2023中国储能行业蓝皮书.pdf
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1、CIC 灼识咨询灼识咨询储能行业蓝皮书储能行业蓝皮书目录目录2储能行业蓝皮书:储能行业蓝皮书:23行业规模及竞争格局分析行业规模及竞争格局分析商业商业储能系统分析储能系统分析电化学储能储能行业概览储能行业概览1资料来源:全球能源互联网发展合作组织,灼识咨询“碳中和碳中和”已成国家长期发展战略规划已成国家长期发展战略规划2020年年9月,中国首次明确给出碳中和时间表月,中国首次明确给出碳中和时间表2021年两会,碳中和被首次写入政府工作报告,成为国家长期战略规划碳中和被首次写入政府工作报告,成为国家长期战略规划:到2030年,非化石能源占一次能源消费比重将要达到25%左右;到2060年,非化石能
2、源消费比重将占的80%以上2021年年3月,月,碳中和被首次写入政府工作报告碳中和被首次写入政府工作报告2021年年10月起,逐步完善碳中和月起,逐步完善碳中和“1+N”政策体系政策体系确定了碳达峰10大行动关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见国务院关于印发国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知年前碳达峰行动方案的通知 提出10方面31项重点任务,明确了碳达峰碳中和工作的路线图、施工图 确定了能源绿色低碳转型行动、交通运输低碳行动等碳达峰10大行动顶顶层层设设计计“1”确定了碳达峰10大行动政政策策落落地地“N
3、”“十四五”现代能源体系规划碳排放权交易管理办法高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)科技支撑碳达峰碳中和行动方案 2020年年9月月习近平主席在第习近平主席在第七十七十五五届联合国大会发表讲话届联合国大会发表讲话:力争于力争于2030年前达到峰值,年前达到峰值,争取于争取于2060年前实现碳中和年前实现碳中和“碳中和碳中和”背景下我国能源结构调整成明确趋势背景下我国能源结构调整成明确趋势5%5%5%6%8%13%18%21%29%31%11%19%27%46%47%17%16%15%10%9%54%43%32%8%4%0%25%50%75%100%2025E2020203
4、0E2050E2060E据全球能源互联网发展合作组织估计,我国新能源装机总量占比将不断攀升:至2030年碳达峰,我国新能源装机总量占比将达到53%,超过传统能源至2060年碳中和,新能源的装机总量占比将来到87%,成为最主要的电力来源至至2060年碳达峰我国各类电源装机总量占比情况年碳达峰我国各类电源装机总量占比情况预测预测火电光伏水电核电及其他风电传统能源新兴能源传统能源新兴能源“碳中和碳中和”趋势下新兴低碳清洁能源将成为电力供应的核心趋势下新兴低碳清洁能源将成为电力供应的核心占比“碳中和碳中和”自自2020年提出后已成为我国长期发展战略规划,顶层设计逐步完善,随着未来碳达峰、年提出后已成为
5、我国长期发展战略规划,顶层设计逐步完善,随着未来碳达峰、碳中和的目标逐步实现,以新兴低碳清洁能源作为电力供应核心的能源结构成明确趋势碳中和的目标逐步实现,以新兴低碳清洁能源作为电力供应核心的能源结构成明确趋势资料来源:国家能源局,灼识咨询 电力系统需保持发电出力(功率)和用电负电力系统需保持发电出力(功率)和用电负荷(效率)的实时平衡,新能源难达要求荷(效率)的实时平衡,新能源难达要求 风电:日内分布昼小夜大,与日内负荷曲线相反,呈现反调峰特性;季节上夏季出力较小,与用户侧需求曲线不符 光伏:日内受太阳辐射变化,发电水平先增后减,与用户侧曲线存在时滞,同时受气象条件影响较大,增加了出力的随机性
6、;季节上,冬季太阳辐射强度较低,不稳定性较大光伏日出电力具有波动性和不稳定性光伏日出电力具有波动性和不稳定性新能源发电呈波动性和间歇性新能源发电呈波动性和间歇性 随着新能源装机容量的迅速增加,我国部分我国部分优位地区风能、光伏的供电上限大幅抬高,远优位地区风能、光伏的供电上限大幅抬高,远远超出其右端消纳能力,发生弃风、弃光现象远超出其右端消纳能力,发生弃风、弃光现象造成资源的浪费造成资源的浪费 2021年全国弃风率达3.1%,青海、蒙西地区达到10.7%和8.9%;全国弃光率达2%,西藏地区甚至达到19.8%,大量可用资源浪费造成的损失动摇了新能源产业的健康发展新能源发展加压消纳,弃风光频现新
