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導讀

儲能是新能源發展的必備基礎設施：以風光為例的可再生資源發電具有極強的不可控性，為了維持電網供電方和用電方的平衡，保障電網安全，有必要引入儲能作為靈活性調節資源。傳統的抽水蓄能和新型儲能例如電化學儲能、壓縮空氣儲能等技術百花齊放。目前全球儲能市場呈現中美大儲、歐洲戶儲的格局，未來，儲能將為電力部門碳中和做出巨大貢獻。

01

新型電力系統必須依靠儲能進行調節

2021年3月15日，習近平(ping)總書(shu)記在中(zhong)央財經委員(yuan)會第九次會議上提出構建新(xin)(xin)型(xing)電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)，為(wei)(wei)(wei)新(xin)(xin)時代(dai)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)電(dian)力發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)指明了科(ke)學方(fang)向，也為(wei)(wei)(wei)全(quan)球電(dian)力可持續發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)提供(gong)(gong)了中(zhong)國(guo)方(fang)案。2023年1月，國(guo)家能(neng)(neng)(neng)源(yuan)局(ju)發(fa)布了《新(xin)(xin)型(xing)電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)藍皮書(shu)(征求(qiu)意見(jian)稿)》，提出新(xin)(xin)型(xing)電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)是以(yi)(yi)確(que)保能(neng)(neng)(neng)源(yuan)電(dian)力安全(quan)為(wei)(wei)(wei)基(ji)本前提，以(yi)(yi)滿(man)足經濟社會高質量發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)的(de)電(dian)力需求(qiu)為(wei)(wei)(wei)首要目(mu)標，以(yi)(yi)高比例新(xin)(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)供(gong)(gong)給(gei)消(xiao)納體系(xi)(xi)建設為(wei)(wei)(wei)主(zhu)線任務，以(yi)(yi)源(yuan)網荷儲多項協同(tong)、靈(ling)活(huo)互動為(wei)(wei)(wei)堅強支撐(cheng)的(de)新(xin)(xin)時代(dai)電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)。儲能(neng)(neng)(neng)作為(wei)(wei)(wei)新(xin)(xin)型(xing)電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)四大部門的(de)關(guan)鍵一環，其重要性不言而喻。

圖1光伏、風電出(chu)力和負荷曲線(資料(liao)來源(yuan)：《面向園區微網的“源(yuan)-網-荷-儲”一體化運營(ying)模(mo)式(shi)》)

電(dian)(dian)(dian)能(neng)是一種即發(fa)(fa)即用(yong)(yong)的(de)(de)能(neng)量，發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)側(ce)和用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)側(ce)的(de)(de)功率(lv)必須匹配(pei)(pei)，才能(neng)保障電(dian)(dian)(dian)網的(de)(de)穩定。根據EIA預測，到2050年(nian)，風(feng)光(guang)(guang)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)將占(zhan)可(ke)(ke)再生能(neng)源發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)量的(de)(de)72%，相比2020年(nian)占(zhan)比提升近一倍(bei)。與傳統(tong)火(huo)電(dian)(dian)(dian)可(ke)(ke)調(diao)節性強不(bu)同(tong)，風(feng)光(guang)(guang)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)具(ju)有低(di)慣量、低(di)阻尼(ni)、弱電(dian)(dian)(dian)壓支撐的(de)(de)特點。也就是說，風(feng)光(guang)(guang)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)具(ju)有巨大(da)的(de)(de)波動性，會使(shi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)側(ce)和用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)側(ce)的(de)(de)平衡(heng)更加難以(yi)實(shi)現(xian)。因此，為保持電(dian)(dian)(dian)網的(de)(de)平衡(heng)，很(hen)多時(shi)(shi)(shi)候風(feng)光(guang)(guang)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)并未接(jie)入電(dian)(dian)(dian)網而被(bei)浪(lang)費(fei)，產生“棄風(feng)棄光(guang)(guang)”現(xian)象(xiang)。2023年(nian)，我國(guo)棄風(feng)、棄光(guang)(guang)量超過300億千瓦時(shi)(shi)(shi)，對應(ying)價值超過100億元。配(pei)(pei)備(bei)儲能(neng)可(ke)(ke)以(yi)完美(mei)地解決(jue)該問(wen)題：當發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)側(ce)功率(lv)過高(gao)時(shi)(shi)(shi)，儲能(neng)將多余電(dian)(dian)(dian)量儲存起來;當用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)負荷過高(gao)時(shi)(shi)(shi)，儲能(neng)將此前儲存的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)能(neng)釋放(fang)出去，從而實(shi)現(xian)能(neng)量的(de)(de)實(shi)時(shi)(shi)(shi)匹配(pei)(pei)，確保電(dian)(dian)(dian)網安全穩定。

圖2 2022年各(ge)月份(fen)棄(qi)風、棄(qi)光率(圖源：全(quan)國新能源消(xiao)納監測預警中心)

