能源转型深度报告：新型储能技术及产业研究报告-长城证券.pdf

http//www.cgws.com 请参考最后一页评级说明及重要声明 投资评级强于大市（首次） 报告日期2022年 12月 26日 分析师于夕朦 S1070520030003 ☎ 010-88366060-8831  yuximengcgws.com 新型储能技术及产业研究报告 能源转型深度报告  “碳达峰、碳中和”目标指引下，中国的新型电力系统建设进程持续加速。 风电、光伏装机渗透率的不断提升，必然要求与之匹配更多储能装机为电 力系统提供各种类型的调节能力。  包括锂电池在内各类新型储能技术因为选址灵活，技术参数适用范围广等 特点，将逐渐成为与抽水蓄能储能方式同样重要的储能技术，在源-网-荷 三侧的多种应用场景下发挥作用。新型储能装机量在未来十年将快速增 长，预计十四五末新型储能功率装机可达45005500万千瓦，能量装机可 达1亿1.2亿千瓦时，十五五末新型储能功率装机可达1.2亿1.5亿千瓦， 能量装机可达2.5亿3亿千瓦时。  锂电池储能在目前以及十四五结束前仍是最为成熟的新型储能技术，将支 撑十四五期间的新增储能装机。但电动车行业持续增长的需求，将使越来 越少的锂资源可供电力系统的固定式储能使用，其他新型储能技术面临巨 大发展机遇。  包括液流电池、压缩空气储能、重力储能在内的几种新型储能技术将在十 四五期间完成百兆瓦级示范项目建设，并通过充分示范于十四五末期在技 术参数、技术成熟度、降本趋势等方面有不同表现。示范较为成功的技术， 将在十五五期间占据更多的储能市场份额。  风险提示技术开发不及预期，执行相关政策带来的不确定风险，项目投 产情况不及预期，商业模式形成不达预期。 核心观点 分析师 产业研究报告 行 业 深 度 报 告 行 业 报 告 电 力 及 公 共 事 业 行业深度报告 长城证券 2 请参考最后一页评级说明及重要声明 目录 1. 中国发展新型储能的必要性 . 5 2. 新型储能发展现状 . 8 2.1 装机情况 8 2.2 技术发展现状 9 2.3 新型储能技术经济性综合评价 32 3. 新型储能政策环境 . 34 3.1 国家政策 34 3.2 国家政策 36 4. 新型储能发展趋势 . 37 4.1 新型储能技术发展趋势 37 4.2 储能“十四五”规划及示范项目 . 38 5. 新型储能发展面临的问题 . 41 6. 新型储能产业发展的若干建议 . 43 7. 储能产业公司梳理 . 45 vMtNpPyQvNbR9RbRtRnNpNmOiNpOmOjMsQzQ7NnMsOvPrNqRMYqNtQ 行业深度报告 长城证券 3 请参考最后一页评级说明及重要声明 图表目录 图1中国电力装机发展预测 . 5 图2不同新能源渗透率下的日内净负荷曲线 . 5 图3储能在源网荷三侧的多种应用场景 . 6 图4 “传统电力系统”到“新型电力系统” 7 图5全球累计储能装机情况 . 8 图6主要国家新型储能装机情况 . 8 图7中国储能累计装机情况 . 9 图8中国分省储能累计装机情况 . 9 图9主要储能技术类型 . 10 图10压缩空气储能原理示意图 . 11 图11压缩空气储能示意图 . 11 图12压缩空气储能成本构成 . 12 图13液流电池运行原理 . 13 图14液流单元电池结构示意图 . 14 图15钒液流电池产业链 . 15 图16全钒液流电池初始投资材料成本占比（1 MW/4 MWh） 16 图17钠离子电池原理示意图 . 17 图18钠离子电池产业链 . 18 图19钠离子电池成本构成 . 19 图20砌块重力储能塔示意图 . 20 图21二代砌块重力储能塔示意图 . 20 图22山体斜坡储能原理示意图 . 21 图23重力储能产业链 . 22 图24砌砖重力储能成本构成 . 22 图25 Energy Vault瑞士EV1重力塔储能系统 . 