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储能的“另类”技术路线们,真的没有未来?丨行研
2022-08-02 15:00

储能的“另类”技术路线们,真的没有未来?丨行研

文章所属专栏 妙解行业
释放双眼,听听看~
00:00 07:09

出品丨妙投APP

作者丨李赓

头图丨视觉中国



核心看点:

  1. 可再生能源快速点燃新型储能市场,锂电池、液流电池等多种技术路线均受益;

  2. 重点关注具备充足成本降低潜力的技术路线;

  3. 作为优化“补丁”角色存在的储能整体规模有限,重点关注


光伏、风力为代表的可再生能源快速发展,“后知后觉”地将储能行业再次带飞了起来。


7月27日,国家能源局也再次提出促进新型储能发展,要求继续推动新型储能的试点和示范,以及指导各地做好新型储能的转型规划研究。核心的目的就是希望储能环节在可再生能源发展的过程中不要“掉链子”。


在可再生能源对储能提出全新需求的大背景下,各种储能技术路线都获得了市场的高度关注,也引发了市场中关于“储能技术对比下的优劣势以及未来展望”的大讨论。


本文旨在理清储能行业中的技术格局、应用趋势以及很可能忽略的其他情况,从而为大家梳理出储能行业的基本面投资逻辑参考。


被新能源再次点燃的储能前景


储能行业本次获得市场持续关注,与风光等新能源的大力发展有直接的关系。


(数据来源:国家能源局)


以国家能源局公布的2021年全国电力运行数据为例,光伏和风电的装机容量(额定发电功率,也就是正常运行状态下的发电能力)已经双双突破30000亿千瓦时,但在全年的并网发电量上,光伏还不如装机功率1/6于自己的核电,即便将光伏和风电加在一起,也没能追近装机容量同样是“3”字头的水电实际发电量。


差异的核心源头,出在年利用小时上:全年大概8760个小时(按365天来算),光伏利用小时仅为1163小时(13.3%),风电仅为2246小时(25.6%)


差距巨大,并非不想利用,而是光伏和发电本就如此。光伏发电全天算下来,光照时间相当有限,还不算光照角度对发电功率、云层雾气等天气情况的影响;风力发电风速太低了发电效率低,风速太高了需要保护设备,同样不能发电。


发电过程的“不可控”,一直是光伏、风电利用的基本挑战。储能模块的加入,恰好对应上了光伏和风电的这个需求:把可再生能源不稳定的发电倒进“储能”这个大水池,然后在稳定地汇入电网,从而极大地降低了可再生能源并入电网的难度,提升可再生能源的利用率。



我们也可以以实际案例来分析,以网上公开的华电某风电储能项目细节为例,整个风力发电项目中配备了14MWh的储能系统,涵盖三种储能技术产品,整体投资过亿,同时每年还需要运维成本100万。


当下国内多数省份可再生能源的相应规划、建设要求,光伏和风电项目大多会会强制配备建设10%-20%发电功率,时长2小时的储能能力,以保证发出来的电充分消纳(能够并网使用)。按照这个比例计算,可再生能源发电项目的初期建设中,大概有40%-50%实际上都是储能组件的开支。



参考光伏行业的发展预测,到2030年年新增容量有望超过440GW,对应光伏累计新增投资大概10.89万亿(2021-2030),储能大致能分到40%,约4.35万亿元。如果再算上风电,其他可再生能源利用、电网优化利用等用途,整个储能行业在2030年前很有可能会获得近10万亿的新增市场。


锂电池路线重点受益,其他路线关注潜力


在储能市场持续扩大的整体背景下,锂离子电池储能这些年在全行业中的占比快速上升“令人瞩目”。



(数据来源:中关村储能产业技术联盟 CNESA)


2018-2021年这四年,全球储能的净增长近30GW,其中有17.6GW都来自于锂离子电池。包括上文展示的具体风电项目,虽然也装备的液流电池,但整套系统中的锂电池容量仍最大,差不多占到总体成本的70%。




造成锂离子电池“一骑绝尘”的核心原因包括技术和价格,在2018年初到2020年底这段时间里,锂电池基础材料碳酸锂的价格一直在下降,磷酸铁锂材料在基础原料不断降价的基础上,随着产业规模也不断下降。


在成本不断降低的过程中,锂电池的技术其实一直在进步,虽然性能最好的仍然是汽车使用的三元锂电池,但是磷酸铁锂储能电池的性能也在不断提升。


(点击查看大图)