02

儲能的應用場景涵蓋電力系統的各個方面

儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)按照(zhao)應用場景可(ke)以分為發(fa)電(dian)側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、電(dian)網側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)用電(dian)側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。其中(zhong)發(fa)電(dian)側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)電(dian)網側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)被稱為表(biao)(biao)前儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，用電(dian)側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)被稱為表(biao)(biao)后儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。用電(dian)側(ce)(ce)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)按照(zhao)主(zhu)體不(bu)同(tong)可(ke)進一步(bu)劃分為工商業儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)戶(hu)用儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。

發(fa)電(dian)(dian)(dian)側儲能(neng)主要(yao)用(yong)于電(dian)(dian)(dian)力調峰(feng)、輔助動(dong)態運行、系(xi)統調頻和可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)并(bing)網(wang);電(dian)(dian)(dian)網(wang)側儲能(neng)主要(yao)用(yong)于緩(huan)解電(dian)(dian)(dian)網(wang)阻塞、延緩(huan)輸配電(dian)(dian)(dian)擴容升(sheng)級、調峰(feng)調頻;用(yong)電(dian)(dian)(dian)側儲能(neng)主要(yao)用(yong)于電(dian)(dian)(dian)力自發(fa)自用(yong)、峰(feng)谷(gu)價差套利(li)、容量(liang)電(dian)(dian)(dian)費管理和提升(sheng)供電(dian)(dian)(dian)可(ke)靠性。

圖(tu)3儲(chu)能在(zai)發電(dian)側、電(dian)網側和用(yong)電(dian)側的應用(yong)場景(圖(tu)源(yuan)：派能科技(ji))

一(yi)般而言，表(biao)前(qian)儲(chu)能(neng)和大(da)工(gong)商業儲(chu)能(neng)功率往往大(da)于(yu)30MW且能(neng)量大(da)于(yu)30MWh，在國標《電化學儲(chu)能(neng)電站設計規(gui)范》中被定義為(wei)大(da)儲(chu)，戶用儲(chu)能(neng)和小型(xing)工(gong)商業儲(chu)能(neng)被定義為(wei)小儲(chu)。

03

新型儲能技術百花齊放

鋰電池儲能商業化程度最好

儲(chu)能(neng)(neng)(neng)，即把電能(neng)(neng)(neng)轉化為(wei)其他(ta)形(xing)式的(de)能(neng)(neng)(neng)力儲(chu)存起來，需要使用時再(zai)將其轉化為(wei)電能(neng)(neng)(neng)。儲(chu)能(neng)(neng)(neng)根據能(neng)(neng)(neng)量(liang)形(xing)式可分為(wei)抽水蓄能(neng)(neng)(neng)、電化學儲(chu)能(neng)(neng)(neng)、壓縮空氣儲(chu)能(neng)(neng)(neng)、機械(xie)能(neng)(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)等多種技術種類。

一、抽水儲能

抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)是最主流(liu)的(de)(de)傳(chuan)統儲(chu)能(neng)技術。抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)電站由(you)存在(zai)一定落差的(de)(de)上水(shui)(shui)(shui)庫(ku)、下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)庫(ku)和(he)連接兩(liang)個水(shui)(shui)(shui)庫(ku)的(de)(de)引水(shui)(shui)(shui)系統、地下(xia)(xia)(xia)廠(chang)房(可逆式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪機組)組成。利(li)用(yong)下(xia)(xia)(xia)半(ban)(ban)夜(ye)過剩的(de)(de)電力驅動水(shui)(shui)(shui)泵，將水(shui)(shui)(shui)從下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)庫(ku)抽(chou)到上水(shui)(shui)(shui)庫(ku)儲(chu)存，在(zai)白天和(he)前半(ban)(ban)夜(ye)將水(shui)(shui)(shui)放出發(fa)電，并流(liu)入下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)庫(ku)。抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)具有技術成熟、儲(chu)能(neng)容(rong)量大、系統效率高、運行壽命(ming)長(chang)、安全性(xing)能(neng)高等優勢，是目前最主流(liu)的(de)(de)儲(chu)能(neng)方式(shi)。抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)的(de)(de)造價(jia)已相(xiang)對平穩，單GW靜態投資額為53.67億元。截至2022年底，我(wo)國抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)累計裝(zhuang)(zhuang)機容(rong)量達到45GW，占所(suo)有儲(chu)能(neng)裝(zhuang)(zhuang)機規(gui)模(mo)(mo)的(de)(de)79%，同比增長(chang)24%，裝(zhuang)(zhuang)機規(gui)模(mo)(mo)據全球首位。

圖4抽(chou)水蓄能原理(圖源：數字經濟網(wang))

圖5我國(guo)儲(chu)能裝機(ji)結構(圖源：CNESA)

然而，由于水(shui)庫(ku)建設周期長，抽水(shui)蓄能(neng)電站建設的(de)地理(li)條件(jian)苛刻(ke)(上(shang)下水(shui)庫(ku)需達(da)(da)到40-600m的(de)高度差)等因素，抽水(shui)蓄能(neng)未來的(de)發展空(kong)間相(xiang)對有限。《新型電力(li)系統(tong)發展藍皮書(征(zheng)求意見稿(gao))》計(ji)劃，2030年裝機(ji)規模達(da)(da)到120GW，相(xiang)比2022年年化增(zeng)長13%

