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儲能:新型電力系統關鍵配套,市場漸入佳境

來源于:中國投資咨詢 日期:2023-06-02

新型儲能包括除傳統抽水蓄能外的眾多技術路線,針對風、光發電中的間歇性、不可控問題,發揮以高經濟性的方式維持電力供需平衡、維護電網穩定的作用,是新型電力系統的必要配套。隨著風、光發電占比的不斷提升,我國新型儲能裝機量增長迅速,目前以鋰電技術為主。隨著有關政策的不斷完善和市場動態的不斷演進,未來,我國新型儲能將呈現技術路線多樣化、監管標準完善化、運作主體多元化、商業模式共享化等發展趨勢。

一、電力儲能是構建以風、光發電為主體的可再生電力系統的必要配套

電力儲能是將電能轉化為可儲存形式、使之可跨時間、跨空間靈活調配的技術工具,從而有效解決電能供給和需求的空間不匹配、時間不同步的問題。

傳統電力系統中,火力發電(即燃燒煤炭、天然氣、石油、生物質等碳燃料)可進行靈活的出力調節,同時水力和核能發電可保障較均衡穩定的發電輸出,因此電力系統的供需平衡較易達成、電力儲能需求不高。

近年來,出于減少碳排放量和提高能源自給率兩方面原因,我國大力推動風力發電、光伏發電的建設和普及。根據國家統計局、中電聯數據,2012年至2022年,我國風、光發電量占比從2%提高至13.5%、裝機量占比從6.2%提升至29.6%。根據全球能源互聯網發展合作組織預測,2030年我國風、光發電裝機量將達2022年的2.4倍、占比增長至48%,屆時風、光發電量占比也將超20%。

中國風、光發電量及占比(單位:億千瓦時,%)

 

資料來源:國家統計局,中電聯,中國投資咨詢整理

中國風、光裝機量及占比(單位:萬千瓦,%)

 

資料來源:國家統計局,中電聯,全球能源互聯網發展合作組織,中國投資咨詢整理

隨著風、光發電占比的不斷提升,電力儲能越發成為新型電力系統的必要配套。風、光發電量幾乎完全由自然環境決定,存在不可控、波動大、出力規律與電力需求錯位的問題,其大規模并網后,會對電網運行效率和安全造成沖擊。對此,電力儲能能針對毫秒至分鐘范圍的電力供需錯位,進行瞬時的精準調頻,從而延長電力系統使用壽命;同時針對半小時至十數小時范圍的電力供需錯位,進行“削峰填谷”的調峰,從而降低風、光棄電量,有效降低電力系統的負荷峰谷差,并滿足電網尖峰負荷的需求。

國家及地方積極出臺鼓勵性政策,從總體綱要、政策要求、機制改革等多方面推動新型儲能發展。2022年3月,國家發改委、能源局發布《“十四五”新型儲能發展實施方案》,明確提出“新型儲能是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備,是實現碳達峰碳中和目標的重要支撐”,目標“到2025年,新型儲能由商業化初期步入規?;l展階段,具備大規模商業化應用條件”,包括技術創新能力顯著提高、核心技術裝備自主水平大幅提升、標準體系基本完善、產業體系日趨完備、市場環境和商業模式基本成熟等方面,到2030年,目標實現新型儲能“全面市場化發展”。2023年4月,中央政治局會議提出“加快推進充電樁、儲能等設施建設”。近年來,各部委、地方積極出臺政策,從提出新能源項目配儲要求、完善相關市場機制、提高政策補貼等多方面推動新型儲能發展。

二、新型儲能裝機規模增長迅速,包含多種技術路線,目前實際應用以鋰電池為主

新型儲能即除抽水蓄能外的儲能技術,從原理上可分為電化學儲能、機械儲能、電磁儲能等主要類別。電化學儲能包括鋰離子電池、鈉離子電池、鉛蓄電池、液流電池等;機械儲能包括飛輪儲能、壓縮空氣儲能、重力儲能等;電磁儲能包括超導儲能、超級電容。

