應(yīng)用場(chǎng)景多元，需求空間廣闊

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是由需求側(cè)決定的實(shí)時(shí)平衡系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為典型的枝葉型結(jié)構(gòu)，分為“發(fā)電-輸電-配電-用電”等環(huán)節(jié)，由于當(dāng)前儲(chǔ)能成本仍然較高，儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)所扮演的角色比較局限。

近年來(lái)，隨著風(fēng)電、光伏等不穩(wěn)定電源的占比快速提升，以及越來(lái)越多的分布式電源從配網(wǎng)側(cè)接入，維持電網(wǎng)安全的挑戰(zhàn)越來(lái)越大，對(duì)于儲(chǔ)能的需求也日益迫切。

儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景非常多樣，在電力系統(tǒng)發(fā)輸配售四個(gè)環(huán)節(jié)均能發(fā)揮巨大的作用。

在發(fā)電側(cè)，儲(chǔ)能主要用于可再生能源的移峰;在輸配電環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能可以發(fā)揮區(qū)域調(diào)頻的功能，部分國(guó)家調(diào)頻市場(chǎng)開放，采取競(jìng)價(jià)機(jī)制，電池儲(chǔ)能的參與度較高，但調(diào)頻市場(chǎng)的總?cè)萘坑邢蕖?guó)內(nèi)市場(chǎng)，儲(chǔ)能主要是通過(guò)輔助火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻，提高火電調(diào)頻響應(yīng)速度;

在用電側(cè)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以顯著提高供電的穩(wěn)定性。

根據(jù)CNESA全球儲(chǔ)能項(xiàng)目庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模175.4GW，同比增長(zhǎng)4%。

其中抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比最高為96%，較上一年下降1個(gè)百分點(diǎn);電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為2926.6MW，同比增長(zhǎng)45%，占比為1.7%，較上一年增長(zhǎng)0.5個(gè)百分點(diǎn)。

在各類電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)占比最大，超過(guò)75%。

2017年，全球新增投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模為914.1MW，同比增長(zhǎng)23%。新增規(guī)劃、在建的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模為3063.7MW，預(yù)計(jì)短期內(nèi)全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模還將保持高速增長(zhǎng)。

截至2017年底，中國(guó)已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模28.9GW，同比增長(zhǎng)19%。抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比最大，接近99%，但較上年有所下降。

電化學(xué)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為389.8MW，同比增長(zhǎng)45%，所占比重為1.3%，較上一年增長(zhǎng)0.2個(gè)百分點(diǎn)。在各類電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)占比最大，比重為58%。2018年上半年國(guó)內(nèi)新增鋰電池裝機(jī)100.2MWh，同比增長(zhǎng)133%。

應(yīng)用場(chǎng)景方面，2017年全球新投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，33%應(yīng)用于集中式可再生能源并網(wǎng)，26%應(yīng)用于輔助服務(wù)領(lǐng)域，其他份額則流向電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)和用戶側(cè)的場(chǎng)景;

國(guó)內(nèi)則以用戶側(cè)領(lǐng)域應(yīng)用為主，2017年達(dá)到全部新增投運(yùn)量的59%，其次是集中式可再生能源并網(wǎng)領(lǐng)域，份額達(dá)到25%，輔助服務(wù)的份額約16%。

儲(chǔ)能行業(yè)有著巨大的市場(chǎng)前景。可再生能源并網(wǎng)方面，隨著并入配電網(wǎng)的分布式能源(光伏、風(fēng)電等)日益增加，既有電源與新并網(wǎng)的分布式電源之間的相互影響對(duì)于電網(wǎng)管理和運(yùn)營(yíng)而言構(gòu)成巨大的挑戰(zhàn)，由于分布式電源的穩(wěn)定性較差，其電網(wǎng)滲透率的進(jìn)一步提高將對(duì)電網(wǎng)的平衡增加額外成本，儲(chǔ)能系統(tǒng)在今后的電力系統(tǒng)中將扮演愈發(fā)重要的作用。

近年來(lái)我國(guó)每年新增風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量達(dá)到50GW以上，按照2小時(shí)配比，即存在100GWh的潛在需求空間。

調(diào)頻的儲(chǔ)能需求空間也比較大，國(guó)家電網(wǎng)中心專家表示，預(yù)計(jì)未來(lái)五年國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)頻裝機(jī)量將保持8%的年均增長(zhǎng)率，每年僅調(diào)頻需求就達(dá)2GW左右。

其他場(chǎng)景的應(yīng)用更加廣泛，以基站為例，中國(guó)鐵塔股份有限公司目前在全國(guó)范圍內(nèi)擁有近200萬(wàn)座基站，備電需要約44GWh，60萬(wàn)座削峰填谷電站需要電池約44GWh，50萬(wàn)座新能源站需要電池約48GWh，合計(jì)需要電池約136GWh。

此外，以存量站電池6年的更換周期計(jì)算，每年需要電池約22.6GWh;以每年新建基站10萬(wàn)個(gè)計(jì)算，預(yù)計(jì)新增電站需要電池約2.4GWh，合計(jì)每年需要電池約25GWh。

鋰電池儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)明顯，成本下降已接近臨界點(diǎn)

在新近發(fā)展的各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰電池儲(chǔ)能在能量密度、功率密度、循環(huán)次數(shù)、成本等方面的綜合優(yōu)勢(shì)極為突出，也成為近年來(lái)新增儲(chǔ)能容量的最主要來(lái)源。