圖6全球主要國家抽水蓄能裝機容量(GW)(圖源：IRENA，Statista)

二、電化學儲能

如圖5所示，以(yi)鋰離子電(dian)池為代表的的電(dian)化學儲能(neng)是新型儲能(neng)中目前占比最高的儲能(neng)技術。完整的電(dian)化學儲能(neng)系統(tong)包括電(dian)池組、電(dian)池管(guan)(guan)理(li)系統(tong)(BMS)、能(neng)量管(guan)(guan)理(li)系統(tong)(EMS)、儲能(neng)變流(liu)器(PCS)以(yi)及(ji)其他(ta)電(dian)氣設備構成。

圖(tu)(tu)7電化學儲能系統結構示(shi)意圖(tu)(tu)(圖(tu)(tu)源：派能科技)

電池(chi)組是(shi)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)系統最主(zhu)要(yao)的(de)(de)構成部分(fen)，用(yong)來儲(chu)存(cun)能(neng)(neng)(neng)量;電池(chi)管理系統主(zhu)要(yao)負(fu)責電池(chi)的(de)(de)監測、評估、保護以(yi)及均衡等;能(neng)(neng)(neng)量管理系統負(fu)責數據采集(ji)、網絡監控(kong)和(he)能(neng)(neng)(neng)量調度(du);儲(chu)能(neng)(neng)(neng)變流(liu)器是(shi)連接交流(liu)和(he)直(zhi)(zhi)流(liu)的(de)(de)裝置，實(shi)現交直(zhi)(zhi)流(liu)的(de)(de)雙向(xiang)轉(zhuan)換，可控(kong)制蓄電池(chi)的(de)(de)充電和(he)放電過程。從成本(ben)結(jie)構來看，儲(chu)能(neng)(neng)(neng)電池(chi)成本(ben)占(zhan)比(bi)60%以(yi)上，儲(chu)能(neng)(neng)(neng)PCS成本(ben)占(zhan)比(bi)約10%

圖8儲能系統工(gong)作原理圖(圖源(yuan)(yuan)：陽(yang)光電(dian)源(yuan)(yuan)官(guan)網)

圖9電化學儲能系統成本(ben)構成(資料來源(yuan)：高工鋰電)

按照正極材料的(de)不同(tong)，鋰(li)(li)(li)(li)離子電(dian)池(chi)(chi)儲(chu)(chu)能(neng)可分為磷酸鐵(tie)鋰(li)(li)(li)(li)儲(chu)(chu)能(neng)和三(san)元(yuan)鋰(li)(li)(li)(li)電(dian)池(chi)(chi)儲(chu)(chu)能(neng)。其中磷酸鐵(tie)鋰(li)(li)(li)(li)安(an)全(quan)性(xing)好(hao)、低溫性(xing)能(neng)好(hao)、循(xun)環(huan)性(xing)能(neng)好(hao)、成本較(jiao)低，是(shi)我國鋰(li)(li)(li)(li)電(dian)池(chi)(chi)儲(chu)(chu)能(neng)的(de)主要(yao)(yao)技術路(lu)線。而三(san)元(yuan)鋰(li)(li)(li)(li)電(dian)池(chi)(chi)憑借能(neng)量密度高、空間占用小、發展較(jiao)早的(de)優勢，在歐美等地區仍然占據較(jiao)大的(de)市場空間，例如特(te)斯(si)拉在北美的(de)儲(chu)(chu)能(neng)業務依然主要(yao)(yao)是(shi)三(san)元(yuan)鋰(li)(li)(li)(li)電(dian)池(chi)(chi)。除了鋰(li)(li)(li)(li)離子電(dian)池(chi)(chi)，電(dian)化學儲(chu)(chu)能(neng)系統還包(bao)括全(quan)釩液(ye)流電(dian)池(chi)(chi)、鈉(na)離子電(dian)池(chi)(chi)、鉛蓄(xu)電(dian)池(chi)(chi)、鈉(na)硫電(dian)池(chi)(chi)等。全(quan)釩液(ye)流電(dian)池(chi)(chi)是(shi)目前產(chan)業鏈成熟度最高的(de)液(ye)流電(dian)池(chi)(chi)。

圖10全釩(fan)液流(liu)電池原理(li)(圖源：中和(he)儲能(neng)、電氣時代)

與(yu)鋰離子(zi)電(dian)池(chi)能量載體是固態的(de)正負極材料(liao)不(bu)同(tong)，全釩液(ye)(ye)流電(dian)池(chi)以不(bu)同(tong)價(jia)態的(de)釩離子(zi)溶液(ye)(ye)作為正負極，電(dian)解液(ye)(ye)決定容量大(da)小(xiao)，電(dian)堆決定功率大(da)小(xiao)。因此，液(ye)(ye)流電(dian)池(chi)不(bu)會受到固態正極材料(liao)因充放電(dian)導致(zhi)晶體結構(gou)破壞、容量降低的(de)問題，可以實(shi)現長時儲能。目前的(de)主要制約因素是原料(liao)五氧化二釩的(de)價(jia)格(ge)較(jiao)高，并會對環境(jing)造成污染。