22 图26Energy Vault EVx储能模块概念图 . 23 图27 Gravitricity废弃矿井重力储能250kW样机 . 23 图28 ARES内华达轨道机车储能系统现场施工图 24 图29氢储能示意图 . 24 图30碱性电解水制氢原理 . 25 图31储氢技术示意图 . 26 图32质子交换膜燃料电池原理 . 27 图33碱性水电解与PEM水电解主要成本比较 28 图34固态锂离子电池结构示意 . 30 图35未来十年新型储能装机发展预期 . 39 行业深度报告 长城证券 4 请参考最后一页评级说明及重要声明 表1液流电池活性物质对比 . 14 表2氢储存技术对比表 . 26 表3几种储能技术当前技术经济参数 . 32 表4国家部委层面储能相关政策梳理 . 35 表5“十四五”主要省份新型储能装机目标及配储比例 38 表6主要省份2022 年新型储能示范项目数量 . 39 表7新型储能技术所涉及的相关公司 . 46 行业深度报告 长城证券 5 请参考最后一页评级说明及重要声明 1. 中国发展新型储能的必要性 电力系统是我国当前最主要的碳排放源之一。未来电力系统建设的目标就是构建以新能 源为主体的新型电力系统，风电、光伏、水电、核电等无碳能源将逐步取代化石能源成 为发电的主力。截至2021年底，我国电力总装机23.8亿千瓦，其中风电光伏装机分别为 3.3亿千瓦以及3.1亿千瓦，火电装机（含生物质）约13亿千瓦。根据对人口变化、GDP 增长、电源装机结构转变及电能替代、人均用电量增加等因素的综合预测，我们预计至 2030年，我国电力装机规模将达36亿千瓦，其中风电 8亿千瓦，光伏10亿千瓦，占比 约 50。至 2060年，我国电力装机规模将达9095亿千瓦，其中风电33亿千瓦，光伏 42亿千瓦，占比超过80。。 图 1中国电力装机发展预测 资料来源国家能源局，长城证券研究院整理 风电、光伏在为我们带来绿色低碳电力的同时，天然具有随机性、间歇性和波动性，对 电力系统的调节能力提出了更高要求。通常用净负荷（用电负荷减去风光出力后的净值） 的波动性特征参数（幅值、频率、变化速率）计算电力系统对调节能力的需求。图 2 为 美国加州电力系统净负荷随新能源渗透率增加所呈现的变化。由图可见，随中午光伏出 力增加，净负荷降低，而随着傍晚太阳落山，净负荷需求迅速攀升，这就要求电力系统 具备午间降低出力、傍晚迅速提升出力的日内调节能力。而随着新能源占比增加，需要 调节的功率变化幅度越来越大。 图 2不同新能源渗透率下的日内净负荷曲线 资料来源CAISO，长城证券研究院 行业深度报告 长城证券 6 请参考最后一页评级说明及重要声明 除上述日内调节，净负荷在短时（秒至分钟）、长时（小时到日）和超长时（周、月、年） 几个不同时间尺度的波动特性各异，对电网调节而言，分别对应着调频、日内调峰和季 节性调峰等场景。 在电力系统新能源装机占比不断上升的同时，火电、核电等可靠性电源占比却逐步降低， 叠加极端气候对水电出力的影响，大大削弱供给侧响应与调节能力。此外，煤电、核电 的长时间深度负荷调节可能对机组运行安全带来风险，也会增加额外的煤耗与碳排放。 这些额外的供给侧负荷调节需求必须依靠清洁高效的储能装机弥补。除满足调节能力需 求外，储能对于电网的电力传输与安全，还能起到减缓电网阻塞，提供备用和黑启动等 作用。对于发电侧，储能能够起到平滑新能源波动、提高新能源消纳的作用。而负荷侧 的储能装机，能够大大提升负荷侧的自我平衡能力和响应能力。 未来，我国电力系统的特征是以风、光、水、核作为主力电源，配合足量的储能装机提 供调节能力，以最小化原则保留化石能源装机作为部分基荷和保底调节，配合强大的电 网传输调度能力和智能高效的负荷侧响应能力，具备安全可靠、清洁高效、灵活强韧等 几个特点的全新电力系统。储能在新型电力系统中将起到不可或缺的重要作用。 