7、能源发展加压消纳,弃风光频现 居民和第三产业用电占比不断提高,电网也需要从适应工业负荷向适应民用负荷过渡,由于其单体用电规模小、分布零散且运行不规律,单体用电规模小、分布零散且运行不规律,加大了负荷预测的难度加大了负荷预测的难度 随着小型化、多元化的用户终端(如分布式微电网等)在电力系统中的占比不断提升,用电负荷波动性将进一步增大居民及第三产业用电增加负荷波动居民及第三产业用电增加负荷波动2021年我国部分地区弃光率与弃风率年我国部分地区弃光率与弃风率2011-2021年间我国用电量结构变化年间我国用电量结构变化8.9%2.4%2.3%7.3%2.9%2.5%2.4%2.0%1.8%1.7%1
8、.5%0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%20%青海蒙西0.0%19.8%西藏10.7%陕西13.8%蒙东3.5%2.5%宁夏0.6%4.6%山西河北新疆4.1%甘肃1.1%吉林0.9%弃风率弃光率75.0%73.5%72.2%70.4%68.3%67.5%10.9%11.8%12.9%14.0%16.4%17.1%12.0%12.8%13.1%13.8%14.2%14.1%201120132.2%1.9%201920151.8%202120171.8%1.1%1.2%城乡居民生活第三产业第二产业第一产业占比比率05101520253035404578910 11 12 13 1
9、4 15 16 17 18 19 20 21晴天阴雨多云时间/时光伏功率/MW以清洁可再生能源为主的能源结构当前存在一系列挑战,首先其供电过程存在波动性和间歇性,其次会使消纳以清洁可再生能源为主的能源结构当前存在一系列挑战,首先其供电过程存在波动性和间歇性,其次会使消纳端承压,引发弃风、弃光现象,最后也难以解决居民及第三产业用电增加导致的负荷波动问题端承压,引发弃风、弃光现象,最后也难以解决居民及第三产业用电增加导致的负荷波动问题资料来源:灼识咨询利用储能系统解决可再生能源并网波动性与消纳问题利用储能系统解决可再生能源并网波动性与消纳问题储能配置应对尖峰供电,节省电网投资开支储能配置应对尖峰供
10、电,节省电网投资开支AC/DCDC/ACDC/DCDC/ACPwPb储能系统储能系统新能源发电新能源发电变压器变压器变压器变压器电网电网Pout储能在发电侧参与平抑波动的应用模式储能在发电侧参与平抑波动的应用模式 储能系统可以平抑新能源供电的波动性储能系统可以平抑新能源供电的波动性 当新能源发电出力功率Pw因其波动性和间歇性而超过或不达输出所需功率Pout时,可利用储能系统运作的功率Pb对Pw进行负反馈式调整,以满足负荷端需求 用户侧如需进行电力自发自用,储能系统能提高用电可靠性 储能系统可以提供额外储量支撑储能系统可以提供额外储量支撑 对超发电量进行存储,可以在迫急时缓解调峰压力,也可以将其
11、进行外输 一定程度上也能保障来年供电的充裕度 储能配置可以有效促进对新能源发电的消纳,从而减少弃风、弃光等资源浪费现象的发生非尖峰供电:95%最大负荷尖峰供电非尖峰供电时长8705小时,占全年99.37%0-最大负荷1.05亿千瓦全年时长8760小时超超95%最大负荷为尖峰供电,其占全年运行时长仅最大负荷为尖峰供电,其占全年运行时长仅0.63%江苏省2019年尖峰供电仅有55小时,却需投资约420亿元55小时发电方式发电方式发电机组发电机组机组转动惯量与调频能力机组转动惯量与调频能力火电/水电有发电汽轮机组具有转动惯量,可在电网出现系统性波动时起到延缓和调整作用风电有机组转速较慢,转动惯量较小
12、,调频能力一般光伏无无转动设备,不具备转动惯量,自身不可调频 江苏省2019年全年尖峰负荷供电时长仅占0.63%,若进行直接投资扩容以满足最大负荷水平,则支出高达420亿元左右 储能设备配置可提供可靠容量支撑应对突发性尖峰供电,如采用储能设备配置可提供可靠容量支撑应对突发性尖峰供电,如采用500万千瓦万千瓦/2小小时电池储能以解决上述问题,则投资缩减至时电池储能以解决上述问题,则投资缩减至200亿元左右,大幅节省了电网投资亿元左右,大幅节省了电网投资 风电机组转动惯量小,光伏无转动设备,随着风光电源装机容量的提升,电网应对频率突变的响应能力低下。使用电化学储能为代表的的储能方式,能提供快速响应
13、速率,在电网频率发生系使用电化学储能为代表的的储能方式,能提供快速响应速率,在电网频率发生系统性波动时提供电网惯量支撑,并自动响应进行调频统性波动时提供电网惯量支撑,并自动响应进行调频12储能配置支撑系统惯量,补充电网调频能力储能配置支撑系统惯量,补充电网调频能力常规能源新兴能源储能系统在解决新能源发电所面临的挑战中发挥重要作用,不仅能够平抑新能源并网的波动性,还储能系统在解决新能源发电所面临的挑战中发挥重要作用,不仅能够平抑新能源并网的波动性,还能有效应对尖峰供电,节省电网投资,也能对新能源发电较差的调频能力予以弥补能有效应对尖峰供电,节省电网投资,也能对新能源发电较差的调频能力予以弥补12