表1電化學儲能數據對比(表源：蔡世超《儲能在電力系統中的應用》)

由于鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)能(neng)(neng)量密度高(gao)、效率高(gao)、循環性能(neng)(neng)好(hao)、適用范(fan)圍廣，且因為(wei)(wei)動力電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)產業的發展已經積(ji)累了先發優勢，成(cheng)(cheng)本(ben)控制較好(hao)，其已經成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)目前最主流、最成(cheng)(cheng)熟的新型儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)術。2023年(nian)以后，碳酸(suan)鋰價(jia)格快(kuai)速下(xia)跌，使得(de)鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)儲(chu)能(neng)(neng)的成(cheng)(cheng)本(ben)進(jin)一(yi)步下(xia)降(jiang)，目前建造成(cheng)(cheng)本(ben)為(wei)(wei)0.8-2元/Wh，平準化全(quan)壽命(ming)度電(dian)(dian)成(cheng)(cheng)本(ben)(LCOE)約為(wei)(wei)0.5-0.8元/W·h。預計未來(lai)隨(sui)著碳酸(suan)鋰價(jia)格的下(xia)跌，鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)成(cheng)(cheng)本(ben)進(jin)一(yi)步下(xia)降(jiang)，鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的優勢或可長期保(bao)持。

圖11 2023年后電池級碳酸鋰價格快速下(xia)跌(元/噸)(資(zi)料來(lai)源：Wind資(zi)訊)

三、壓縮空氣儲能

壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣(qi)儲(chu)能(neng)在(zai)(zai)電(dian)(dian)網負(fu)荷低谷通過壓(ya)縮(suo)機壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣(qi)儲(chu)能(neng)能(neng)量，并將(jiang)壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣(qi)運輸至(zhi)廢(fei)棄(qi)鹽洞(dong)等壓(ya)力容(rong)器保存，在(zai)(zai)電(dian)(dian)力負(fu)荷較大(da)時(shi)(shi)，放出(chu)儲(chu)氣(qi)庫內(nei)的高(gao)壓(ya)氣(qi)體(ti)，并將(jiang)氣(qi)體(ti)加熱至(zhi)一定溫度(du)后輸送(song)到膨(peng)脹劑，將(jiang)壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣(qi)的勢能(neng)轉化為膨(peng)脹機的機械能(neng)，驅動(dong)發電(dian)(dian)機發電(dian)(dian)。壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣(qi)儲(chu)能(neng)放電(dian)(dian)時(shi)(shi)長可(ke)達(da)4小時(shi)(shi)以上，適合作為長時(shi)(shi)儲(chu)能(neng)系統，且(qie)壽命較長，可(ke)循環上萬次(ci)，使用(yong)期(qi)長達(da)40年。壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣(qi)儲(chu)能(neng)在(zai)(zai)我國已(yi)經進入(ru)100MW級示范項目(mu)階段(duan)，十四五期(qi)間效(xiao)率(lv)有(you)望提升至(zhi)65%-70%，建(jian)造成本降至(zhi)1000-1500元/kWh，平準(zhun)化全壽命度(du)電(dian)(dian)成本0.68元/Wh。目(mu)前的主要制(zhi)約因素是大(da)型(xing)壓(ya)氣(qi)設備(bei)、膨(peng)脹設備(bei)、蓄熱設備(bei)和儲(chu)罐(guan)等性(xing)能(neng)的提升。

圖12壓縮空氣(qi)儲(chu)能(neng)原理(li)(圖源：《壓縮空氣(qi)儲(chu)能(neng)中的蓄(xu)熱(re)技術(shu)及其經(jing)濟性研究(jiu)》)

四、機械能儲能

機(ji)械能(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)目(mu)前(qian)包(bao)括重(zhong)(zhong)力(li)儲(chu)能(neng)(neng)和飛輪(lun)儲(chu)能(neng)(neng)。重(zhong)(zhong)力(li)儲(chu)能(neng)(neng)通過電力(li)將重(zhong)(zhong)物提升至高處，將電能(neng)(neng)儲(chu)存(cun)起來;需要放電時將中午下落，帶動發(fa)電機(ji)旋轉產(chan)生(sheng)電能(neng)(neng)。重(zhong)(zhong)力(li)儲(chu)能(neng)(neng)安全性強，且(qie)不會造成(cheng)地(di)質生(sheng)態破壞，目(mu)前(qian)基于(yu)全生(sheng)命周期測(ce)算(suan)其(qi)儲(chu)能(neng)(neng)度電成(cheng)本約為0.5-0.8元(yuan)/kWh，經濟性較(jiao)好。但(dan)重(zhong)(zhong)力(li)儲(chu)能(neng)(neng)規模相較(jiao)抽水(shui)蓄能(neng)(neng)較(jiao)小，且(qie)響應速(su)度為秒級(ji)，不及電化(hua)學儲(chu)能(neng)(neng)。目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)在(zai)建(jian)的首個重(zhong)(zhong)力(li)儲(chu)能(neng)(neng)項(xiang)目(mu)為中國(guo)天楹(ying)于(yu)2022年一季度在(zai)江蘇如東(dong)建(jian)設的100MWh項(xiang)目(mu)。