再加上锂电池本身诸多储能性能维度都有‘良好’甚至‘优秀”的表现(装机规模灵活,百兆瓦项目可实现;响应速度快;放电时间长;功率密度高;循环次数基本够用;成本不算特别高),即便其在所有储能技术中最不安全,仍获得了行业的选择。


虽然锂电池的确很强势,但新型储能技术的行业格局远未成为定局。


首先是储能应用的安全考量,今年6月底,国家能源局综合司就发布了《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》,其中特别提到了:为了防止电化学储能电站火灾事故,中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池;选用梯次利用动力电池时,应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。复杂的安全要求,将限制锂电池在一部分储能应用场景中的落地。


其次是全球新能源汽车市场对于锂电池旺盛需求的挤兑,截至发稿,电池级碳酸锂价格仍高达48万/吨,是2020年低点的近10倍。汽车动力电池目前只有锂电池靠谱,不得不选。但储能行业不同,液流电池、铅蓄电池、钠硫电池在装机规模、反应时间、寿命等参数上并不逊于锂电池。只要改善其突出的缺点之后,能够获得产业规模上的增长和单位价格的下降,就能够填补上锂离子电池目前所对应的市场。


总体而言,对于未来成长空间巨大的储能行业而言,技术路线的选择主要遵循两条逻辑:


  1. 储能技术是否具有某项性能尤为突出(如超大规模的抽水蓄能,只有它才能够作为大电网的储能模块),往往有较为明确的使用场景,也就是需求;

  2. 多种性能相对均衡的储能技术(如反应速度还算快、循环寿命有限,造价略贵甚至还有一部分安全稳定的锂电池),只要其产业规模和生产规模足够大,成本降下来了也会获得大规模的应用。


与第一条逻辑对应的路线主要有“超大容量”、“超快响应”两种,超大容量对应抽水蓄能和空气储能。


抽水蓄能的全产业链相对简单,水轮机、发电机、调速系统、变压器、工程建设等大多横跨多个行业多个场景,重点关注终端运营方,如借壳“文山电力”上市的“南方电网调峰调频发电有限公司”。空气储能相对抽水蓄能则要早期上不少,虽然目前国内有几家公司能够进行空气储能的项目建设,但缺乏龙头设备制造方和运营方,只能保持关注。


然后是“超快响应”,主要对应飞轮储能和超级电容两种路线。


飞轮储能主要涉及高精度机械制造,国外产品相对成熟,国内处于起步阶段,目前大部分公司仍在未上市阶段,重点关注行业后续成长;超级电容也处于起步阶段,虽然国内部分厂商已经能够生产超级电容产品,但核心的基材‘超级电容活性炭’仍主要从日本进口,国内部分公司如元力股份、美锦能源已经在进行技术攻关并尝试量产。


最后剩下的就是突出综合性能的电池类技术路线,铅蓄电池的技术潜力基本已经挖掘殆尽,虽然成本相对比较低,但其相对较弱寿命表现,直接影响到了在储能行业中的部署;与之相比,钠硫电池仍处于技术发展的初期,其对于电池工作温度的较高要求(300摄氏度)相对比较难满足,需要从技术上解决应用难题。


钒液流电池是目前电池派技术路线中技术最成熟的存在,而且有容量大、寿命长的特点,唯一的缺点还是在于价格,基本和比较贵的三元锂电池持平,亟待大规模的商业化推进。目前这条技术路线已经被国家发改委、国家能源局认定为十三五期间重点发展并进行应用推广的重点技术之一。行业内的重点公司如大连融科、北京普能、上海电气储能科技暂未上市。投资者可以先期重点关注液流电池核心材料标的,如攀钢钒钛。


写在最后


基于可再生能源未来高速发展的必然趋势,储能行业的增长同样确定性极高。目前来看,锂电池凭借自身出众的综合性能和先一步凭借汽车发展起来的产业规模,占据了近几年储能行业的最大增量,在未来几年也很可能会继续保持。


关注锂电储能方向的投资者,可以移驾妙投董必政老师的新文章《锂电储能正在异军突起,哪些赛道值得关注?| 行研》,其中已经详尽地介绍了相关投资逻辑。


然后是其他储能技术,从长期来看,锂离子电池在储能行业中的竞争力并不牢固。尤其是液流电池这种已经相对成熟,只缺乏大规模商业化也适应可再生能源使用场景的技术,很可能会取代锂电池成为未来10年市场增长最快的储能技术路线。


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