1、储能技术路径梳理
全球能源供需格局进入调整阶段,储能列为各国加速清洁能源转型的必选项。2022年全球新增投运电力储能项目装机规模30.7GW,同比增长98%,其中新型储能投运规模达到20.4GW。中国、欧洲和美国继续引领全球储能市场发展,三者合计占全球市场的86%。
图表1:截至2022年底全球已投运电力储能项目累计装机规模及增长率(GW,%)
资料来源:CNESA、韦伯咨询
具体来看:中国市场占比36%,主要以表前储能为主,当前需求主要来源于国内新能源配储的强制政策约束;美国市场占比24%,同样以表前储能为主,需求主要来源于当地老旧电网的建设刚需;欧洲市场占比26%,欧洲则以用户侧储能为主,主要需求来源于解决家庭用电问题。
图表2:2022年全球主要国家和区域新型储能新增投运装机占比
资料来源:Wind、韦伯咨询
从储能技术上来分类,储能共分三大类:传统储能、新型储能和氢能源。其中抽水蓄能为代表的传统储能仍然是目前储能技术的主流。
(1)传统储能
1882年,世界上第一座抽水蓄能电站于年诞生在瑞士。抽水蓄能是物理机械储能的代表,通过重力将重物提升至高处,以增加其重力势能完成储能。再通过重物下落过程,将重力势能转化为动能进而转化为电能。
(2)新型储能
在一些没有水源和合适位置,不适宜发展抽水蓄能的地区,新型储能应运而生。新型储能包括压缩空气储能、飞轮储能和电化学储能。
1)压缩空气储能
1978年,全球第一座压缩空气储能电站在德国建成。压缩空气储能在用电低谷时将空气压缩储存于储气室中,将电能转化为空气能存储起来;在用电高峰时释放高压空气,带动发电机发电。
2)飞轮储能
20世纪90年代以后,飞轮储能受到了广泛的重视,并得到了快速发展。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转,实现电能和动能的双向转换。
3)电化学储能
1991年,锂离子电池问世并商业化生产,从此电化学储能快速发展。电化学储能本质上就是把电能储存成化学能,再用化学电池的机制放出来,放到电网中变回电能,电化学储能目前被提及较多的是锂离子电池储能、铅酸电池储能、液流储能等技术。
(3)氢能源储能
1836年,约翰·弗雷德里克·丹尼尔发明了一种原电池,该电池在发电中被消除了氢。氢储能指的是通过环保可循环能源制氢,通过能量在不同载体的转换例如燃料电池系统进行发电并网,实现调峰、调频。
工商储使用锂电池等电化学储能技术,主要用于削峰平谷。储能按设备或项目接入位置可分为电源侧、电网侧及用户侧。工商业储能是分布式储能系统在用户侧的典型应用,其特点是距离分布式光伏电源端以及负荷中心均较近,可有效提升清洁能源的消纳率,减少电能的传输的损耗,适用于商业楼宇、工业园区等用电大户。工商业储能系统的主要目的是“削峰平谷”,优化电力资源配置和合理使用,并利用电网峰谷差价实现套利。
工商储系统架构:电池与变流器是储能系统的核心环节。与大型储能电相同,工商业储能系统包括电池系统(BS)、电池管理系统(BMS)、变流器(PCS)、能源管理系统(EMS)和其他电气电路和保护、监控系统等,通过模块化设计实现系统电压和容量的灵活配置。
图表3:削峰平谷简介及示意
资料来源:Wind、韦伯咨询
2、我国储能发展:抽水蓄能占主导,多种形式齐发展
截至2022年底,中国已投运电力储能项目累计装机规模59.8GW,抽水蓄能累计装机占比首次低于80%,新型储能继续高速发展,累计装机规模首次突破10GW,达到13.1GW,同比增长128%。新型储能中,锂离子电池占据主导地位,压缩空气储能、飞轮储能、液流电池、钠离子电池等技术路线的项目在规模上也有突破,应用模式逐渐增多。
截至2022年底,全国新型储能装机中,锂离子电池储能占比94.5%、压缩空气储能2.0%、液流电池储能1.6%、铅酸(炭)电池储能1.7%、其他技术路线0.2%。
图表4:截至2022年底全国新型储能技术类别及占比
资料来源:Wind、韦伯咨询
截至2023年6月底,中国已投运电力储能项目累计装机规模70.2GW(包括抽水蓄能、熔融盐储热、新型储能),同比增长44%。抽水蓄能累计装机占比继2022年首次低于80%之后,再次下降近10个百分点,首次低于70%。
图表5:截至2023年6月底中国已投运电力储能项目累计装机情况
资料来源:Wind、韦伯咨询
复盘我国储能行业发展历史,可将储能其主要分成三个阶段。
第一阶段:储能萌芽期(20世纪中后期)
20世纪60年代,国内开始抽水蓄能电站的研究,并建立第一座混合式抽水蓄能电站-岗南水电站,到20世纪90年代,抽水蓄能电站建设迎来高潮。
第二阶段:储能发展初期
21世纪初期,国内开始其他储能技术的研究,包含压缩空气储能等,直到2011年“十二五”规划纲要中储能作为智能电网的技术支撑在国家的政策性纲领文件中首次出现,之后储能行业政策规划陆续出台,推动储能行业发展。
第三阶段:技术路径向多元化发展
随着储能行业发展,储能项目广泛应用、技术水平快速提升、标准体系日趋完善,目前已形成较为完整的产业体系和一批有国际竞争力的市场主体,且政策不断引导促进多种形式储能发展,储能成为能源领域新的增长点。
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