圖13重力儲能(neng)原理(圖源：陳云良等《重力儲能(neng)發電現(xian)狀、技術構想及關鍵問(wen)題》)

飛輪儲(chu)能(neng)是用(yong)電(dian)(dian)能(neng)將(jiang)一個放在真空外殼內的(de)轉(zhuan)子(zi)加速，從(cong)而將(jiang)電(dian)(dian)能(neng)以動(dong)(dong)能(neng)的(de)形式儲(chu)存起來，利用(yong)大轉(zhuan)輪所儲(chu)存的(de)旋(xuan)轉(zhuan)動(dong)(dong)能(neng)和(he)電(dian)(dian)能(neng)的(de)相互轉(zhuan)化實現充放電(dian)(dian)。

圖(tu)14飛輪儲能(neng)工(gong)作(zuo)原理(圖(tu)源：高春(chun)輝等《飛輪儲能(neng)系統在風(feng)力發電調頻中的(de)應用研(yan)究》)

飛輪儲能(neng)具有響(xiang)應(ying)速度(du)快(kuai)、功率(lv)密度(du)高(gao)、不受充放電次數限制、綠色無污染的特(te)點(dian)。其相(xiang)應(ying)可(ke)(ke)達(da)毫秒級，主要(yao)用于(yu)調頻，單機功率(lv)2-3MW，可(ke)(ke)實現(xian)儲能(neng)0.5-100kWh。但目(mu)前飛輪儲能(neng)使用的飛輪和磁懸浮軸(zhou)承價格較高(gao)，投資(zi)成(cheng)本達(da)100-150億元/GW。飛輪儲能(neng)也面(mian)臨安全風險，2021年8月，弘慧能(neng)源在進行飛輪實驗(yan)時飛輪脫離(li)造成(cheng)人(ren)員傷亡。

五、熔融鹽光熱儲能

熔(rong)(rong)融鹽(yan)(yan)光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)儲能(neng)(neng)(neng)通過光(guang)(guang)(guang)伏發(fa)電加熱(re)(re)(re)和(he)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚光(guang)(guang)(guang)集熱(re)(re)(re)加熱(re)(re)(re)，將能(neng)(neng)(neng)量轉化(hua)為(wei)熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)(neng)儲存(cun)在(zai)熔(rong)(rong)融鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統中。需要發(fa)電時(shi)(shi)在(zai)換(huan)熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統中將高溫熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(主要是二(er)元(yuan)硝酸鹽(yan)(yan))與(yu)水進行換(huan)熱(re)(re)(re)，釋放熱(re)(re)(re)量。光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)儲能(neng)(neng)(neng)具(ju)有(you)(you)(you)規(gui)模大、時(shi)(shi)間長、安全(quan)環(huan)保等優點，具(ju)備單(dan)日(ri)10小時(shi)(shi)儲熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)(neng)力(li)，儲能(neng)(neng)(neng)規(gui)模可(ke)達數百兆瓦(wa)。此外(wai)，熱(re)(re)(re)交換(huan)系(xi)(xi)統具(ju)有(you)(you)(you)較(jiao)好的可(ke)控性和(he)調節能(neng)(neng)(neng)力(li)，能(neng)(neng)(neng)支(zhi)持汽輪機組進行快速出力(li)調節，具(ju)有(you)(you)(you)與(yu)燃氣機組類似(si)的爬坡能(neng)(neng)(neng)力(li)。根(gen)據CNESA全(quan)球儲能(neng)(neng)(neng)數據庫，截至2021年，光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)熔(rong)(rong)融鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)占我國儲能(neng)(neng)(neng)規(gui)模的1.2%，達到0.5GW。截至2022年10月，我國西北風(feng)光(guang)(guang)(guang)大基地已經有(you)(you)(you)4.5GW風(feng)光(guang)(guang)(guang)發(fa)電項目(mu)配(pei)套光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)儲能(neng)(neng)(neng)項目(mu)。

圖15熔融鹽(yan)光熱儲能原(yuan)理(li)(圖源：西勘院規(gui)劃研(yan)究中心)

表2已建成的熔融鹽光熱儲能項目(資料來源：公開資料整理)

由(you)于該技術先將光能(neng)轉化為熱能(neng)，再用熱能(neng)加熱水(shui)，產生水(shui)蒸氣驅動渦輪發電(dian)，涉及能(neng)量轉化環節(jie)多(duo)，導(dao)致總體能(neng)量轉化效率(lv)較低，約為不到60%，此時(shi)度電(dian)成(cheng)本達到0.738元/kWh，成(cheng)本較高。