各新型儲能技術路線的性能及用途各有所長。電化學儲能的響應速度、存儲電量、放電時長較為靈活,用途較廣泛,可針對各個規模的儲能配套需求、在調峰、調頻等各類應用發揮作用,占地規模適中,但存在一定安全隱患;機械儲能中,壓縮空氣儲能、重力儲能的存儲電量、放電時間較長,但響應時間較慢,主要用于較大規模儲能配套需求的在調峰類應用,且建設條件有一定限制,主要建造于洞穴、有高低差的地形;機械儲能中的飛輪儲能以及電磁儲能具有較快的響應速度,但存儲電量、放電時長不高(毫秒至分鐘級),僅適用于調頻類應用。

全國儲能裝機量穩定提升,新型儲能增長迅速。根據中關村儲能產業技術聯盟CNESA統計,2018年至2022年期間,我國累計儲能裝機量從31.3GW提高至59.8GW,復合增長率17.6%,其中新型儲能占比從3.5%提升至21.9%;同期新增儲能裝機量從2.4GW提升至16.4GW,復合增長率61.7%,其中近年來新型儲能占比在40%以上。根據CNESA保守估計,新型儲能累計裝機量將在2022年至2027年間從13.1GW提升至97GW,復合增長率49%,同期新增裝機量將從7.4GW提升至32GW,復合增長率34%。

中國累計儲能裝機量及新型儲能占比(單位:吉瓦,%)

 

資料來源:中關村儲能產業技術聯盟CNESA,中國投資咨詢整理

中國新增儲能裝機量及新型儲能占比(單位:吉瓦,%)

 

資料來源:中關村儲能產業技術聯盟CNESA,中國投資咨詢整理

中國新增新型儲能裝機量(單位:吉瓦)

 

資料來源:中關村儲能產業技術聯盟CNESA,中國投資咨詢整理

鋰電儲能占據當前新型儲能的主導地位。目前,鋰電儲能因技術及產業鏈最為成熟且用途較為多樣化,在新型儲能裝機量中占據主導地位。根據中關村儲能產業技術聯盟CNESA統計,截至2022年底,電化學儲能占據全國累計、新增新型儲能裝機量的98.3%、99.7%,其中鋰電儲能占據全國累計、新增新型儲能裝機量的94%、97.4%,其他具備一定裝機量的技術包括鉛蓄電池、液流電池、飛輪儲能等。

中國新型儲能累計裝機量結構(單位:%)

 

資料來源:中關村儲能產業技術聯盟CNESA,中國投資咨詢整理

三、新型儲能以高效維持電力供需平衡為核心,貫穿發電側、電網側、用戶側三端發揮作用

電力儲能系統以維持電力供需平衡、提升風、光發電可消納性及電網投資經濟性為核心,針對電源側、電網側、用戶側三端主體的調峰調頻服務需求、市場機制及用戶特性分別提供對應服務。根據中關村儲能產業技術聯盟CNESA統計,2021年我國新增新型儲能項目在電源側、電網側、用戶側分別占比41%、35%、24%。

發電側儲能:平滑電力輸出、解決棄風棄光。其主要為風、光發電站所配備的自有儲能,用于促進可再生能源吸納、減少棄電,以及平滑出力波動、實現調頻。在我國,風、光發電配儲存在政策的強制要求,目前全國已有近30個省份出臺有關新能源強制配置儲能的政策文件,配儲占比要求多為10%-20%、配置時間多為2-4小時,滿足相關要求的發電項目更易獲得并網指標。同時,亦有發電側儲能配備于火電聯合調頻,相比通過火電機組自身進行調頻,能夠顯著減少響應時滯、加快負荷爬坡速率、提高調節精度。