图 3储能在源网荷三侧的多种应用场景 资料来源长城证券研究院整理 在各类储能技术当中，抽水蓄能技术成熟可靠、全生命周期储能成本低，是当前储能装 机中的主力。截至 2021 年底，我国已投运的约 4600 万千瓦储能装机中，抽水蓄能约为 3700万千瓦，已开工建设的抽水蓄能电站超过6000万千瓦。尽管如此，抽水蓄能电站存 在厂址选择不灵活、建设投资规模大、建设周期长等缺点或限制，难以通过技术手段解 决。仅靠抽水蓄能，既无法满足近几年新能源装机快速上涨所要求的储能装机，也无法 满足未来电力系统对储能灵活的时空配置和多元化技术参数的要求。这给了各类“新型 储能”足够的发展空间。我们认为，经过“十四五”和“十五五”期间的充分培育与发 展，未来的新型电力系统之中，成熟的“新型储能”技术将与抽水蓄能“并驾齐驱”，在 源-网-荷的各类应用场景下发挥重要的系统调节和安全保障作用。 行业深度报告 长城证券 7 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 4 “传统电力系统”到“新型电力系统” 资料来源长城证券研究院整理 行业深度报告 长城证券 8 请参考最后一页评级说明及重要声明 2. 新型储能发展现状 2.1 装机情况 截至2021年底，全球已投运储能项目装机规模约2.1亿千瓦，同比增长9。其中，抽水 蓄能装机规模约1.8亿千瓦，占比首次低于90。新型储能累计装机规模3000万千瓦， 同比增长67.7，其中锂离子电池装机约2300万千瓦，占据主导地位。 图 5全球累计储能装机情况 资料来源中关村储能产业技术联盟，长城证券研究院 在3000万千瓦的新型储能装机中，美国是装机量最大的国家，约650万千瓦，中国紧随 其后，装机量约 580 万千瓦。其他新型储能装机较多的国家包括韩国、英国、德国、澳 大利亚和日本。各国详细新型储能装机情况如图6。 图 6主要国家新型储能装机情况 资料来源中关村储能产业技术联盟，长城证券研究院 我国截至2021年底，电力储能装机约4600万千瓦，相比于2020年增长30，占全球电 力系统储能装机量的22。2021年全年新增电力储能装机约1000万千瓦，其中抽水蓄能 增加约 800 万千瓦，新型储能装机增加约 200 万千瓦。在新型储能的 580 万装机中，锂 离子电池占比最高，接近 90，折合装机规模约 520 万千瓦。其余新型储能中，铅蓄电 池和压缩空气储能占比相对较大。 行业深度报告 长城证券 9 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 7中国储能累计装机情况 资料来源中关村储能产业技术联盟，长城证券研究院 从各省已投运新型储能装机情况看，江苏省装机量第一，已超过 100 万千瓦，广东省和 山东省次之，其余有较大装机的省份包括青海、内蒙古、湖南、安徽等。 图 8中国分省储能累计装机情况 资料来源中关村储能产业技术联盟，长城证券研究院 2.2 技术发展现状 新型储能所包括的技术类型众多，按照能量存储方式不同主要分为机械储能、电磁储能、 电化学储能、化学储能和储热等几大类。每大类技术当中又有多种完全不同的技术路线。 根据放电时长，可将其分为功率型电储能、能量型电储能以及储热（冷）技术。本报告 主要总结和对比各类能量型电储能技术的主要技术经济性参数和发展现状，且由于锂离 子电池发展相对较为成熟，相关参考资料较多，故本报告重点介绍压缩空气储能、重力 储能、液流电池储能、钠离子电池储能、氢储能等五种侧重于能量型应用的储能技术， 对其技术原理、技术特点、关键技术指标、经济性潜力、应用前景进行了详细梳理分析。 行业深度报告 长城证券 10 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 9主要储能技术类型 资料来源长城证券研究院整理 2.2.1压缩空气储能  压缩空气储能技术在本报告所讨论的新型储能技术中属于相对进展较快、技术较 为成熟的技术，已进入100MW级示范项目阶段。  