六、氫儲能

氫氣能量(liang)密度140.4MJ/kg(39kWh/kg),約為(wei)汽油、柴油、天然氣的3倍(bei)。可長時(shi)間存儲(chu)(chu)且可實(shi)現過程無污染，是少(shao)有的能夠(gou)儲(chu)(chu)存上(shang)百(bai)吉(ji)瓦(wa)時(shi)以上(shang)的能量(liang)儲(chu)(chu)備。氫儲(chu)(chu)能的環節包括主要(yao)包含電(dian)(dian)解(jie)制(zhi)氫、儲(chu)(chu)氫、燃料電(dian)(dian)池發電(dian)(dian)。

圖16風光發電+氫儲能系統結構圖

盡管(guan)目(mu)前氫儲能(neng)(neng)的(de)(de)經濟性較(jiao)差，平準(zhun)化(hua)全壽命度電成本約1.8元(yuan)/Wh，但氫儲能(neng)(neng)具備其他儲能(neng)(neng)技術(shu)不(bu)具有的(de)(de)長(chang)時(shi)性的(de)(de)優勢，可(ke)以實(shi)現(xian)能(neng)(neng)量的(de)(de)跨季節周(zhou)期的(de)(de)調配。2022年1月，國家(jia)發(fa)改委、國家(jia)能(neng)(neng)源局發(fa)布《“十(shi)四(si)五”新(xin)型儲能(neng)(neng)發(fa)展實(shi)施方案(an)》，提出到(dao)2025年氫儲能(neng)(neng)等(deng)長(chang)時(shi)間(jian)尺度的(de)(de)儲能(neng)(neng)技術(shu)取得突破。

04

全球儲能呈現“中美大儲+歐洲戶儲”齊爆發的格局

2022年全球儲能(neng)市場(chang)規模50GWh，其中美(mei)(mei)國(guo)、EMEA(歐洲、中東(dong)、非洲三(san)地區的合稱(cheng))和中國(guo)分(fen)別占(zhan)比(bi)49.8%、14.2%、26.7%。預計到2026年三(san)者占(zhan)比(bi)將(jiang)為34.3%、19.2%、33.7%。占(zhan)比(bi)由高到低從美(mei)(mei)國(guo)、EMEA、中國(guo)變(bian)為美(mei)(mei)國(guo)、中國(guo)、EMEA。

圖17 2022年全球(qiu)儲能市場結構

圖18預(yu)計2026年全球儲能市(shi)場結(jie)構

一、強制配儲+獨立儲能經濟性改善，中國大儲高速發展

2022年中(zhong)國(guo)(guo)(guo)新增儲(chu)(chu)能(neng)裝機(ji)6.9GW，其中(zhong)以電(dian)(dian)源(yuan)側(ce)、電(dian)(dian)網(wang)側(ce)為主(zhu)，占比(bi)約90%。目前中(zhong)國(guo)(guo)(guo)的總發(fa)電(dian)(dian)量(liang)(liang)中(zhong)，4%來(lai)自(zi)光(guang)伏，8%來(lai)自(zi)風(feng)電(dian)(dian)，相對(dui)較高的風(feng)光(guang)發(fa)電(dian)(dian)占比(bi)對(dui)電(dian)(dian)網(wang)造(zao)成了巨大(da)負擔(dan)。通過儲(chu)(chu)能(neng)實現(xian)可(ke)再生能(neng)源(yuan)消納，已(yi)經成為我國(guo)(guo)(guo)必須面臨的問(wen)題。截至2022年底，全國(guo)(guo)(guo)已(yi)有24個省(sheng)級行政區(qu)在全省(sheng)或部分地區(qu)明確了新增新能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)項(xiang)目規制性(xing)配儲(chu)(chu)能(neng)比(bi)例以及配儲(chu)(chu)時長。3個省(sheng)份出臺鼓勵(li)配儲(chu)(chu)政策。綜(zong)合(he)來(lai)看，平均配儲(chu)(chu)比(bi)例約為10%，配儲(chu)(chu)時長約為2h。這些省(sheng)份2022年風(feng)電(dian)(dian)光(guang)伏裝機(ji)量(liang)(liang)達到全國(guo)(guo)(guo)風(feng)光(guang)裝機(ji)量(liang)(liang)的81%，是儲(chu)(chu)能(neng)裝機(ji)量(liang)(liang)增加的主(zhu)要來(lai)源(yuan)。

表3各省強制配儲比例及時長

表4儲能項目假設

2022年11月(yue)25日(ri)，國家能(neng)源(yuan)局(ju)發布《電力現(xian)貨市場基(ji)(ji)本規則(征求(qiu)意見稿(gao))》，第一次從國家層面提出容量補償機(ji)制。我國大(da)儲有望獲(huo)得(de)“現(xian)貨市場峰(feng)谷(gu)套利+輔(fu)助服務(wu)調(diao)頻(pin)等+容量補償”的多樣化收益模(mo)式。若(ruo)考慮同時參與調(diao)峰(feng)和調(diao)頻(pin)服務(wu)，基(ji)(ji)于表4的假設，測算得(de)到全生命周期(qi)的IRR超過20%(表5)，具有較(jiao)高(gao)的經(jing)濟性。

