中国储能行业技术发展趋势 北汽产投「观点·洞察」

  随着新一代通信技术、大数据、人工智能、云计算等创新技术的加持，汽车早已从传统的“出行工具”化身为“智能化空间”，行业未来发展超乎想象，汽车产业也将成为支撑国家战略目标实现的重要力量。

  作为汽车产业变革的重要参与者，北汽产投扎根出行领域，研究先行，以研促投，通过布局“高壁垒”、“卡脖子”先进的技术促进主业发展和产业变革。为更好碰撞研究成果、促进产业共创和协同共融，北汽产投开设线上主题研讨品牌「观点·洞察」，定期分享研究成果与产业洞察。

  储能帮助能源网络从独立转向耦合，是能源互联网中能量流的中转站；同时储能也将极大的改变人类能源的消费方式，使能源消费高效化、清洁化；最重要的一点储能将彻底改变人类能源生产方式，助力人类社会进行能源革命，摆脱化石资源的限制。现阶段中国储能产业链参与主体不断丰富，产业生态逐渐健壮，本期报告将重点围绕储能行业政策环境、应用现状、细分储能技术及发展的新趋势等方面对中国储能产业进行深入分析。

  广义上储能是指通过一种介质或者设备，把一种能量用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来，基于未来应用需要以特定能量形式释放开来的循环过程，不同储能技术能实现电能、热能、机械能、化学能等不同形式能量的存储。

  中国储能产业链参与主体不断丰富，产业生态逐渐健壮。位于产业链中游的储能技术服务商，处于完全市场化的状态，可以借此引入外部技术资源，加快技术的商业化进程，降低企业创新成本，同时，也可以为内部闲置的创新成果提供外部商业化路径。这一些企业不断驱动着现阶段的储能行业不断向前发展。

  储能帮助能源网络从独立转向耦合，是能源互联网中能量流的中转站：随着电能供需规模的扩张，发电、应用场景的复杂化，电网正在向数字化、网络化与智能化转型，电力网络将由独立系统转向相互协同的耦合系统，统筹调控网络上的信息流与能量流。储能具备存储和释放的双向功能，是能量流传输过程中的中转站，可以更有效更高效地存储和释放电能；

  同时储能也将极大的改变人类能源的消费方式，使能源消费高效化、清洁化：首先，对于生产领域，未来会有大量的分布式能源生产设备布置在消费侧，包括可再次生产的能源和小型清洁化石能源发电设备。其次，在消费领域，未来能源消费领域最大的变化在于交通能耗的革命，电动汽车正在快速替代汽、柴油汽车；

  最为重要的一点储能将彻底改变人类能源生产方式，助力人类社会进行能源革命，摆脱化石资源的限制。

  早期不严格按照储能安装的位置来进行判断，而是根据储能最终提供的最主要的服务来进行判断，分为电源侧、辅助服务、输配电、用户进行分类，但这种分类，存在服务交叉。目前国际上更多的按照系统的建设位置位于“电表前”还是“电表后”来限定储能的应用类型。

  2020年市场将5G基建及应用、光伏电网级特高压、工业互联网、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源车及充电桩、人工智能、云计算大数据中心等7个领域归类，冠以“新基建”概念，其中5G、数据中心、工业互联网为新基建内核，这些领域的发展与储能技术存在相关性，相关行业发展将带动储能的发展；

  近几年随着社交网络的崛起，产生大量的数据，另外，由于疫情影响在线教育，在线会议，在线协同办公，在线视频直播成为新常态，需要建设大量的数据中心，将直接带动数据中心对UPS电源的需求；

  另外港口用电清洁化，带动储能在岸电中的应用，以及近湖船舶电动化也将为储能技术的应用开辟新的市场空间。

  电力储能：累计装机首次超过百吉瓦，达到 103.3GW，同比 +47%，比去年底增长 20%。

  本身的局限性：储能系统应用领域的特殊性，对其高要求，属于服务周期长的行业；储能系统是复杂因素的组合，除系统本身较为复杂外，还受应用场景、地理环境和当地能源结构、电力负荷等影响。