早期压缩空气储能系统依赖燃气补燃和自然储气洞穴，但目前已无需补燃，并可 以应用人造储气空间。  压缩空气储能技术与燃机技术同宗同源，主要痛点在于设备制造和性能提升。大 型压气设备、膨胀设备、蓄热设备、储罐等设备的性能提升是效率、经济性和可 靠性提升的关键。  十四五期间压缩空气储能系统效率有望提升至 6570，系统成本降至 10001500 元/kWh。“十五五”末及之后系统效率有望达 70及以上，系统成 本降至8001000元/kWh。  技术原理 压缩空气储能Compressed Air Energy Storage，简称CAES，是机械储能的一种形式。在 电网低谷时，利用富余的电能，带动压缩机生产高压空气，并将高压空气存入储气室中， 电能转化为空气的压力势能；当电网高峰或用户需求电能时，空气从储气室释放，然后 进入膨胀机中对外输出轴功，从而带动发电机发电，又将空气的压力势能转化为电能。 CAES储能系统中的高压空气在进入膨胀机做功前，需要对高压空气进行加热，以提高功 率密度。根据加热的热源不同，可以分为燃烧燃料的压缩空气储能系统（即补燃式传统 压缩空气储能）、带储热的压缩空气储能系统和无热源的压缩空气储能系统。 先进绝热压缩空气储能系统（AA-CAES）在传统 CAES 系统的基础上，引入蓄热技术， 利用蓄热介质回收压缩阶段产生的压缩热，并将高温蓄热介质储存起来，在释能阶段时 高温蓄热介质通过换热器对高压空气进行预热。蓄热系统代替了燃烧室的补充燃烧来加 热空气，从而达到减小系统能量损失、提高效率的目的。此外，有些AA-CAES系统采用 液态压缩空气存储在储罐中的形式，摆脱了自然条件的限制。 行业深度报告 长城证券 11 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 10压缩空气储能原理示意图 资料来源SINTEF 公司官网  技术优劣势  压缩空气储能系统具有容量大、工作时间长、经济性能好、充放电循环多等优点。 压缩空气储能系统适合建造大型储能电站100MW，放电时长可达4小时以上， 适合作为长时储能系统。压缩空气储能系统的寿命很长，可以储/释能上万次， 寿命可达40 年以上；并且其效率最高可以达到70左右。  压缩空气储能技术与蒸汽轮机、燃气轮机系统同宗同源，技术通用性强，设备开 发基础较好，建造成本和运行成本容易控制，具有很好的经济性。  产业链及成本压缩空气储能的上游主要是原材料与核心部件模具、铸件、管 道、阀门、储罐等的生产加工、装配、制造行业，属于机械工业的一部分，但 涉及压缩空气储能本身特性和性能要求，对基础部件的设计、加工要求较为严格。 中游主要是关键设备压缩机、膨胀机、燃烧室、储热/换热器等设计制造、系统 集成控制相关的行业，属于技术密集型的高端制造业，具有多学科、技术交叉等 特性。下游主要是用户对压缩空气储能系统的使用和需求，涉及常规电力输配送、 可再生能源大规模接入、分布式能源系统、智能电网与能源互联网等多个行业领 域。 图 11压缩空气储能示意图 资料来源长城证券研究院整理 行业深度报告 长城证券 12 请参考最后一页评级说明及重要声明 现阶段百兆瓦级压缩空气储能功率成本约为 4000-6000 元/kW，能量成本约为 1000-2500 元/kWh，循环效率可达65-70，运行寿命约为40-60年。 压缩空气系统初投资成本主要包括系统设备、土地费用和基建等。系统设备包括了压缩 机机组、膨胀机机组、蓄热系统（换热器、蓄热器、蓄热介质、管道）、电气及控制设备、 储气室等。各项成本占比见图12。 图 12压缩空气储能成本构成 资料来源压缩空气储能中的蓄热技术及其经济性研究，长城证券研究院 由图可见，系统设备是压缩空气储能初投资成本的主要部分。