表5儲能項目IRR測算

基于(yu)對強制配儲(chu)和光伏(fu)建設(she)進度的(de)預(yu)測，如表6所示，預(yu)計(ji)2023年(nian)中(zhong)(zhong)國儲(chu)能(neng)新(xin)增(zeng)裝機(ji)超過40GWh，其中(zhong)(zhong)大(da)儲(chu)占比90%以上(shang);2024年(nian)中(zhong)(zhong)國儲(chu)能(neng)新(xin)增(zeng)裝機(ji)超過70GWh。

表6中國儲能裝機規模測算

二、彌補電網缺陷+各級政府補貼，美國大儲領跑全球

美國(guo)是全球最(zui)大(da)的大(da)儲(chu)(chu)(chu)市場，結構(gou)上(shang)也以大(da)儲(chu)(chu)(chu)為(wei)主導。根據BNEF，美國(guo)2022年電(dian)化學儲(chu)(chu)(chu)能新增(zeng)裝(zhuang)機(ji)4.99GW/13.58GWh，其(qi)中大(da)儲(chu)(chu)(chu)新增(zeng)裝(zhuang)機(ji)3.5GW，占裝(zhuang)機(ji)總功率(lv)的88.2%。戶用(yong)、工商業分別占比(bi)8.6%和3.2%。2022年在(zai)光(guang)伏降速背(bei)景下繼(ji)續高(gao)增(zeng)長，前三季度(du)美國(guo)儲(chu)(chu)(chu)能新增(zeng)裝(zhuang)機(ji)達3.57GW(10.67GWh)，同比(bi)增(zeng)102%(93%)。從(cong)滲(shen)透(tou)(tou)率(lv)來看，2022Q3新增(zeng)裝(zhuang)機(ji)光(guang)儲(chu)(chu)(chu)滲(shen)透(tou)(tou)率(lv)已(yi)達31.5%(其(qi)中地面51.1%，分布式27.2%)，去年同期(qi)2021Q3光(guang)儲(chu)(chu)(chu)滲(shen)透(tou)(tou)率(lv)21.2%(地面26.3%，分布式9%)。根據Berkeley Lab，美國(guo)儲(chu)(chu)(chu)能項目備(bei)案正在(zai)不斷加速，截至2022年11月底總備(bei)案為(wei)22.53GW去年同期(qi)水平為(wei)13.13GW同比(bi)增(zeng)長71.6%。

全國范(fan)圍內，美國的(de)ITC稅收抵(di)免(mian)政(zheng)策進行了延(yan)長(chang)和抵(di)免(mian)比例(li)的(de)提(ti)(ti)高(gao)。2022年8月，美國《通(tong)脹削(xue)減法案》發布ITC新(xin)政(zheng)，在儲能(neng)(neng)方(fang)面的(de)主要(yao)政(zheng)策為延(yan)長(chang)ITC十(shi)年和提(ti)(ti)升基(ji)礎抵(di)免(mian)比例(li)。核(he)心區(qu)別1：過(guo)(guo)去儲能(neng)(neng)只能(neng)(neng)跟著光伏配套(tao)享受，新(xin)政(zheng)中獨立大儲或戶儲均(jun)可享受;核(he)心區(qu)別2：過(guo)(guo)去最高(gao)抵(di)稅比例(li)為26%，無額外補(bu)償條款，新(xin)政(zheng)中最高(gao)比例(li)提(ti)(ti)高(gao)到(dao)70%。

除了全國(guo)范圍內(nei)的(de)政(zheng)策(ce)，各(ge)州(zhou)也出臺(tai)了眾多鼓勵政(zheng)策(ce)。加(jia)州(zhou)、內(nei)華(hua)達州(zhou)、弗羅里達州(zhou)等17州(zhou)出臺(tai)了明晰的(de)儲(chu)能(neng)(neng)補貼(tie)制度。加(jia)州(zhou)的(de)SGIP政(zheng)策(ce)補貼(tie)力度大(da)，持(chi)續時(shi)間長，加(jia)州(zhou)成為美(mei)國(guo)儲(chu)能(neng)(neng)裝機增長最(zui)快的(de)州(zhou)。2020年，內(nei)華(hua)達州(zhou)發(fa)布了NV儲(chu)能(neng)(neng)激勵政(zheng)策(ce)，最(zui)高每瓦時(shi)0.5美(mei)元的(de)非(fei)戶用(yong)儲(chu)能(neng)(neng)補貼(tie)，對非(fei)戶用(yong)儲(chu)能(neng)(neng)經濟性有較大(da)提(ti)升(sheng)，內(nei)華(hua)達州(zhou)2021年成為美(mei)國(guo)分州(zhou)儲(chu)能(neng)(neng)裝機前五。

表7美國各州儲能激勵政策

表8美國儲能裝機規模測算

美國2023年儲(chu)能新增裝機(ji)約為36GWh，大儲(chu)占比接(jie)近90%，預計2024年儲(chu)能裝機(ji)60GWh，大儲(chu)占比84%。

