零碳科技：儲能行業創新趨勢

發布時間：2023-06-13 20:39:39

全球能源危機正在推動可再生能源更急劇的加速，未來五年全球可再生能源總裝機容量有望增長近一倍，在此期間將超過煤炭成為最大的發電

全球能源危機正在推動可再生能源更急劇的加速，未來五年全球可再生能源總裝機容量有望增長近一倍，在此期間將超過煤炭成為最大的發電來源，并有助于保持將全球變暖限制1.5 °C的可能性。對俄烏沖突引發的能源安全擔憂促使各國越來越多地轉向太陽能和風能為主的可再生能源，以減少對價格大幅飆升的進口化石燃料的依賴。

國際能源署（IEA）在2022年12月發布的《2022年可再生能源》報告中預測，2022年至2027年期間全球可再生能源裝機容量將增長2400GW，這一數字相當于中國目前全部電力裝機容量。

這一巨大的預期增長數量，比上一年所預測的增長量還要高出 30%。IEA報告發現，未來五年可再生能源裝機將占全球新增電力的 90% 以上，到 2025 年初可再生能源將超過煤炭成為全球最大的電力來源。

然而，可再生能源的間歇性和隨機性為電力系統電力電量平衡帶來了巨大挑戰。應對可再生能源風/光發電與用電負荷之間的電力電量不平衡問題，需要依靠儲能技術，即在電能較多時將電能儲存在儲能系統中，在電能不足時通過儲能系統的放電進行電能補充。

國內大儲市場發展迅速，多家儲能品牌依托國內渠道資源加大出貨布局。2021年國內儲能出貨寧德時代遙遙領先，儲能PCS出貨上能電氣、科華數據增長迅速。另一方面，各類新技術迭出，共同促進大儲行業持續發展。高壓級聯儲能在大容量場景優勢顯著；儲能電站火災頻發，政策不斷強調儲能安全，液冷、全氟己酮方案受到關注；新的電化學儲能技術快速發展，鈉離子電池儲能、液流電池儲能、氫儲等產業化不斷加速；新的物理儲能技術層出不窮，光熱儲能、重力儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等示范項目逐步落地。

儲能產業鏈

儲能產業鏈涉及環節包括：

1、儲能系統：包含電池、PCS、BMS、EMS等多個環節，具體標的包括寧德時代、億緯鋰能、陽光電源、南都電源、科士達、科華數據等，其中龍頭公司寧德時代、比亞迪、陽光電源、錦浪科技等出口海外較多；

2、工程EPC、并網檢測、后期運維：具體標的包括南網科技、阿特斯、林洋能源、寶光電氣、萬里揚、電科院等。

儲能電池

儲能電池材料體系以磷酸鐵鋰為主，電池向大容量方向持續演進。

根據工信部要求，儲能型電池能量密度≥145Wh/kg，電池組能量密度≥110Wh/kg。循環壽命≥5000次且容量保持率≥80%。當前的電化學儲能尤其是鋰電儲能技術進入了一個新變革周期，大電芯、高電壓、水冷/液冷等新產品新技術逐漸登上舞臺，儲能系統向大容量方向在持續演進，同時鈉離子電池在未來憑借成本優勢可能占據一席之位。

全球儲能電芯中國廠商出貨領先，寧德時代出貨量全球第一。

根據測算，2021年全球儲能電芯出貨量59.9GWh，其中寧德時代作為最大電芯供應商占據榜首，出貨量16.7GWh，占比達27.9%；派能科技作為戶儲龍頭，出貨1.5GWh，占比2.6%。我們預計2022年全球出貨114.9GWh，同增91.9%，其中寧德時代出貨45.0GWh，同增169.5%；派能科技出貨3.5GWh，同增127.3%。

根據測算，預計2022-2023年全球儲能電芯出貨122.5/219.6GWh，同增101%/79%；其中，寧德時代作為最大電芯供應商占據榜首，我們預計寧德時代2022-2023年出貨50/100GWh，同增199%/100%，占比40.8%/45.5%，龍頭地位穩固。

逆變器技術

在逆變器技術領域，直流1500V取代傳統1000V架構成為趨勢，電站級滲透較快。

2021年國內光伏直流電壓等級為1500V的市場占比約49.4%，1000V市場占比50.6%。拆分來看，分布式光伏中1000V電壓仍為主流，21年戶用全部采用1000V等級系統，工商業有80%采用1000V等級系統。