  平台管理上的水准落后：部分储能企业以盈利为目的，存在恶性竞争的现象，导致服务水平参差不齐；储能行业尚未解决盈利问题，利润大多数来源于压缩上游供应商，极度影响服务和产品质量。

  供应链整合度低：储能行业涉及技术种类非常之多，且行业千差万别，大部分技术供应链较长，存在较为严重的“神龙效应”；储能行业产业链较长，产业分散，大部分企业规模较小，缺乏产业整合的能力。

  行业服务无序化：储能行业标准不成体系。质量难以控制，监管缺失，严重影响使用者真实的体验；国内储能行业产品标准化程度太低。导致生产周期长且成本高、难以复制，规模化生产，形成不必要的资源浪费；缺乏专业的运维服务企业。

  研发设计能力不够：缺乏储能系统研发设计人才，不足以满足用户个性化需求；储能系统设计与市场需求存在一定的差异，交付给用户的产品匹配性较差。

  2021年以来国家层面密集出台储能有关政策，明确了未来五年发展目标和任务，从项目管理、规划引领、市场设计、价格机制等角度，营造良好政策机制和市场环境。

  现阶段：深化前瞻规划，从顶层政策角度规避资源乱配或无效资源配置；提高储能准入门槛，引导技术进步，避免行业进入无序、恶性竞争，保证行业健康可持续发展；加强监管，进一步落实政策，开展友好型可再次生产的能源模式发展。

  短期：以点带面，通过推行局部地区试行政策促进储能发展；构建合理的补偿机制，撬动市场发展，引导社会资本持续投入。

  中长期：深化电力体制改革，充分的发挥储能的应用价值；建立长效的、可操作性的价格机制，推动储能发展，实现国家能源战略。

  储能技术在用户侧领域有广泛的应用，可分为离网型以及并网型应用场景，主要有微电网、工商业用户侧、家庭用储能、UPS、EPS等备用电源以及风光储充一体化场站、V2G、数据中心、5G基站等。其中UPS/EPS等作为备用电源与其它场景相比对锂离子电池性能要求存在比较大差异。

  在分布式发电及微网领域，主要是储能厂商通过自主投资加运营的方式，在用户侧建设储能电站，利用峰谷价差为用户节约电费，并分摊电费节约部分的收益。

  存在问题：盈利点较为单一，只有峰谷价差套利，且近两年来随着电价调整，投资回收期过长，用户侧目前遇冷。削峰填谷收益渐薄，初装补贴以及需求响应政策的缺失，加上需量电费合同签订难度大，都使得效益叠加困难，多元化的商业模式较难出现。另外，目前还存在备案流程不明、安全认定确实等也限制了用户侧储能的发展。

  新能源装机实现平价尚不能完成能源革命，储能赋予新能源电力可调节性及稳定性将助力新能源走上新台阶，光/风+储实现平价后将为能源革命踏出坚实步伐。光+储成本一下子就下降，实现经济性是必然：Lazard研究，2019年光伏+储能成本继续下降，目前成本已经低于核电和尖峰燃气成本，光伏+储能经济性在逐步提升。

  截至目前国内可再次生产的能源并网领域储能项目装机规模超过334MW,技术类型主要涵盖锂离子电池、液流电池、超级电容器、铅酸电池，其中锂离子电池占比超过89%，占据绝对优势；

  国内可再次生产的能源并网领域储能项目大多分布在在风光资源较为丰富的地区，近几年新疆、甘肃、青海、内蒙等地发展较快，其中青海、内蒙等地均在规划吉瓦级电池储能项目。

  目前电池储能系统在新能源场站的配置方式主要有两种：一种是在直流侧配置电池储能，另一种在交流侧配置电池储能。国内通常在可再次生产的能源侧配置2h的储能系统，地方根据政策要求按照场站规模情况需配置10%-20%储能项目。目前储能系统正向更高电压、支持交直流接入、兼容多地标准等方向发展。

