2023-01-16 10:49·未来智库
（报告出品方/作者：华安证券，张帆） 01 电化学储能系统集成介绍新型储能技术介绍 新型储能技术路线具有多样化 特征。多种新型储能技术正逐 步从示范试验走向商业化应用， 在电力系统各个环节发挥重要 作用。从目前的现状来看，锂电池储 能在规模化发展的新型储能中 占据绝对主导地位。 对比目前抽水储能度电成本， 目前主流的电化学锂电池储能 度电成本降低空间大，储能系 统降本需求旺盛。 电池储能系统介绍 电池储能系统，是一种由蓄电池和并联电压型变流器构 成的能量存储系统，具备快速调节与交流系统间交换 （输出或吸收）功率（有功或无功）的能力。 根据实际应用，电池储能系统主要包含电池、储能变流 器（PCS）、温控系统、消防系统以及管理控制系统和 其他软硬件系统。不同于动力电池系统，储能电池系统在一体化、标准化 等技术方面存在很大优化空间，长寿命、多循环、高安 全、低成本是未来的发展趋势，特别是长时储能亟待发 展。 电池储能系统未来增长趋势 根据CNESA统计，全球新增装机量方面，从2021年新增7GW，预计到2025年全球新增41.3GW，复合 增长率55.85%； 中国新增装机量方面，从2021年新增1.8GW，预计到2025年新增23.3GW，复合增长率89.68%。 根据CNESA统计，2021年中国储能累计装机量为19.5GW，全球储能累计装机量为203.5GW。根据 目前储能系统的市场价格约为1.5元/wh，以及PCS成本占比10%，我们测算2023年储能累计装机量将 达到32.6GW，储能系统国内市场规模将达近千亿元。 电池储能系统政策加持 电化学储能相关国家法律法规政策已经陆续颁布。在接下来政策的指引下，储能行业将迎来大规模发展。 02 电池-储能系统成本核心储能电池产业介绍 电池储能是通过电池、电化学技术存储能量，常用的电池包括锂电池、铅蓄电池、钠电池、液流电池等。 电池储能作为电能存储的重要方式，具有功率和能量可根据不同应用需求灵活配置，响应速度快，不受 地理资源等外部条件的限制，适合大规模应用和批量生产等优势，使得电池储能在新能源领域有着不可 替代的地位。 电池在储能系统中的应用情况 根据工信部最新统计，全行业持续深化创新，先进三元 电池、磷酸铁锂电池单体能量密度分别平均达到 280Wh/kg、170Wh/kg，骨干企业电池系统循环寿命超 过5000次。锂电产品安全标准体系加快完善，《电能储 能系统用锂蓄电池和电池组 安全要求》等安全强标正式 立项，相关公共服务平台不断建立健全。 储能系统在电网的应用目前也逐步完善，根据目前市场 的统计，储能系统中电池成本占比约为60%，成为储能 系统中的成本核心。完整的储能系统集成在新型电力系 统中逐步形成了源-电-荷-储一体化的应用模式，保证了 储能削峰填谷、新能源消纳等作用很好的发挥。 储能锂电池产业链，体系成熟 锂电池经过几十年的发展革新，储能电池逐步形成从上游电池正负极材料、电解液、隔膜，到电芯、电池PACK以及电池簇，到下游 储能电池系统集成的完整产业链。 1) 锂电池正负极材料：目前正极材料主要以钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、三元（NCM/NCA）为技术路径， 其中磷酸铁锂由于其自身安全性能以及循环性能良好的优势，主要应用于储能电池的应用。负极材料主要包括人造石墨、天然石墨为主， 其中目前主流的负极材料是人造石墨。 2) 锂电池电解液：在锂电池中起到正负极之间离子传导的作用，是电池性能保证的关键因素，目前主要以电解质锂盐和有机溶剂为主。 3) 锂电池隔膜：主要是分隔电池正负极材料，防止电池短路，提高离子扩散性的作用，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。 随着目前上游原材料价格的提升，锂电池降本的趋势逐渐明朗。根据目前市场情况，储能锂电芯的价格目前维持在0.8元/kwh左右， 降本空间大。 钠离子电池蓄势待发 储能系统的初始投资成本高是制约储能商业化、规模化应用的主要因素，因此减少设备数量和建设成本，结合大容 量电芯的使用，可以有效的降低初始投资成本。随之带动着储能技术往大容量、系统精细化等方向发展。 目前电芯成本是储能系统成本占比最高的因素，市场上逐步出现成本相对低、原材料丰富的钠离子电池，成为大家 的关注重心。根据各公司公布的投产计划，2023年钠电池产能将达到GWh级别。因其高循环次数、低能量密度的特 性，本身适用于长时储能的要求，未来钠电池在储能领域的应用将得到充足的发挥。 从电池材料来看，碳酸钠价格远低于碳酸锂，根据目前行业材料价格水平，我 们预估钠电池电芯价格目前可以比锂电池低0.1-0.2元/wh。