2017年全球新增儲(chǔ)能電池容量914.1MWh，其中鋰離子電池占比達(dá)93%;國(guó)內(nèi)新增儲(chǔ)能電池容量100.4MWh，其中鋰離子電池占比達(dá)58.5%。

制約鋰離子電池進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙在于其相對(duì)較高的成本。

2010年前后儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本高達(dá)11元/kWh以上，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能度電成本(Levelizedcostofenergystorage,LCOS)超過(guò)2元/kWh，到2017年儲(chǔ)能電池的成本已降至2元/Wh以下，加上PCS等全系統(tǒng)成本約2.6元/Wh，對(duì)應(yīng)的LCOS為0.6元/kWh，與我國(guó)的峰谷電價(jià)差接近，部分削峰填谷項(xiàng)目已初步具備經(jīng)濟(jì)性。

隨著電池系統(tǒng)成本的不斷下降，儲(chǔ)能的LCOS有望降至0.3元/kWh，在更多應(yīng)用場(chǎng)景都有使用價(jià)值，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量也將進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。

據(jù)BNEF估計(jì)，到2024年全球電化學(xué)儲(chǔ)能電池容量將超過(guò)81GWh，為2016年累計(jì)容量的10倍，10年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)38%。

國(guó)內(nèi)方面，據(jù)CNESA估計(jì)，到2020年我國(guó)儲(chǔ)能設(shè)備容量將達(dá)到41.99GW，其中電化學(xué)儲(chǔ)能容量達(dá)到1.78GW，達(dá)到2017年底電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量的4.5倍，對(duì)應(yīng)新增鋰電池需求達(dá)2.6~5GWh。

值得一提的是，當(dāng)前以磷酸鐵鋰、三元等新材料為主的動(dòng)力電池，在儲(chǔ)能市場(chǎng)十分受歡迎。

與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，鋰電池具有更高的能量密度，以三元鋰電池為例，一臺(tái)40尺集裝箱可最多放置4.8MWh鋰電池，并且集成HVAC、FFS、BMS、通訊保護(hù)等輔助單元。

同時(shí)，相較于傳統(tǒng)的鉛酸電池，鋰電池對(duì)溫度適應(yīng)性更強(qiáng)，更適合戶外的儲(chǔ)能需求。此外，儲(chǔ)能電池還可以采用退役的動(dòng)力電池梯次利用，降低成本的同時(shí)也能有效解決動(dòng)力電池退役后的處理問(wèn)題，成為國(guó)家鼓勵(lì)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

長(zhǎng)壽命和高安全性要求有利于集中度提升

汽車動(dòng)力電池對(duì)于電池的功率和能量要求較高，而儲(chǔ)能電池則更偏重于安全和壽命等方面，而且在不同工況下對(duì)于產(chǎn)品性能也有不同的要求。總體而言，電池的安全、循環(huán)壽命和日歷壽命、價(jià)格和存儲(chǔ)效率等因素是儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)先考量的性能。

安全性方面，由于鋰電池儲(chǔ)能電站的電池容量較大，一個(gè)系統(tǒng)往往包括成千上萬(wàn)個(gè)電芯，出現(xiàn)熱失控的概率更高，造成的后果也更加嚴(yán)重，一旦某個(gè)電池出現(xiàn)熱失控，很容易導(dǎo)致電池系統(tǒng)的整體失控，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于鋰電池的安全性能有極高的要求。

2017年年初以來(lái)，韓國(guó)的儲(chǔ)能項(xiàng)目共發(fā)生7起起火事故，共影響到78MWh的項(xiàng)目容量，占韓國(guó)所有項(xiàng)目容量的3%，2011年以來(lái)受起火事故影響的電廠級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)量達(dá)11個(gè)，發(fā)生事故的多個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)都采用了同一廠家的鎳鈷錳三元電池。

此外，為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)在整個(gè)壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性，儲(chǔ)能系統(tǒng)還必須保證幾千次的充放電循環(huán)和大于10年(甚至到20年)的壽命。

電池系統(tǒng)的安全性和壽命與材料路線和電池廠商的生產(chǎn)能力高度相關(guān)。

技術(shù)方面，目前汽車動(dòng)力電池已全面轉(zhuǎn)向鎳鈷錳三元體系，該體系的能量密度和工作電壓較高，但大規(guī)模集成存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，而且循環(huán)壽命最多僅有3000次左右，并不能很好的滿足儲(chǔ)能需求。

與此相比，磷酸鐵鋰電池則表現(xiàn)出非常好的穩(wěn)定性，即使在高達(dá)300°C的溫度下都不會(huì)導(dǎo)致熱分解反應(yīng)，并在電池單體測(cè)試中表現(xiàn)出全面卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，在整個(gè)壽命周期內(nèi)容量衰減都很低。

將磷酸鐵鋰與鈦酸鋰(LFP-LTO)作為正負(fù)極材料的電池單體循環(huán)壽命甚至超過(guò)20000次，預(yù)計(jì)隨著鋰電池儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)模的日益擴(kuò)大，安全性相對(duì)更高的磷酸鐵鋰電池有望得到更廣泛的應(yīng)用。

生產(chǎn)能力方面，儲(chǔ)能電池的安全隱患主要來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中各種誤差的累積，提升安全性主要依賴廠商對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程一致性的把控。儲(chǔ)能對(duì)于安全性的高要求更有利于一線技術(shù)實(shí)力有優(yōu)勢(shì)的企業(yè)，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域的市場(chǎng)份額將會(huì)比較集中。