  直流侧配置锂离子电池储能系统，优点是系统效率高，提升系统平滑出力，该类方法主要存在的问题包括：需要配置大功率直流变换器（DC/DC），对逆变器要求更高；缺乏大电站内部电力调配的功能。

  交流侧配置锂离子电池储能系统，优点是储能系统配置灵活，但存在以下两方面问题：

  效率低：从光伏发电系统到电池需要经过多个功率变换和升压环节，能量损失较大。

  不论采用哪种模式，国内可再次生产的能源配置储能收益较为单一，无法体现储能价值。根据国外经验无论是与可再次生产的能源场站共享站址还是独立接入电网的储能电站，均主要从电力市场获益，并获得多重效益叠加，未来随着国内电力市场进一步改革有望通过收益叠加提升储能项目的经济性。

  1859年发明以来，铅酸电池因其价格低，原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境和温度范围等优点，一直是主流的化学电源技术之一，广泛的应用于交通、通讯、电力、军工等领域。

  进一步提升铅酸电池充放电性能：在铅炭电池基础上，进一步缩短电池充电时间，提升电池循环寿命，拓宽铅炭电池使用荷电状态范围。通过板删改进提升电池输出功率；

  进一步提升产品免维护性能：当前免维护的阀控式铅酸电池，降低了电池产品维护成本，但同时也使得铅酸电池的循环寿命和输出功率等性能降低，应开发新型免维护产品；

  提升电池管理与温度控制技术：铅酸电池过充以产生氢气，高温使的铅酸电池性水损失加重，影响电池寿命。

  1967年福特公司发明以来，有日本NGK和东京电力公司率先实现了商业化应用，钠硫电池，比容量大、适合高功率、大电流放电，原材料易于获得，原则上使用上有充分的可靠性，一直是电力储能领域着重关注的技术之一，在工业、商业以及电力领域得到应用。

  钠硫电池关键技术突破，加强完善产业链吸引新的玩家：高质量陶瓷管技术、抗腐蚀电极材料等核心技术的国产化研究，突破单电池电池组件的密封技术，除技术之外，该电池产业链中玩家较少，关键技术集中程度较高不利于行业发展，应放开技术限制吸引市场上较多玩家；

  通过引进先进大规模制造技术降低钠硫电池制造成本：钠硫电池原材料较为便宜，且不存在资源限制，但制造成本较高使得钠硫电池成本一直居高不下，当前受到其它电池储能技术的严重挑战；

  开发中低温钠硫电池：当前钠硫电池工作需要保持在300℃，在某些特定的程度上限制其应用。

  1991年Sony公司率先实现商业化以来，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、较高的充放电倍率等性能，备受市场瞩目，目前慢慢的变成了应用最为广泛的电化储能技术，广泛的应用于电子科技类产品、交通工具、航天航空、军工、电力等领域。

  推动锂离子电池向高安全方向发展：锂离子电池电解质向固态、高热稳定性方向发展，改善电解质的热稳定性能，逐步提升电池本体安全性能，有望从源头解决电池安全性问题；

  向低成本方向发展：开发低成本材料，如正极材料向低钴、无钴方向发展，选择储量丰富，廉价的金属元素；开发出更加节能的低成本锂离子电池材料合成技术；

  高能量密度/长寿命方向发展：长久来看，锂离子电池单位体积内的包含的能量和循环寿命远未达到其极限，未来仍将围绕高能量密度、长循环寿命方向发展，寿命方面将更看重系统产品的实际使用寿命。

  1974年液流电池被提出以来，作为一种新型的化学电源，由于其独特的结构及性能，被认为是一种理想的大规模电能存储装置，深受各国研究重视，各种新型化学体系液流电池层出不穷，部分技术已在电力储能领域实现了商业化应用。