三、高居民電價仍將維持，歐洲戶儲穩步成長

短(duan)期來(lai)(lai)看，目前(qian)歐(ou)(ou)(ou)洲(zhou)短(duan)期居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)仍(reng)處于(yu)高(gao)位(wei)。歐(ou)(ou)(ou)洲(zhou)采取居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)長協機制，2023年新(xin)簽(qian)居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)合約(yue)明顯漲(zhang)價(jia)(jia)(jia)(jia)。以(yi)德國為(wei)(wei)例(li)，2022年及(ji)以(yi)前(qian)居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)合約(yue)價(jia)(jia)(jia)(jia)格穩(wen)定(ding)在(zai)20-30歐(ou)(ou)(ou)分(fen)/kWh，因此(ci)2022年批(pi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)的大幅上(shang)漲(zhang)并未傳導至居(ju)民(min)(min)(min)(min)端，但2023年新(xin)簽(qian)合約(yue)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)大幅上(shang)漲(zhang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)平(ping)均為(wei)(wei)50歐(ou)(ou)(ou)分(fen)/kWh以(yi)上(shang)，同(tong)比提高(gao)80-120%。從長期來(lai)(lai)看，歐(ou)(ou)(ou)洲(zhou)居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)仍(reng)將處于(yu)較高(gao)水平(ping)。盡管(guan)歐(ou)(ou)(ou)洲(zhou)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)回落(luo)顯著，但可再生(sheng)能源(yuan)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的不(bu)穩(wen)定(ding)性勢必推高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)。俄烏沖突(tu)前(qian)，德國批(pi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)10歐(ou)(ou)(ou)分(fen)/kWh，但居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)接近(jin)30歐(ou)(ou)(ou)分(fen)/kWh，主(zhu)要是(shi)各種稅(shui)(shui)費(綠色能源(yuan)附(fu)加費、生(sheng)態稅(shui)(shui)等(deng))占比超過(guo)50%，且為(wei)(wei)了補貼綠電(dian)(dian)(dian)(dian)仍(reng)在(zai)持(chi)續增加。長期看，即使歐(ou)(ou)(ou)洲(zhou)批(pi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)回落(luo)到俄烏沖突(tu)前(qian)，整(zheng)體居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)仍(reng)將維持(chi)在(zai)20-40歐(ou)(ou)(ou)分(fen)/kWh。

圖19德國(guo)居民(min)電(dian)價(jia)結(jie)構(圖源：EMBER)

表9歐洲儲能裝機規模測算

05

碳中和遠景下的儲能發展展望

在實(shi)現(xian)碳中和(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)未(wei)來，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)部(bu)(bu)(bu)門作(zuo)為(wei)(wei)碳排放(fang)占比(bi)最(zui)(zui)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)門將(jiang)(jiang)(jiang)發生革(ge)命性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改變(bian)。可(ke)再(zai)(zai)生能源發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)將(jiang)(jiang)(jiang)支撐(cheng)幾(ji)乎整(zheng)個(ge)社會的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量，為(wei)(wei)了(le)實(shi)現(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能發生與消納的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi)性(xing)，既能作(zuo)為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源，也能作(zuo)為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能，將(jiang)(jiang)(jiang)得到極大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)。展(zhan)望未(wei)來，儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分布將(jiang)(jiang)(jiang)遍布發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)側(ce)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網側(ce)和(he)(he)用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)側(ce)，發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)側(ce)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能將(jiang)(jiang)(jiang)賦予可(ke)再(zai)(zai)生能源電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站超越火電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網側(ce)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能與智慧電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網建(jian)設(she)將(jiang)(jiang)(jiang)實(shi)現(xian)精準(zhun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)供需匹(pi)配，用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)側(ce)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能將(jiang)(jiang)(jiang)提高(gao)家(jia)庭(ting)和(he)(he)企業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)穩定性(xing)，甚至形成“光伏+儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能”自(zi)發自(zi)用(yong)(yong)、各戶獨立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)離(li)網模式(shi)。從儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能技術上看，抽水(shui)蓄能仍(reng)將(jiang)(jiang)(jiang)是儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要組成部(bu)(bu)(bu)分，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能等可(ke)實(shi)現(xian)日(ri)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)靈(ling)活(huo)調節(jie)，飛(fei)輪儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能等技術可(ke)實(shi)現(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網極短時(shi)間內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)調頻，壓縮空氣儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能、氫儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能將(jiang)(jiang)(jiang)作(zuo)為(wei)(wei)長時(shi)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)能，實(shi)現(xian)能量跨(kua)日(ri)乃至跨(kua)季度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)匹(pi)配。至此(ci)，整(zheng)個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)從產生到運(yun)輸到儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)、使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)節(jie)將(jiang)(jiang)(jiang)不(bu)再(zai)(zai)涉及(ji)碳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)部(bu)(bu)(bu)門減碳將(jiang)(jiang)(jiang)為(wei)(wei)碳中和(he)(he)提供最(zui)(zui)強大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)助力(li)(li)(li)(li)。