2023年储能行业研究报告.docx

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1、2023年储能行业研究报告一.储能在电力系统全场景大有可为在电力系统中，储能的应用场景可以分为发电侧储能、电网侧储能和用电侧储能。不同的储能应用场景所发挥的作用不同。（一）发电侧储能的功能主要为可再生能源并网储能可以协助可再生能源发电满足并网要求，同时提高可再生能源利用率。光伏、风电等新能源发电具有波动性和间歇性特点，发电量在不同时间随着光照、风力强度变化。此特点导致新能源发电量和用电侧所需电量不匹配。通过在风电、光伏电站配置储能，基于对电站出力预测和储能充放电调度，可对可再生能源发电进行平滑控制，减少瞬时功率变化，减少对电网的冲击。当用电负荷较低，新能源发电过剩时，储能电站能及时储存多发的电

2、量，减少弃风、弃光率，并在用电负荷高位时，将储存的电量并网，改善新能源发电消纳问题。（二）电网侧储能的功能主要为调峰、调频、缓解电网阻塞调峰方面，储能可实现对用电负荷的削峰填谷，即在用电负荷低谷时发电厂对储能电池充电，在用电负荷高峰时段将存储的电量释放，从而实现电力生产和消纳之间的平衡。图2：钟能削峰熄谷示意图料来源:北*五期分篇存我才然公早才丹.奉会if,哥危房储能系统具备快速精确的调频能力。中国电网的频率为50Hz,允许偏差为02HZ,从而维持电网稳定运行，避免损害各类电器。实际运行中，当电网输出有功功率小于负荷需求有功时，系统频率会下降，反之则会上升。故需要调频来提高电网频率的稳定性。目

3、前电力市场主要依靠火电调频，但储能系统调频具备更高的精确性，其输出功率与AGC（电力自动发电控制）指令匹配度高，调频效果更好。火电厂配套调频储能，其调频能力可显著提高。储能可以缓解电网阻塞。电网阻塞是对电力输送的要求大于输电网的实际输送能力，产生阻塞的原因是不同区域内发电和输电能力不平衡。将储能系统安装在电网侧线路上游，当发生线路阻塞时可以将无法输送的电能储存到储能设备中，等到线路负荷小于线路容量时，储能系统再向线路放电。储能可以成为升级或新建输配电设备的替代方案。在负荷接近设备容量的输配电系统内，可以利用储能系统通过较小的装机容量有效提高电网的输配电能力，从而延缓新建输配电设施，降低成本。目

4、相较于输配电网扩容，储能的建造时间更短。（三）用电侧储能的功能主要为电力自发自用、峰谷价差套利、容量费用管理用电侧储能的功能主要包括电力自发自用、峰谷价差套利、容量费用管理、以及提高供电可靠性。根据应用场景的不同，用电侧储能可以分为工商业储能、户用储能，其一般与分布式光伏配套使用。分布式光伏发电是指在用户附近建设，以用户自发自用、余电上网的形式，在配电系统中平衡调节为特征的设施。工商业用户可利用储能进行谷峰价差套利和容量费用管理。在实施峰谷电价的电力市场中，通过低电价时给储能系统充电，高电价时储能系统放电，实现峰谷电价差套利，降低用电成本。止匕外，适用两部制电价的工业企业，可以利用储能系统在用

5、电低谷时储能，在高峰负荷时放电，从而降低尖峰功率及申报的最大需求量，达到降低容量电费的目的。户用光伏配储可以提高电力自发自用水平。因海外高昂的电价以及较差的供电稳定性，从而拉动户用光伏装机需求。考虑到光伏在白天发电，而用户一般在夜间负荷较高，通过配置储能可以更好地利用光伏电力，提高自发自用水平，同时降低用电成本。通信基站、数据中心等领域需要配置储能，用于备用电源。当发生停电故障时，储能能够供应储备的电能，避免了故障修复过程中的电能中断。过去铅酸电池为主流后备电源技术路线，但随着5G基站对功耗的增加，磷酸铁锂电池因高能量密度和循环寿命，有望替代铅酸电池。便携式储能可以提高离网用电的可靠性。便携式