  液流电池电堆高功率密度方向发展：逐步提升液流电池电堆反应电流密度，提升电堆功率密度，逐步提升电池输出能力，降低电堆成本；

  化学体系向低成本廉价方向发展：现有的全钒体系价格较高，需开发新型的低成本化学体系液流电池，如有机体系、全铁体系、铁铬体系、锌体系液流电池；

  推动液流电池储能系统新的商业模式：液流电池能量单元外置，且基本不发生损耗，可通过资产证券化等方式将其资本化，可大幅度降低储能系统投资方的初始投资所需成本，推动液流电池市场化。

  氢资源丰富，来源广泛，因其具有燃烧热值高、使用的过程中清洁无污染等特点，引起人类社会的重视，发达国家纷纷提出构建氢能社会。作为二次能源，氢在应用过程中需要存储，随着氢能市场规模的逐步扩大，储氢技术已引起产业界足够重视。

  开发高安全低成本储氢技术：氢分子本身特性，对存储技术方面的要求较高，当前储氢技术尚存在缺陷，不能满足大规模氢能源的存储；

  开发价格低廉高效清洁的制氢技术：开发光制氢技术等新型制氢技术，利用清洁能源电力如风能、光伏发电系统实现氢能的大规模制取技术，降氢成本，实现氢能廉价生产；

  开发高效的用氢技术：当前燃料电池实现氢能转化效率仅为40%-60%左右，尽管摆脱了卡诺循环效率限制，但仍然偏低。

  氢气可发电、可发热、也可用于交通燃料，因此可以打破传统的热网、电网、油气网三者之间无法实现互相耦合转化的壁垒，提高能源互联网的操作灵活性，真正实现不同能源形式之间的彼此联通、深度耦合。应用涉及能源、化工、交通等多个领域。氢多重身份将以“氢原料、氢储能、氢动力”三方面应用氢在未来低碳•零碳社会中将发挥重要作用。尤其是P2G为当前及交通领域为氢应用的主要价值增量，将是氢应用比较重要的市场。

  趋势二：上游电氢协同成为发展方向，能源企业深度介入上游氢产业，有望带动“绿氢”成本下降支撑氢能源发展。

  趋势三：加氢站建设提速，子母站、合建站成为主流方向，加氢站关键设备国产化替代步伐加快。

  趋势四：储运方面，高压气态储运仍是主流，未来气、液、固三种储运氢将共存。

  趋势五：燃料电池系统一体化、大功率方向发展，第三方集成商延申产业链布局，辅助系统将模块化发展。

  趋势七：电堆国产化趋势明显，电堆制造水平持续升级，产品性能向大功率、低成本、长寿命方向发展。

  趋势八：国内石墨双极板技术成熟，双极板向紧凑化，有序化发展，金属板和复合板是重点方向。

  趋势九：国产膜电极进入规模化发展阶段，性能进一步提升，成本将进一步降低，双面直涂CCM工艺已经成为行业共识。

  趋势十：燃料电池用膜、催化剂、碳纸等关键材料国产化提速，是目前市场关注的热点。

  1882年第一座抽水蓄能电站投运以来，因其具有调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能，作为最成熟的储能技术，一直处于电力储能市场的主导地位，随着未来可再生能源市场规模的不断扩大，抽蓄仍将在储能市场中发挥重要的作用，在推动能源革命过程中扮演重要角色。

  向可变速抽水蓄能电站技术方向发展：传统的抽水蓄能电站采用定转速发电电动机，水头和负荷决定水轮机的运行工况，往往效率比较低，变速抽水蓄能电站技术可以优先解决上述问题；

  陆地抽水蓄能向海水抽蓄发展：海水抽蓄有利于减少对陆地水资源的依赖，且不需要建设下水库，有利于进一步降低抽水蓄能电站建设成本，目前解决腐蚀问题仍然是限制海水抽蓄发展的主要因素之一；