電網側儲能:高效率提高電網運行的穩定水平。其主要作為輸配電網的配套設施,為電網運行起到輔助功能,包括針對可再生能源并網所造成的的電力間歇性問題,參與調峰、調頻以平衡負荷;針對發電高峰期的電網阻塞問題,提供電能儲存、減少電量損失,延緩輸配電設施的投資擴容;在電網發生停電事故時提供備用電源,進行黑啟動,相比傳統的火電冗余容量黑啟動減少了大量投資、維護費用。

工商業用戶側儲能:配套自有發電裝置,降低用電成本。其為工商業主體為自身用電需求而配備儲能,大多與其自有分布式光伏發電系統形成配套。我國居民電價受政策補貼、較為低廉,用戶側的自有配電需求以工商業為主。工商業儲能主要用途為針對自身需求的削峰填谷,在電價較低的時段或自有發電供大于求的時段儲存電力,以在用電高峰時使用,從而降低總體用電成本、提高電力自用比例。

四、新型儲能將呈現技術路線多樣化、監管標準完善化、運作主體多元化、商業模式共享化的發展趨勢

技術路線上,以鋰電池為主導,呈現“眾星拱月”、百花齊放格局。目前,國內外新型儲能項目以鋰電池為絕對主導,但鋰礦屬稀缺資源,隨著鋰離子動力電池、儲能電池產量的快速增加,鋰礦的價格存在上升可能,對鋰電儲能的經濟性、供應鏈穩定性造成重大壓力。同時,其他技術路線逐步邁入商業化階段,有望在各自領域發揮性能優勢,如重力儲能、壓縮空氣儲能在有著建設條件的地區發揮大容量、長時段儲能優勢,鈉離子電池依托可得、廉價的鈉礦資源優勢和與鋰電池相似的生產流程,發揮自身經濟性優勢等。

監管標準上,逐步完善質量標準和監管政策。目前,我國新型儲能行業的質量標準與監管政策有所缺失。同時,近年來儲能設備市場入局者甚眾。根據中電聯,我國2022年新成立儲能企業3.8萬家,是2020年的10倍、2021年的近6倍。魚龍混雜下,大量中小企業以低價競爭獲取訂單,在一定程度上造成“劣幣驅逐良幣”,破壞市場秩序。同時,儲能行業屬于安全隱患較大的行業。2021年4月,北京大紅門儲能電站出現起火爆炸事故。2022年以來,我國出現逾20起儲能相關事故。未來,我國將逐步完善質量標準和監管政策,引導行業優勝劣汰、高質量發展。

運作主體上,儲能投資運營主體進一步多元化。2022年來,儲能領域成為全國投資熱點之一,投資主體也出現了多元化,包含傳統的能源電力企業與儲能設備企業依托技術優勢向下游延伸、房地產企業投資儲能企業以實現多元化布局和與自身物業管理的協同、家電企業投資儲能企業以完善對家庭和工商業用戶的產品解決方案等。各界主體的踴躍投資,不僅從資金來源上促進了儲能產業的發展,也有望從運營維護專業化、產品布局多元化的角度促進儲能產業的高質量發展。

商業模式上,獨立儲能通過容量共享,具備經濟性、專業性等優勢。獨立儲能設施由第三方投資運營,可獨立參與電力調度及輔助服務市場,以自身大型容量為基礎,以電網為紐帶,不受地域限制,為發電側、電網側、用戶側的各類主體提供即時的容量服務與電力調配,從而實現儲能資源的共享化,相比發電站自有配儲等一對一模式,能夠顯著提升運營專業性、降低綜合用儲成本,實現儲能利用率及經濟價值的提升。2022年以來,政策大力推動獨立儲能模式的推廣發展,如《“十四五”新型儲能發展實施方案》提出“鼓勵新能源電站以自建、租用或購買等形式配置儲能,發揮儲能‘一站多用’的共享作用”。獨立儲能隨之成為我國儲能的主要投資建設方向之一。根據CNESA統計,2022年獨立儲能項目占全年新型儲能新增裝機量的44%。隨著我國電力市場化改革的不斷推進,價格管制有望進一步復蘇、電力市場有望進一步開放,未來獨立儲能將迎來更大盈利、發展空間。