14、36资料来源:灼识咨询储能行业按照用户类型划分,可以划分为商业储能以及户用储能,其中商业储能分为表前储能和表储能行业按照用户类型划分,可以划分为商业储能以及户用储能,其中商业储能分为表前储能和表后储能,户用储能为表后储能后储能,户用储能为表后储能户用储能户用储能商业储能商业储能户用储能指小型用户侧储能系统,通常为表表后储能后储能以及便携式储能便携式储能,并主要与户用光伏与户用光伏配合安装配合安装,为小型用户提供与储存电力商业储能指大型工商业用户侧储能系统,既有表前表前也有表后储能表后储能,能够与与电源配合安装电源配合安装与独立安装独立安装,为大型用户提供与储存电力主要储能形式主要储能形式应用领
15、域应用领域使用场景使用场景表前储能表前储能表后储能表后储能表后储能表后储能主要作用主要作用主要类型主要类型发电侧储能发电侧储能电网侧储能电网侧储能工商业储能工商业储能家庭储能家庭储能 热储能 电化学储能 氢储能 电化学储能 氢储能 电化学储能 电化学储能 新能源电站 传统电站 独立储能站 电网变电站 工业园区发储能站 商业楼宇储能站 电力调峰 辅助动运行 系统调频 可再生能源并网 缓解电网阻塞 延缓输配电扩容升级 电力自发自用 峰谷价差套利 容量电费管理 提升供电可靠性 家庭发储设备 小型商户发储设备便携储能便携储能 便携储能设备 电力自发自用 容量电费管理 提升供电可靠性 提升供电可靠性 电
16、化学储能用户侧场景用户侧场景优势优势 技术成熟成熟 使用寿命长寿命长 储存能量大能量大 可靠、经济、寿命周期相对长相对长,技术相对成熟相对成熟,运行灵活反应快捷,效率可以较高 寿命周期相对长相对长,循环循环次数多,次数多,少维护 响应速度快速度快,充放电时间快 效率相对高运行温度区间大 储存能量大,可储存时间长缺点缺点 成本高高 存在高发热量高发热量的问题 应用场合十分局限 选址受地理限制,有难度和局限性 能量密度偏低,有放电损耗 能量密度低,自放电损耗大 效率较低应用应用范围范围 应用非常广泛应用非常广泛 在再生能源发电上有一定作用 抽水应用电力系统调峰填谷、调频、调相、事故备用;压缩空气仅
17、适用大规模风场;飞轮适用于配电系统 超级电容器适合配合其他储能手段 超导在电网应用少,技术难度高 可用于发电,汽车等 正处于产业探索阶段,有部分氢储能项目建成数据来源:灼识咨询目前主要储能技术为机械类储能,而电化学储能有着储能响应速度快、环境适应性强,并可进行双目前主要储能技术为机械类储能,而电化学储能有着储能响应速度快、环境适应性强,并可进行双向调节和分散配置的特点,随着技术成熟,电化学储能越来越多的投入到应用中向调节和分散配置的特点,随着技术成熟,电化学储能越来越多的投入到应用中按照储能技术的不同可分为电化学储能、机械类储能、电磁储能、热储能、化学储能等。其中电化学储能因为技术成熟技术成熟
18、,使用寿命长使用寿命长等优点,应用非常广泛机械类储能机械类储能:抽水、压缩空气、飞轮电磁储能:电磁储能:超级电容、超导热储能:热储能:热能隔热容器氢氢储能:储能:电解水生成氢,也可制成甲烷等储能技术分类储能技术分类电化学储能:电化学储能:二次电池液态电解质1234587.8%10.2%0.0%1.9%0.1%电化学储能热储能化学储能电磁储能机械类储能中国电力储能市场累计装机规模,中国电力储能市场累计装机规模,2021锂离子电池锂离子电池钠离子电池钠离子电池液流电池液流电池铅蓄电池铅蓄电池安全性问题、目前成本较高、电池寿命及均衡问题能量密度低、不能深充深放、循环寿命问题、环保问题环境要求较高环境
19、率温不度高要、求需较辅高助、液转泵功速率度、快能,量组密态度方大式,灵响活技术成熟、性价比较高能量密度高,响应速度 快、循环寿命高蓄、电能容量量与大功、率可分深开度控充制5-15年5-15年10-15年5-20年磷酸铁锂离子电池、三元锂离子电池等由铅及其氧化物制成钠硫电池、钠盐电池、钠空气电池等全钒液流电池、铅酸液流电池等产业化应用,主导地位产业化应用产业化应用,快速发展产业化应用94.6%2.2%1.2%2.0%锂离子电池液流电池铅蓄电池纳基电池中国电化学储能市场累计装机规模,中国电化学储能市场累计装机规模,2021电池电池类型类型使用使用寿命寿命发展发展现状现状主要主要缺点缺点主要主要优点
