2021.06.23

一.、储能：吹响能源革命号角

1.1 储能按原理可分为物理储能、电化学储能等，物理储能是当前主要储能方式

储能指通过一定方式将能量转换成较稳定的存在形态后进行储存，并按需释放。按照储能作用时间的长短，可以将储能系统分为数时级以 上、分钟至小时级、秒级等。按照储能的原理，可以分为物理储能、电化学储能、电磁储能等。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能、储氢等，主要应用于数时级以上的工作场景。电化学储能包括钠硫电池、液流电池、锂离 子电池等，主要应用于分钟至小时级的工作场景。电磁储能包括超级电容储能、超导储能等，主要应用于秒级的工作场景。截至2020年Q3，全球储能中抽水蓄能占比91.9%，电化学储能占比5.9%，其他的是飞轮储能、压缩空气储能等。

1.1.1 物理储能一般承载大规模能量吞吐，发展方向在压缩空气储能

目前物理储能的技术包括压缩空气储能技术、抽水蓄能等，其主要优点在于规模大、使用寿命长、维护费用低等，缺点是工程建设成本高、 转换效率较低、需依赖特定地理条件。从建设成本上看，压缩空气储能在3500-4000元/kW左右，抽水蓄能在4500-7200元/kW左右。压缩空气储能技术正在快速发展，主要有两种发展方向，一是液态压缩空气储能；二是超临界压缩空气储能。其主要原理为利用可再生能源 电能或电网夜间低谷电驱动压缩机压缩环境空气以储存能量，其中超临界压缩空气具有很高的能量密度，约为常规压缩空气储能系统能量密 度的18倍，大幅减小了系统储罐体积，摆脱了对地理条件的限制。

1.1.2 电化学储能技术路径多样，钠硫电池和液流电池仍受制于成本和安全

由于价格便宜，铅碳电池成为过去主流技术，广泛应用于后备电源，但由于循环寿命短、能量密度低、造成污染等问题，目前使用逐渐减少。钠硫电池最大优点在于资源禀赋较高，其原材料钠、硫比较容易获得，缺点是生产成本高，约为2000元/kWh，且存在安全隐患。液流电池由于电解液的原材料多样，有许多发展路径，目前全钒液流较为成熟，美国的Primus和ESS公司在锌溴液流上有所突破，已取得金 融机构和政府部门资金支持。

1.1.3 各类储能方式层出不穷

目前市面上还出现了许多新型的储能方式，如混凝土块积木式重力储能、水力岩石重力储能以及热储能等。混凝土块积木式重力储能：在电力多余时，利用起重机将混凝土块吊至120米的高度，在电力短缺时，把混凝土块放下，通过发电机将重力 势能转化为电能。该项技术的输出功率在2.9秒内可迅速增加到100%，度电成本约5美分/KWh，在意大利已建有一座35MWh的储能电站。目前该技术主要由Energy Vault公司开发，已获愿景基金支持。水力岩石重力储能：富余电力时，泵把水压入储水池中，岩石活塞被水压提起，当电力短缺时，闸门打开，岩石活塞下降将重力势能转化为 电能。按岩石密度2600kg/m³折算，直径为125米的储能电站可储电8GWh，较抽水蓄能能量密度更高、空间利用率更高。热储能：美国Antora Energy使用电力来驱动电阻式加热器，将碳块加热到2000℃以上后暴露在热伏板上，通过热伏发电机发电，该热伏发 电机可以捕获热存储介质的辐射光并将其转化为电能。目前项目已取得美国能源部和壳牌资金支持。

二、多重驱动力促使储能快速发展

2.1 风光发电占比快速提升

2019年，全球可再生能源发电量占比26.9%，同比增长1.1个百分点，其中风电发电量占比5.3%，同比增长0.5个百分点；光伏发电量占 比2.7%，同比增长0.5个百分点。我国风光发电量占比明显提升。2014年，我国风电发电量为1534亿千瓦时，光伏发电量为250亿千瓦时，占发电量比重分别为2.65%和 0.43%；截至2020年Q3，风电发电量为3317亿千瓦时，光伏发电量为2005亿千瓦时，发电量占比分别提升至6.13%和3.71%。