1500V儲能系統優勢明顯，1500V系統核心產品為1500V儲能PCS。1500V儲能系統的能量密度、功率密度將在原來的基礎上可提升35%+，系統成本降低5%+，系統效率提高0.3%+。40尺的集裝箱+280Ah的電芯下，1000V的電池最大裝機容量為3.3MWh，1500V可以提高到4.5MWh，除了PCS、電池、輔助配件成本可以減少外，人工、地基和土地成本也會大幅下降。近期大型項目，1500V滲透率已超過2/3。

代表廠商有：陽光、上能、科華。其中上能電氣包攬了山東5個百兆瓦級儲能項目的1500V PCS。

逆變器技術應用層出不窮，組串式PCS開始規模化應用。

組串PCS彌補集中式不足，開啟規模化應用。業內目前電池儲能系統主要采取集中式PCS，多組電池并聯將引起電池簇之間的不均衡，久之并聯電池簇中會出現一部分電池實際出力不足，而另一部分超出倍率使用的現象，造成“木桶”效應；而組串式PCS可以實現簇級管理，提升系統壽命，提高全壽命周期放電容量，規模化應用趨勢已見雛形。

應用實例1-2：華能黃臺100MW/200MWh項目，是國內首個采用組串式PCS架構的大型儲能電站（PCS由上能提供）；此外山東德州林洋光儲3MW/6MWh項目也采用該系統架構（華為提供整套系統）。

應用實例3：國電投油城大慶200MW光儲實驗平臺。上能電氣為基地提供了230臺250kW組串一體機、數十臺225kW與175kW組串式逆變器以及3.125MW集中式一體機、3.15MW集散式一體機等多款機型逆變器。其中250kW組串式逆變器一改傳統常規的分散安裝方式，通過1MW集成平臺設計、進行集中式運維管理模式，大大節省了時間和人力，提升了運維效率。

華為將數字信息技術與光伏技術、儲能技術相融合，首次提出對儲能系統進行組串化、智能化、模塊化設計的全新理念，實現電池模組級精細化管理，產生更多放電量（電池配置減少13%，電池壽命提升50%），達到更優投資（初始配置降低30%），極簡運維（25年運維成本減少5000萬元），安全穩定性提升（可用度提升至99%），整體LCOS降低20%以上，最終助力實現從光伏平價邁向光儲平價。

缺點是目前PCS成本較高，但有很大降價空間，參考組串式光伏逆變器。

代表廠商：華為、上能、盛弘。

頭部企業先發優勢明顯，后進者競爭激烈，儲能變流器市場格局仍未定。

根據CNESA，2018-2021年我國排名前十的儲能變流器成商企業不斷更迭，除上能電氣、陽光電源、科華數據等少數企業多年保持領先外，新進入者層出不窮。未來隨著市場進一步發展，我們認為擁有產品、渠道、成本優勢的企業仍將受益行業高增速，最終脫穎而出。

電氣拓撲結構

在電氣拓撲結構方面，大容量下高壓級聯方案優勢顯著。

隨著儲能集成系統容量增加，傳統串聯升壓方案會面臨多種問題：大容量下所需電芯數量眾多，安全風險較大；隨著電芯循環次數增加，電芯本體差異化逐步體現，系統一致性變差；受上述兩因素制約，系統單機容量通常有限，隨著并聯設備增加，二次通信、協調控制變得更加復雜。

大容量下高壓級聯方案優勢凸顯：高壓級聯方案由多個儲能單元構成，采用去并聯組合，每個儲能單元輸出幾十到幾百伏電壓，將電池堆離散化，既大幅度降低了電池堆電量，減少了電池堆內電池單體數量，又大幅提高了系統容量，提升系統安全性。

目前國內掌握高壓級聯技術的企業：國電南瑞、金盤科技、智光電氣、四方股份、新風光等幾家，其中金盤科技產品高壓級聯方案落地較快、容量更大，相關產品率先發布并已獲得1.35億訂單。

儲能安全

近年來，儲能電站火災頻發，溫控熱管理、儲能消防受到重視，行業政策接連出臺，儲能消防系統發展加速。

鋰離子電池中金屬鋰是已知元素（包括放射性元素）中金屬活動性最強的，在汽車領域熱失控現象時有發生，給鋰電池在儲能上的應用埋下了安全隱患。據不完全統計，2022年全球已發生超17起儲能著火事故，2021年以來國家已經發布了多個涉及儲能消防安全的政策，新標準下儲能消防的重要性不斷突顯。