压缩机机组、膨胀机机组、 蓄热系统分别占比达到了28、15、20。因压缩空气系统占地面积较大，基建费用占 比达到22。  公司及示范项目 目前压缩空气储能发展整体上处于示范验证与商业推广过渡的阶段。目前我国已有百兆 瓦级压缩空气储能示范项目完成建安。 中储国能（北京）技术有限公司 中储国能技术有限公司发源于中国科学院工程热物理研究所。通过多年技术攻关，已攻 克1MW级和 10MW级先进压缩空气储能系统关键技术，建成了首套1.5MW2013年和 10MW2016 年先进压缩空气储能系统，并于 2017 年在国际上率先开展了 100MW 先进 压缩空气储能系统研发与示范工作。目前位于河北省张家口地区的 100MW/400MW h 压缩空气储能电站示范项目，于2021年8月完成电站主体土建施工，于2021年12月完 成主要设备安装及系统集成，预计今年将完成调试并网。该系统单台套输出功率为 100MW，系统设计效率为70.4，各项参数在国际上已处于领先地位。 江苏金坛盐穴国家示范工程 在国家电网的支持下，清华大学电力系统国家重点实验室卢强院士团队创新研发出零排 放压缩空气储能系统。系统利用被遗弃的风光水和“低谷电”，制造并以100120个大气 压的高压空气进行存储，用电高峰期时，高压空气经储热换热系统加热后，驱动透平发 电机发出电能，达到废电精用的目的。系统运行过程中无燃烧，零排放，无后处理污染， 使用寿命长达50 年，能够在电、热、冷和调相的四联供上有效满足人们生活需求，有效 提升大电网系统安全。 压缩机机组 28 膨胀机机组 15蓄热系统 20 电气设备 8 储气室 5 土地费用 2 基建费用 22 行业深度报告 长城证券 13 请参考最后一页评级说明及重要声明 金坛盐穴压缩空气储能项目，位于江苏常州金坛区，由清华大学、中国华能集团以及中 国中盐集团联合研发建设。一期项目总投资5亿元，将建成1套60MW5小时的盐穴非 补燃式压缩空气储能发电系统。 中国能源建设集团有限公司 中国能建于 2022 年初成立能建数字科技集团，开展压缩空气储能技术研究和项目推进。 目前已签约湖北应城，辽宁朝阳、山东泰安共3个300MW级压缩空气储能项目。其中湖 北应城项目已于2022年7月开工建设。 2.2.2液流电池  液流电池具有容量大、安全性好、功率与容量解耦等优点，适合作为大规模长时 储能的选择。  全钒液流电池是目前最为成熟的液流电池体系，钒的多价态特性使得其面临的技 术问题最少，技术最为成熟。但主要活性物质钒的成本占系统成本比例高，限制 了其造价的下降。  全钒液流电池目前国内进展较快，5MW/10MWh项目已安全稳定运行8年以上。 200MW/800MWh项目已进入调试阶段。其他形式液流电池目前多处于kWMW 级别的示范阶段。  全钒液流电池成本目前在 25003500 元/kWh 区间。若考虑钒电解液残值占原值 的 70，以及8 小时以上的长时储能，价格有望下降至800-1400元/kWh。但近 一年来，五氧化二钒价格大幅上涨，使得其成本压力大增。  锌基、铁基等体系具有活性物质储量大、价格低的特点。但面临的工艺问题，科 研问题较多，相对全钒电池来讲技术更为复杂，需要更长的时间进行研发示范。  技术原理 图13是液流电池的原理图，正极和负极电解液分别装在两个储罐中，利用送液泵使电解 液通过电堆循环。在电堆内部，正、负极电解液用离子交换膜（或离子隔膜）分隔开， 电池外接负载和电源。液流电池系统由电堆、电解质溶液及电解质溶液储供单元、控制 管理单元等部分组成。 图 13液流电池运行原理 资料来源杭州德海艾科能源科技公司官网 行业深度报告 长城证券 14 请参考最后一页评级说明及重要声明 典型液流电池电堆结构如图 14 所示。电堆中的单元电池主要由紧固件、端板、集流板、 电极框、双极板、电极和离子传导膜组成，各零件之间通过橡胶或者焊接等密封方式进 行密封，两侧的端板起到压合固定的作用，通过紧固件将所有组件紧固为一体，电堆则 是由若干个单元电池串联起来通过压滤机的叠合方式装配而成。 