发电侧：储能可用于解决风光发电的间歇性、波动性问题

风光发电作为新能源主力具有间歇性与波动性：风电光伏不同于传统能源， 其输出功率随光照强度、温度、风力等环境因素影响，随着风 电、光伏发电量所占比例不断增大，其发电的间歇性、随机波动性性将影响电力系统安全可靠运行， 限制其大规模应用与并网：• 光伏发电日内峰谷特性鲜明，正午达到当日波峰，夜间出力为0。同时，光伏发电受天气影响大：以格尔木地区某50MW光储电站数据为 例，典型晴天光伏输出最大功率为41.8MW，日实际发电量为23.44万KWh；阴天为31.6MW，日实际发电量仅13.62万KWh。• 风电出力则具有逆负荷特征：风电出力日内高峰出现在凌晨，而此时的用电负荷较少。p 而储能系统可以跟踪新能源发电出力计划，在出力低谷时储能系统输出功率，在出力尖峰时，储能系统吸收功率。因此，储能系统可平抑 新能源发电的波动性，从而减少能源浪费，促进新能源的消纳从而减少发电机组的建设。

2.2 电网侧：为保障电力系统稳定运行，需要电力辅助服务

电力系统具有很高的稳定性要求，电能的发、配、用是瞬时完成，整个电力系统时刻处于一个动态的平衡状态。在稳态运行时，电力系统中发电机 发出的有功功率和负载消耗的有功功率相平衡，系统频率维持额定值。当电源功率与负荷功率产生差异时，系统频率会变化，会造成电网不稳定。电力辅助服务是指为维护电力系统的安全稳定运行，保证电能质量，除正常电能生产、输送、使用外，由发电企业、电网经营企业和电力用户提供 的服务，基本辅助服务是机组为了保障电力系统的安全稳定性而必须提供的无偿辅助服务，是发电机组的义务，而有偿辅助服务是在基本辅助服务 之外提供的服务，主要的辅助服务包括调峰、调频等。

2.3. 用户侧：储能系统可进行峰谷套利

在峰谷电价制下，储能可用于峰谷电价套利，用户可以在电价较低的谷期利用储能装置存储电能，在用电高峰期使用存储好的电能，减少使 用高价的电网电能，从而降低用户的电力使用成本，实现峰谷电价套利。国内外不少地区电价均存在较高的峰谷价差，峰谷电价套利具备实施条件：以美国加州2021年1月18至19日电价为例，一天中最高价为36.66 美分/KWh，最低价为9.81美分/KWh，峰谷价差26.85美分/KWh，价差约合人民币1.73元/KWh。目前国内峰谷价差最高的地方是北京，价 差约为0.95元/KWh。

2.4 梯次利用是退役动力电池的最优处理模式

当动力电池性能衰减到原容量的80%时须退役，随着电动汽车数量的增加，退役的锂离子动力电池数量也大幅增加，退役动力电池的回收 利用成为了一个亟需解决的难题。退役动力电池的回收再利用分为梯次利用和拆解回收。梯次利用是指将退役电池，进行回收、筛选、再利用于其他领域，典型应用是储能 领域， 如风光储能、削峰填谷、备用电源、家庭电能调节等 。进行梯次利用可以缓解回收压力、降低环境污染、提高资源利用， 提升经 济效益。

三、电化学储能市场空间测算

3.1 市场空间测算：全球发电侧

基本假设：1）未来几年全球新增光伏装机中，集中式光伏装机占比为40%-50%(户用光伏在用户侧考虑）；2）2020年风电受抢装潮影 响高增，在2021年风电装机会出现下降，此后每年增加；3）由于风光占比提升，因此配套比例、功率配比和备电时长逐年增多；4）发 电特性决定风电配套比例较光伏略高。结论：2020年至2025年，全球发电侧储能需求分别为4.1、6.4、17.4、36、72.7、123.2GWh。

3.2 市场空间测算：国内电网侧辅助服务市场

受益于辅助细则的陆续出台，电力辅助市场增长迅速。2018年，全国除西藏外 31个省（区、市、地区）参与电力辅助服务补偿的发电企 业共4176家，装机容量共13.25亿千瓦，补偿费用共147.62亿元。2019年上半年，由于电网侧辅助服务补偿准则完善，电网辅助市场费 用增加。全国除西藏外31个省（区、市、地区）参与电力辅助服务补偿的发电企业共4566家，装机容量共13.70亿千瓦，补偿费用共 130.31亿元，占上网电费总额的 1.47%。从结构上看，2018年调峰补偿费用52.34亿元，占总补偿费用的35.46%；调频补偿费用41.66亿元，占总补偿费用的28.22%；备用补偿 费用42.86亿元，占比29.03%；调压补偿费用10.33亿元，占比7.00%；其他补偿费用0.43亿元，占比0.29%