儲能系統集成

在儲能系統集成領域，集成商玩家眾多，多種模式并存，現在主要有三種模式：

Ⅰ、全產業鏈布局：電芯、PCS、BMS、EMS均為自產，國內代表企業為比亞迪。

Ⅱ、專業集成：集成商從外部采購部件，專做系統集成，該模式國內應用較少，國外Doosan、IHI等為代表；

Ⅲ、基于自身產品，由單純設備供應商向系統集成商轉型：該模式國內應用最多，代表企業有：1.光伏逆變器切入PCS的生產商錦浪科技、固德威、德業科技等；2.動力電池切入儲能電池的生產商億緯鋰能、鵬輝能源等；3.由電力設備、電子設備切入PCS/BMS/EMS等部件的生產商金盤科技、科士達、科華數據、寶光股份、科陸電子等。

復盤美國市場，可以發現主流集成廠商采用上述三種模式的均有案例。

項目資源、客戶資源是儲能系統集成商的重要競爭點。

在項目資源方面，對集成商而言，已建設的項目、已獲取的訂單是對公司既有實力的有效證明，對未來訂單獲取具有指引作用。同時，長期來看，儲能項目并網點資源有限。

在客戶資源方面：

1、從項目獲取看，目前發電側儲能需求主要仍來自新能源強制配儲，而電力集團是風電、光伏開發的主力軍，也是招標項目的主要來源。儲能系統集成商正通過戰略合作尋求與業主的深度綁定，2021年華為、陽光電源等紛紛與“兩網”、“五大六小”等電力集團以及地方政府等簽訂系列戰略合作協議，以求在項目獲取上能有更大優勢。

2、從收益核算看，獨立儲能與共享儲能要參與現貨市場、輔助服務市場交易必須接受電網統一調度，有相關資源企業在后期市場交易中更有可能處于有利地位。

分析對比主要儲能集成商的項目、客戶資源，可以發現主要企業均與主要電網集團建立了合作關系，除此之外，科華數據、海博思創、科陸電子等在工商業側、居民側潛力更大，長期在共享儲能等項目獲取中可能獲利。

在項目上，陽光電源、海博思創等龍頭已具有GWh以上項目建設經驗，先發優勢明顯；同時，后起之秀金盤科技、科陸電子等訂單獲取能力較強；此外，行業需求強勁，企業擴產力度較大，金盤科技、智光股份現有產能均超GWh，仍處于擴產進程中。

儲能集成商玩家眾多，參與環節有差異化。

儲能集成商通常在發電側、電網側、用戶側全線布局，但通過對已有項目、在手訂單拆分，我們認為不同企業仍各有側重，市場呈現差異化競爭態勢。具體可從三側、國內外兩個維度區分：

儲能新技術

Ⅰ、鈉離子電池商業進程加速

因為可用資源豐富，鈉電池性能優于鋰電池，綜合性價比較高。

鈉電池快充性能優異（常溫下充電15min電量即可達到80%）、低溫性能良好，常溫條件下循環壽命為4k-5k次，能量密度持平鐵鋰。2022年全球已探明的鋰資源量約為8900萬噸，一半以上分布于南美洲，我國鋰資源總量為510萬噸，全球占比僅為6%，65%的鋰原料需要進口。而鈉的地殼豐度遠高于鋰且廣泛分布于全球各地，海水中即含有豐富的氯化鈉。

鈉電池相較鐵鋰和5系三元單瓦時成本分別下降45%-55%左右，商業化進程加速。

我們假設鈉離子電池電芯材料、殼體材料用量以及制造費用和磷酸鐵鋰電池一致，采用層狀氧化物和普魯士藍的鈉電池電芯單wh材料成本分別為0.27/0.22元，若計入箱體和制造費用，假設合格率為90%，則單wh成本分別為0.47/0.42元，相較磷酸鐵鋰電池的單wh成本（0.8元）和NCM523電池（1.04元）分別有45%和55%左右的降幅。

代表廠商包括NatronEnergy、NAIADES、FARADION、鈉創新能源、中科海納、寧德時代。

Ⅱ、液流電池長時性能更優

液流電池正負極電解液分離，性能優異，鐵鉻、全釩為兩大商用方向。

液流電池是正負極電解液分開，各自循環的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領域（環境）廣、循環使用壽命長的特點。根據電極活性物質的不同可分為鐵鉻、全釩、鋅溴等，鐵鉻和全釩兩種為目前主流商用方向。

鐵鉻電池循環壽命超長，運行溫區較廣，降本在即。

2022年全球鉻鐵礦資源量約120億噸，南非占據半壁江山，我國與鉻礦開采國均保持正常的貿易合作，供應格局尚可。鐵鉻液流電池毒性和腐蝕性較低，理論循環次數可達萬次以上，整體使用壽命可以達到20年以上，成本方面，未來綜合成本或可接近抽水蓄能。

