據(jù)了全球新增電化學(xué)儲能市場份額的80%以上，這是一個全球性的大機會。2022年無疑會迎來更高速的爆發(fā)期。
新型儲能不僅與光伏、風(fēng)電聯(lián)動，儲能電池與電動車動力電池也會形成產(chǎn)業(yè)共振。當(dāng)電動車保有量達到現(xiàn)在的3-5倍規(guī)模時，對儲能的驅(qū)動力會非常強。因為在充電高峰，對大電網(wǎng)的沖擊也會比較大，需要配備像蓄水池一樣的緩沖儲能系統(tǒng)。
從技術(shù)路徑來看，抽水蓄能依然會占據(jù)大頭，以磷酸鐵鋰為主的電化學(xué)儲能會快速上升，但最終肯定會形成多種儲能技術(shù)路線并存的狀態(tài)，鈉離子電池、液流電池、飛輪儲能等等也會占據(jù)一席之地。
在儲能系列的下一篇里，我們將分析誰來為儲能買單，包括國內(nèi)三大市場——電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)的具體經(jīng)濟性測算和潛在市場增量，以及海外儲能的市場機會。如果您在儲能領(lǐng)域從業(yè)或創(chuàng)業(yè)，也歡迎與我們深度交流。
參考資料
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天風(fēng)證券：鋰電儲能應(yīng)用場景、經(jīng)濟性與中期空間探討
東方證券：儲能市場加速開啟，商業(yè)模式未來可期
中信證券：變革開啟，儲能加速
招銀國際：東風(fēng)將至，快速上行賽道潛力巨大
東吳證券：聚勢前行，如日方升，開啟萬億藍海新篇章
華創(chuàng)證券：儲能行業(yè)系列報告一：新能源行業(yè)的下一個千億級賽道
民生證券：電化學(xué)儲能行業(yè)深度研究報告：能源革命下一站，征途是星辰大海
中國電力科學(xué)研究院：英國“8·9”大停電事故分析及對中國電網(wǎng)的啟示
中國科學(xué)院工程熱物理研究所：2021年中國儲能技術(shù)研究進展
中國科學(xué)院電工研究所：儲能的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所：能源革命中的電化學(xué)儲能技術(shù)
清華大學(xué)：面向高比例可再生能源電力系統(tǒng)的季節(jié)性儲能綜述與展望