3.3 市场空间测算：国内用户侧（工商业）

我们以削峰填谷套利测算储能空间，能否完成套利的核心在于峰谷电价差异是否足够大。全国来看，北京峰谷电价差异最大，达0.95元 /KWh，价差最小地区的差异在0.3元/KWh左右，部分地区有峰谷套利的空间。我们以发改委公布的各省级电网典型电力负荷曲线为准，测算全国内地各省份峰谷功率差之和为255.6GW，假设其中一半需要调峰，储能覆 盖其中30%，备电时长3小时，则对应储能需求115GWh（累计），若在5年内达到该装机量，年均装机量约23GWh，预计由21年10GWh 提升至25年35Gwh（假设后期储能系统成本更低，装机主要在后期）。

3.4 市场空间测算汇总

我们预计2020年到2025年，全球储能空间从15.2增加到205.1GWh，CAGR为68.3%。此次测算没有考虑国内调频储能、国外电网侧储能、国外工商业储能以及国内家用储能，因此实际储能空间会比测算空间更大。

四、储能复盘：走向碳中和的“必由之路”

4.1 储能复盘：化石燃料为主的能源结构带来全球性问题，能源结构必须调整

温室效应导致的气候变暖已经成为全球性问题。近200年来，工业革命的兴起导致全球长期维持以化石燃料为主的能源消费结构，二氧化碳排 放过度导致温室效应，1950年，二氧化碳浓度值首次超过310ppm，数百万年来地球的二氧化碳浓度从未达到过这一水平，目前全球二氧化碳 的浓度已经上升至415ppm。

全球经济发展过于依赖石油，石油价格的波动极大地扰动经济发展。由于战争，政变等因素，中东地区石油产量、价格波动巨大，在1973、 1978、1990年由于国际油价暴涨，世界各国的GDP曾出现剧烈波动。

4.2 国内储能复盘：09年储能技术开始产业化探索

2009年，我国首个大型储能示范工程“张北风光储一体化”由财政部、科技部和国家电网共同启动，总投资约150亿元，开发规模为 500MW风电、100MW光伏、110MW化学储能，2011年底在河北省张北县正式建成投产，标志着我国储能技术真正走出实验室，迈入 产业化应用探索阶段。

4.3 碳中和 : 能源转型是碳中和关键一环，储能是必由之路

碳中和指一定时间内产生的二氧化碳和温室气体排放通过各种手段，达到碳排放小于等于碳吸收，即碳净排放为0。实现碳中和主要涉及 两个方面：1）提高碳吸收能力：增加植树造林、植被恢复、碳汇交易等；2）减少碳排放量：节能减排、终端消费电气化、拓展氢能、研 发碳捕获技术等。包括中美在内的世界多国已设立碳中和目标，其中能源转型是关键一环。各国为实现碳中和目标大力发展风力发电和太阳能发电，风光发 电占比提升后，其固有的间歇性、波动性将对电网的安全稳定性造成很大冲击。储能因具有平滑风光发电、能量调度的作用，成为可再生 能源规模化发展的必由之路。

五、储能产业链梳理

5.1 储能产业链包括电芯、PCS、系统集成等多个环节

电化学储能产业链上游包括电池原材料、电子元器件供应商等；中游主要为电池、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）、能量管理 系统（EMS）及其他配件供应商等；下游包含储能系统集成商、储能系统安装商以及含电网、家庭、工商业、风光电站等在内的终端用户。锂电储能系统主要由储能变流器（PCS）、能量管理系统（EMS）、电芯、电池管理系统（BMS）四部分构成，其中电芯、BMS等构成储能 电池系统。

5.2 PCS（储能变流器）的作用是实现交直流电转换

PCS (Power Conversion System)，又称双向储能逆变器，其作用是把电池的直流电逆变成交流电，输送给电网或者给交流负荷使用；把电网的交流电整流为直流电，给电池充电，PCS是储能系统与电网或微网实现电能双向流动的核心部件。储能变流器（PCS）由功率、控制、保护、监控等软硬件组成，其主要功能包括平抑功率、信息交互、保护等，PCS决定了输出电能质量 和动态特性，也很大程度影响了电池使用寿命。

5.3 系统集成：产业链关键一环，可靠高效是发展目标

系统集成商根据终端客户需求设计适用于各场景的储能系统，并负责组装成形，确保高效、可靠运行。其业务庞杂且涉及电化学、电网调度、 IT等多领域技术。