未来在技术的不断 革新推动下，钠电池的成本将有大幅度下降，根据目前锂电芯0.8元/wh的价格 水平，钠电池将有望突破低于0.5元/wh，这对于储能系统整体成本将有一个很 大幅度的降本促进作用，随着未来储能市场的爆发，钠电池将会有一个爆发期。 从储能项目度电成本来看，度电成本LCOS=电力损耗+运维成本+装机成本/循 环次数，参考目前成熟的抽水储能度电成本0.21-0.25元/kWh。 我们假设电力损耗和运维成本基本保持不变，储能系统装机成本和储能电池循 环次数决定了储能度电成本的水平。根据目前市场上1500元/kWh的储能系统 价格，主流的6000次循环寿命的锂电池，装机成本/循环次数=0.25元/kWh；钠 电池在系统价格可以降低300元/kWh，约为900元/kWh，循环次数可达10000次， 装机成本/循环次数=0.09元/kWh。那么钠电池储能系统的度电成本在锂电池 的目前0.6-0.8元/kWh的基础上，最低可达到约0.4元/kWh，在此基础上钠储能 系统将得到蓬勃发展，极大程度上缩短了储能系统降本的时间成本。 03 储能变流器-储能系统技术壁垒储能变流器（PCS）介绍 储能变流器（PCS）是储能装置和电网中间的关键器件，用作控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在 无电网情况下可以直接为交流负荷供电，其成本约为储能系统的10%左右。过去几年，储能业界关注的焦点主要在于 电池技术、电池价格下降幅度以及储能容量的提高。如今全球储能行业持续快速增长，在某些地域市场趋近成熟， 并且重点也从电池硬件转移到储能系统(ESS)的组件，特别是储能平衡系统(BOS)和储能变流器(PCS)。电池逐渐成了 标准化的普通产品，储能变流器PCS在先进系统管理和电网方面的应用逐渐增加。 储能变流器根据不同应用场景可分为家庭户用、工商业、集中式和储能电站四大类，分别对应小、中、大、超大额 定输出功率。储能变流器按照应用场景分类。 储能变流器市场容量 GGII调研显示，2022年，中国储能锂电池产业链规模破2000亿，其中电力储能产业链规模从2021年480亿元，增至 2022年1600亿元，其中PCS增幅达248%。 根据CNESA统计，2021年阳光电源、科华数据、比亚迪PCS全球出货量位居前三位，占据主要市场。 储能变流器作为技术壁垒，是机遇也是挑战 储能变流器作为储能系统充放电开关，是储能系统中的技术壁垒。储能变流器决定了输出电能的质量和 特征，很大程度影响着电池的寿命，目前国内形成了成熟的组串式和集中式成熟的规模化储能变流器产 业链，伴随着储能装机量的提升，行业进入爆发期，各公司百家争鸣，需求的扩张为这个行业带来巨大 红利。同时受限于上游IGBT供应不足，IGBT国产化进程加速，储能变流器行业机遇大增。 04 管理系统-储能系统信息交互中心储能管理系统介绍 储能管理系统，是指为基于磷酸铁锂电池、超级电容等储能元 件经过多串并组合而成的储能模组提供电源管理、保护等功能 的系统。储能管理系统（ESMS）包括但不限于电池管理系统 （BMS）、能量管理系统（EMS）等。 储能管理系统作为储能系统的决策中枢，提高储能系统调度效 率。随着国家源网荷储一体化布局，电网的调度功能也逐渐凸 显，引领电力体系变革。储能管理系统，可以高效的提升系统 集成标准化、一体化，新能源发电并网量的增大，对应的管理 系统需求也日益旺盛，未来增量可观。 储能管理系统对系统BMS、PCS、电表、电芯等进行采集管理 和协调控制，实现实时监控、故障告警等功能，并利用峰谷价 差储能系统低充高放的方式实现电能移峰填谷，为用户节省电 费。 储能管理系统在不同应用场景下发挥重要作用 源网荷储一体化，简单的可以理解为储能在发电侧、电网侧、用户侧的三种应用途径。发电侧配储，主要指为常见 的光伏、风电、水电配储，主要运营模式为电网调峰调频获取收益，同时改善可再生能源“三弃”问题；电网侧配 储，主要的商业模式是将电网一部分容量租给新能源业主，或者参与市场交易；用户侧配储，主要是提高自发自用 水平，或者通过峰谷套利等模式降低用电成本。不管在哪种应用场景下，都需要储能管理系统进行智慧管理和调度， 进而提升储能的利用效率。 基于储能管理系统的AI算法，收集系统数据，制定不同的充放电策略，保证储能的经济性调用。
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发表于 2023-1-22 17:23:08
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