  向微小型抽水蓄能电站发展：传统抽水蓄能机组往往高水头化,大容量化和高转速化，灵活性较差，随着分布式能源的开发利用和智能电网的发展，对具有灵活性储能资源的需求加大，将推动抽水蓄能向微小型化方向发展。

  1978年世界上建成了第一座压缩空气储能电站，传统的压缩空气电站因其固有特点，发展缓慢，近年来随着可再生能源规模的不断增长，储能重要性凸显，压缩空气储能作为一种大规模储能技术，引起了产业界广泛关注，开发新型压缩空气储能技术成为行业热点。

  高效率方向发展：进一步开发先进的压缩空气储能系统，提升压缩空气储能系统能量转化效率；

  系统灵活性方向发展：依赖地下天然储气装置或天然洞穴储气对地理环境要求比较高，降低系统安装的灵活性，应开发廉价的地上储气装置或人造洞穴等技术；

  20世纪中叶飞轮产品走向市场，最初在不间断电源得以运用，随着技术不断进步，在交通领域，航天航空、军工、电力储能等领域均有尝试。作为功率型储能器件，面临其它储能技术的挑战，但因其特点，在特定的领域中仍具有不可替代性，一直是产业界关注的热点技术。

  向高能量密度方向发展：飞轮储能当前能量密度较低，飞轮转子转速受限于当前材料技术，未来将向高转速方向发展，开发碳纤维等新材料飞轮转子；

  向低成本方向发展：一方面找准市场定位，通过规模效应大幅降低飞轮系统制造成本，另一方面开发低成本飞轮材料，降低飞轮产品材料成本，实现飞轮材料的可循环利用等；

  向低能量耗散方向发展：采用磁悬浮等新型技术，降低飞轮高速旋转过程中摩擦造成的能量损耗。

  1969年超级电容器实现商业化以来，因具有优异的脉冲功率性能、较长的应用产品寿命等性能，使其在运输、可再生能源、工业与消费电子以及其它产品中得以广泛应用，随着材料技术及电池技术的不断进步，超级电容器最近几年飞速发展，正向高能量密度方向发展。

  进一步突破功率密度与能量密度：提高超级电容能量密度的主要途径之一是开发混合型超级电容，借鉴当前锂离子电池等化学电池技术，实现超级电容器向高能量密度方向发展；

  开发低成本关键材料：当前超级电容器使用的活性炭价格较高，国内对进口依赖程度较高，应开发低成本的活性炭材料，进一步降低材料成本，进而降低超级电容器产品成本。

  目前电池储能技术在电力系统中已经得到广泛应用，尤其是随着可再生能源装机比例的不断增长，储能技术的价值显得更为重要。作为电力储能技术，一般要求储能技术具有高安全、长寿命、低成本、高效率、易回收等性能。

  以当前应用比较广泛的电化学储能技术为例，从能量密度、可回收性、成本以及寿命等几个维度对这些技术进行分析可知，尽管锂离子电池综合性能最佳，但仍然不能够满足电力储能对储能技术的要求，整个行业对技术的需求仍存在较大不确定性。

  结合锂离子电池存在的问题，根据储能技术研究现状，目前锂离子电池替代其它电化学储能技术主要有：液流电池、钠离子电池、未来全固态电池技术、液态金属电池、长寿命水系新型电池以及氢能等几种。

  2020～2025年：市场发展对政策、成本下降具有较强的依赖。期间LFP将具有较强的竞争性，系统成本有望率先下降到1000元/kWh，届时在分布式可再次生产的能源系统中实现平价，这个期间将主要以锂离子电池为主；

  2025～2030年：市场需求驱动，清洁能源大规模发展，储能成为刚需。储能应用场景逐渐清晰，应用领域进一步细化，技术与应用场景进一步匹配，Na离子电池有望成为后起之秀，液流电池有望在上时能源存储场景中得以应用。返回搜狐，查看更加多