全釩電池性能優異，可用釩資源豐富，但成本較高。

我國釩資源豐富，2022年全球已探明的釩資源量約為6300萬噸，我國釩資源總量為950萬噸，全球占比15%，2020年中國攀鋼集團公司釩企業產能(折合成V2O5)世界排名第一。釩電池安全性高，循環壽命高達16000次，擴容能力強，適合大型儲能場景，且電解液便于回收，效率75%以上。全釩電池能量密度同時成本較高。

Ⅲ、光熱儲能：調峰調頻優勢獨具

光熱發電作為儲能具有天然優勢。

太陽能光熱發電機組既具備同步電源特性，同時配置了熱儲存系統，因此既有一次調頻的功能，同時也能進行二次調頻。根據我國2018年投產的三座太陽能光熱發電示范項目的驗收結果，光熱機組調峰深度最大可達80%；爬坡速度快，升降負荷速率可達每分鐘3%～6%額定功率，冷態啟動時間1小時左右、熱態啟動時間約25分鐘，調節性能優于煤電。

平價有望到來，光伏光熱互補具有成本優勢。

根據中控太陽能，以德令哈市為例，分別利用光伏+電池、光伏+抽水蓄能、光伏+塔式光熱三種技術路線來設計年發電量為400GWh/年的“發電+儲能”系統：光熱儲能調峰電站為光伏配置20%熔鹽儲能服務可以有效解決光伏棄光問題；同時，在相同的儲能調峰補貼下，光伏+光熱儲能調峰電站的綜合上網電價低于光伏+鋰電池儲能；而當儲能補貼高于0.12元/kWh時，光伏+光熱儲能調峰電站的上網電價能夠小于火電脫硫標桿上網電價0.3247元/kWh。

2021年來國家與地方層面多次出臺政策鼓勵光熱儲能發展，推動其在調峰等多場景應用，完善相關價格補償機制。根據CSTA，2021年我國光熱發電類累計裝機容量已達到538MW，占全球的7.91%。

根據CSTA，目前我國光熱示范項目中關鍵部件反射鏡、熔鹽國產化率已超過90%，吸熱管、導熱油國產化率超過70%。隨著行業發展，相關企業有望持續受益。

Ⅳ、重力儲能：在物理儲能中成本占優

重力儲能是一種機械式的儲能，主要原理是基于高度落差對儲能介質進行升降來實現儲能系統的充放電過程。

重力儲能優勢：1）初始投入成本僅需約3元/Wh，低于抽水蓄能和壓縮空氣儲能成本。據測算，重力儲能度電成本約為0.5元/kWh，低于絕大部分電化學儲能系統，在成本上具有優勢；2）安全性高，對建設環境要求不高，對環境破壞小；3）壽命長，重力儲能平均壽命約30-35年，接近抽水蓄能、壓縮空氣儲能。

中國天楹：我國重力儲能先行者，首個重力儲能項目已簽約。2022年1月30日，中國天楹控股子公司Atlas與重力儲能技術開發商瑞士EV公司簽署了《技術許可使用協議》，根據協議，EV授權Atlas在中國區獨家使用許可技術建造和運營重力儲能系統設施。5月20日，該項目落戶如東，是我國首個儲能示范項目，規模為26MW/ 100MWh，項目的簽約有望加快我國重力儲能行業進展。

Ⅴ、壓縮空氣儲能技術已較為成熟

壓縮空氣儲能是指在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發電的儲能方式。相比興建鋼罐等壓力容器儲存的方式，利用鹽穴等地下洞穴建設大容量電站，將顯著降低原材料、用地等方面的成本。按照工作介質、存儲介質與熱源可以分為：傳統壓縮空氣儲能系統（需要補燃）、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統、液氣壓縮儲能系統等。

國內已有壓縮空氣儲能項目投產落地。

2021年9月23日，山東肥城鹽穴先進壓縮空氣儲能調峰電站一期10MW示范電站順利通過發電并網驗收，二期300兆瓦項目也已啟動。2022年5月26日，金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目舉行投產儀式，標志著世界首座非補燃壓縮空氣儲能電站正式投入商業運行。壓縮空氣儲能電站的定價機制還在探索階段，若能與抽水蓄能一樣采取兩部制電價，將提高其經濟性。

Ⅵ、飛輪儲能位于商業化早期

飛輪儲能是新型儲能技術之一，處于商業化早期。

通過電動/發電互逆式雙向電機，電能與高速運轉飛輪的機械動能之間的相互轉換與儲存。飛輪儲能具有使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數限制、安裝維護方便、對環境危害小等優點，可用于不間斷電源、應急電源、電網調峰和頻率控制。但目前飛輪儲能還具有很大的局限性，相對能量密度低、靜態損失較大，現僅處于商業化早期。