6、储能，是一种内置锂离子电池，可提供稳定交流/直流电压输出的电源系统，可应用于户外旅行、应急备灾等离网用电场景。过去，户外及应急用电力的供应来自于小型燃油发电机，但其存在发电机噪音大、操作复杂，污染环境，便携性差等问题。基于锂电池衍生出的移动储能产品有望替代小型燃油发电机。二、储能技术多样，锂电储能有望成为增长主流技术（一）储能技术种类多样，性能决定应用场景按照存储介质划分，储能技术主要分为机械类储能（抽水储能、压缩空气储能以及飞轮储能）、电气类储能（超级电容器储能和超导储能），电化学类储能（铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池），热储能以及化学类储能。1.电化学储能原理：利用各种电池（包括

7、铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等）正负极的氧化还原反应进行充放电。全钢液流电池全钢液流电池是一种以钢为活性物质，呈循环流动液态的氧化还原电池。钢电池的电能以化学能的方式存储在不同价态钢离子的硫酸电解液中。通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。电池的输出功率取决于电池堆的大小，储能容量取决于电解液储量和浓度，故其设计灵活，当输出功率一定时，要增加储能容量，只需要增大电解液储存罐的容积

8、或提高电解质浓度。铅酸电池铅酸电池主要由正极板（活性物质PbO2）、负极板（海绵状金属Pb）x隔板、电解液（硫酸）、盖子等组成，并具备正、负极端子。一个单格铅酸电池的额定电压为2.0Vo铅碳电池是在铅酸电池的负极中加入活性碳，利用高比表面积、高导电性的碳材料，提高铅活性物质的利用率，同时抑制负极硫酸盐化现象，从而提高铅酸电池的寿命和充放电性能。锂离子电池（磷酸铁锂）磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料，石墨作为负极材料。单体额定电压为3.2Vo充电时,锂离子从磷酸铁锂中脱出，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液传递到负极，嵌入负极碳材料中，同时正极释放出电子，自外电路到达负极，维持电化学反应平衡。放

9、电过程发生可逆的反向变化。钠硫电池与其它二次电池不同，钠硫电池的正极为液态硫和多硫化钠熔盐，负极活性物质为熔融金属钠，电解质为B-氧化铝固体电解质。钠硫电池只有在300-350。C才能正常工作,因钠原料易燃，其安全性差。各类电池均有优缺点，但磷酸铁锂电池综合性能更优。铅碳电池能量密度低，循环寿命、倍率性能较差，有铅污染问题，但价格最低，且技术成熟。磷酸铁锂电池能量密度高、倍率性能、工作温度范围较为优异，占地面积少，成本上仍有下降空间，综合性价比高。全钢液流电池在循环寿命、规模、安全性方面优势显著。功率百兆瓦级别，循环次数可1万次以上，可深度放电而不损坏电池；由于共用电解液，电池的一致性很好。但

10、是效率略差，能量密度低，占地面积非常大，并且电池系统增加的管道、泵、阀、换热器等辅助部件，会使得液流电池结构复杂，影响可靠性，且成本高昂。全钢液流电池适合相对更大规模的长时储能。钠硫电池由于其工作温度极高，应用受限。2、机械储能抽水蓄能原理：抽水储能电站配备上、下游两个水库，负荷低谷时，电动机将下游水库的水抽到上游水库保存，在电力负荷高峰期再放水至下游水库推动水轮机发电机发电。即利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理。优点：技术成熟，寿命长，适用于大规模、集中式能量储存，可用于电网的能量管理和调峰；缺点：厂址的选择依赖地势，有局限性；投资建设成本高；能量密度低。压缩空