20、优点数据来源:中国储能网,灼识咨询电化学储能主要技术包括锂离子电池、铅蓄电池、钠离子电池以及液流电池,其中锂电池是目前主电化学储能主要技术包括锂离子电池、铅蓄电池、钠离子电池以及液流电池,其中锂电池是目前主流,钠离子电池及液流电池技术也是目前行业研发的焦点流,钠离子电池及液流电池技术也是目前行业研发的焦点目录目录9储能行业蓝皮书:储能行业蓝皮书:23行业规模及竞争格局分析行业规模及竞争格局分析商业商业储能系统分析储能系统分析电化学储能储能行业概览储能行业概览1储能行业自储能行业自“十二五十二五”规划被写入国家级政府文件规划被写入国家级政府文件后,从研发示范向商业化初期,再走向全面规模后,从研发
21、示范向商业化初期,再走向全面规模化、市场化的过程中,得到全周期的顶层设计支持,政策环境持续向好化、市场化的过程中,得到全周期的顶层设计支持,政策环境持续向好20172011年年3月月第十二个五年规第十二个五年规划纲要划纲要:适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求,加快现代电网体系建设依托信息、控制和储能等先进技术,切实加强城乡电网建设与改造,增强电网优化配置电力能力和供电可靠性储能在我国“十二五”纲要中被首次提及,自此储能成为我国能源生产与消费储能成为我国能源生产与消费革命中的重要研究和创新方向革命中的重要研究和创新方向2016年年12月月能源生产与消能源生产与消费革命战略费革命战略(201
22、6-2030):推进能源生产智能化,加快开发先进储能系统,建设基于用户侧的分布式储能设备发展储能和电动汽车应用2017年年9月月关于促进储能技术与产业关于促进储能技术与产业发展的指导意见发展的指导意见:十三五期间,实现储能研发示范向商业化初期过度十四五期间,储能产业规模化发展,储能在推动能源变革和能源互联网发展中的作用全面展现进一步加快储能研发创新,将重心放在新型储能的试点运用,推动储能的产业孵化,培育一批未来领军企业“十三五”规划期间孰能是我国重点发展的战略性新兴产业战略性新兴产业2018年年2月月关于提升电力系统调节能关于提升电力系统调节能力的指导意见力的指导意见:加快新型储能技术研发创新
23、,开展在风电、光伏发电配套储能设施试点工作2021年年2月月推进电力源网荷储一体化和多推进电力源网荷储一体化和多能互补发展能互补发展:探索构建源网荷储高度融合的新型电力系统发展路径 利用存量常规电源,合理配置储能,统筹各类电源规划、设计、建设、运营,优先发展新能源,推进多能互补2021明确新型储能作为市场主明确新型储能作为市场主体并发挥产业推动作用体并发挥产业推动作用积极推动新型储能作为独立储能调度电力市场,向规模化、市场化发展2021年年7月月关于加快推动新型储关于加快推动新型储能发展的指导意见能发展的指导意见:到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3000万千瓦
24、以上,在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用到2030年,实现新型储能全面市场化发展2022年年6月月关于进一步推动新型储能参关于进一步推动新型储能参与电力市场调度运用通知与电力市场调度运用通知:新型储能可作为独立储能参与电力市场充分发挥独立储能技术优势提供辅助服务,由相关发电侧并网主体、电力用户合理分摊2021年年8月月新版新版“两个细则两个细则”:新型储能列为市场主体明确新型储能调度技术指导和管理内容2011新型储能全面规模化、市场化发展新型储能全面规模化、市场化发展储能由研发示范向商业化初期过渡储能由研发示范向商业化初期过渡第一份储能发展的第一份储能发展的“顶层设计顶层设计”出出台
25、台储能产业的政策环境稳中向好储能产业的政策环境稳中向好2021年年3月月第十四个五年规划和第十四个五年规划和2035年年远景目标纲要远景目标纲要:在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业资料来源:灼识咨询资料来源:灼识咨询商业储能方案中目前以电化学储能为主,储能解决方案通常由储能系统集成产品和储能系统软件产商业储能方案中目前以电化学储能为主,储能解决方案通常由储能系统集成产品和储能系统软件产品共同组成,另外储能解决方案的安装建设和运营也是非常重要的环节品共同组成,另外储能解决方案的安装建设和运营也是非常重要的环节电芯电芯电池组电芯 电芯电池组B
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