11、气储能原理：利用电网负荷低谷时的剩余电力，由电动机带动空气压缩机，将空气压缩并储存，在用电高峰时再将压缩空气释放出来，与天然气混合，燃烧膨胀以推动燃气轮机发电。优点：有调峰功能，适合用于大规模风场，因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，从而提高效率。缺点：地下储气采用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山洞等模式，适合地点有限；需要燃气轮机配合，并要一定量的燃气作燃料；全过程效率较低，原因在于空气压缩时会升温，部分能量以热能形式散失，当膨胀前需要重新加热；能量密度低。飞轮储能原理：利用电能将一个放在真空外壳内的转子加速，将电能以动能形式储存起来。优点：响应速度快；功率密度高；寿命长。适用于不间

12、断电源。缺点：能量密度低，只可持续几秒至数分钟；由于轴承的磨损，具有一定的自放电。3、电气类储能超级电容器储能原理：根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。由于电荷层间距非常小（一般0.5mm以下），加之采用特殊电极结构，电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。优点：长寿命；响应速度快；效率高；少维护；运行温度范围广等。缺点：超级电容器的电介质耐压很低，制成的电容器一般耐压仅有几伏，储能水平受到耐压的限制，因而储存的能量不大；能量密度低；投资成本高；有一定的自

13、放电率。超导储能原理：将一个超导体圆环置于磁场中，降温至圆环材料的临界温度以下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中便有感应电流产生，只要温度保持在临界温度以下，电流便会持续下去。超导磁体环流在零电阻下无能耗运行持久地储存电磁能，且在短路情况下运行。优点：功率输送时并无能量形式转换，能量的充放电非常快，功率密度很高；极快的响应速度。缺点：超导材料价格昂贵；维持低温制冷运行需要大量能量；能量密度低（只能维持秒级）；维护复杂。不同储能电池的特点决定了其具备不同的储能应用场景。抽水储能、压缩空气储能因其功率大,且储能周期长,适用于超过IOOMW的大规模的能源管理和调峰。大型电池、液流电池等适合于IOMW及

14、以上的中等规模能量管理。飞轮储能、超导储能、超级电容由于其响应速度非常快（毫秒级别），故常用于不间断电源UPS、调频和电能质量管理（包括瞬时电压降、平滑波动等）。（二）储能锂离子电池出货量快速增长，有望成为未来储能增长的主流技术锂离子电池在新型储能技术中占据主导地位。根据中关村储能产业技术联盟（CNESA）,截至2023年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模209.4GW,同比增长9%o其中，抽水蓄能的累计装机规模占比首次低于90%（为86.2%）,比去年同期下降4.1pct;新型储能的累计装机规模为25.4GW,同比增长67.7%,占比12.2%。在新型储能中，锂离子电池占据绝对主导地位，

15、占比超过90%o图13：2023年全球电力储能市场累计装机规模中不同储能方式的结构占比抽水储能新T铀能嬉触Ji储战锂W子电池帙畸电池铅蓄电池.液流电池飞匏储能压缗空气箕它储能锂离子电池近年出货量高增。根据EVTankz2023年全球储能锂离子电池出货量为66.3GWh,同比增长132.4%,2017-2023的年化复合增速为56.7%o2023年中国储能锂离子电池出货量为42.3GWh,占全球出货量的63.8%,2017-2023的年化复合增速为78.1%o锂电储能有望成为未来主流增长技术。在各种储能技术中，由于锂电池具备能量密度高、转化效率高、响应速度快、产业链配套完善、不受地域限制等优点，

16、成为快速发展的新型储能主流技术。液流电池等技术路线虽然已有示范项目，但仍然存在初始投资成本过高、产业配套不完善等问题，预计未来仍只会作为锂电储能的补充，难以冲击锂电储能在新型储能的主流地位。三、国内外储能政策频出（一）中国政策推动可再生能源配储，探索共享储能新模式在发展目标方面，2023年7月，关于加快推动新型储能发展的指导意见中，提出至2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达30GW以上（2023年末装机量为3GW）o2030年，实现新型储能全面市场化发展。2023年3月，十四五新型储能发展实施方案中，2025年步入规模化发展，2030年全面市场化发展的目标不变。但政策取消了装机规模的要求，而是重点强调提高技术创新能力。体现了国家市场化发展推动新型储能高质量前行的目标。在发展技术方面，推动多元化技术开