图 14液流单元电池结构示意图 资料来源典型液流电池储能技术的概述及展望 从理论上讲，离子价态变化的离子对可以组成多种氧化还原液流电池。根据液流形式分 类，液流电池可分为双液流电池和单液流电池。根据沉积和相变与否，可分为沉积型电 池和不沉积型电池。根据活性材料分类，可分为全钒液流电池，锌基液流电池（锌溴、 锌铁、锌镍、锌空气等），铁铬液流电池、全铁液流电池等等。相比全钒液流电池，其他 液流电池技术成熟度稍低，仍然面临活性物质的沉积、电解液互窜、功率密度低、容量 和能量无法完全解耦、析氢和析氧等问题。 表 1液流电池活性物质对比 分类 形式 是否沉积 正极 负极 分类 全钒 双液流 不沉积 VO2/VO2 V3/V2 全钒 铁铬 双液流 不沉积 Fe2/Fe3 Cr2/Cr3 铁铬 锌溴 双液流/单液流 沉积 Br-/Br2 Zn2/Zn 锌铁 双液流 沉积 FeCN6 4-/FeCN63- Fe2/Fe3 ZnOH42- /Zn 锌镍 单液流 沉积 NiOH2/NiOOH ZnOH42- /Zn 锌空气 双液流 沉积 O2 ZnOH42- /Zn 全铁 双液流 沉积 Fe2/Fe3 Fe2/Fe 资料来源长城证券研究院整理  技术优劣势 技术性能好全钒液流电池能量效率高、充放电性能好、循环寿命长等特点。其能量效 率可达80，可深度放电，循环次数10000。 安全性好采用水系电解液，不会起火燃烧，从根本上杜绝了大规模储能电池的安全性 问题。 行业深度报告 长城证券 15 请参考最后一页评级说明及重要声明 具有容量扩展能力液流电池功率与能量解耦分离，储罐中增加电解液即可扩展充放电 时间，电解液越多，单位能量的价格越低。双液流电池功率和容量可独立设计，尤其适 合大规模储能，储能容量可达100MWh以上。 长寿命全钒液流电池正负极电解液采用同一种物质，通过定期对电解液进行还原，可 杜绝衰减问题。这使得液流电池具有达1520年的使用寿命，部分项目可达25 年，其寿 命主要受限于机械部件。同时，液流电池活性物质衰减少，含有活性物质的电解液残值 可达70以上。 成本较高液流电池目前成本仍然较高。钒电解液的成本占整个电池系统成本的 50以 上，主要原料五氧化二钒的价格不断上涨，也导致电池能量成本居高不下。行业也一直 在探索其他更为廉价的原材料作为液流电池的活性物质，铁、铬、镍、溴等材料均是液 流电池的候选活性物质。  产业链及成本构成 在液流电池中，全钒液流电池是目前技术发展最成熟，商业化较快的液流电池。产业链 上游原材料包括五氧化二钒、碳毡、隔膜、结构材料等。产业链中游主要为电堆、电池 管理系统、能量管理系统、电解液储罐等系统和设备。其下游主要应用场景包括新能源 配套、电网侧独立储能、用户侧储能等领域。 图 15钒液流电池产业链 资料来源长城证券研究院整理 从成本构成方面，以全钒液流电池为例，其初始投资所涉及的材料成本主要包括五氧化 二钒，碳毡，双极板，PVC框，储能变流器（PCS），泵，储液罐，隔膜等，各类材料成 本的比例见图16。 行业深度报告 长城证券 16 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 16全钒液流电池初始投资材料成本占比（1 MW/4 MWh） 资料来源Cost and performance model for redox flow batteries，长城证券研究院整理 五氧化二钒和隔膜占据了原料成本的6080。且随着储能时长增长，五氧化二钒成本所 占比例逐渐增加。五氧化二钒市场目前是典型的现货市场，短期钒价波动会直接影响全 钒液流电池造价，因此，相对稳定的钒价有利于液流电池行业的成本控制。 虽然全钒液流电池初始投入成本相对较高，但是全钒液流电池的电解液性能衰减较慢， 通过在线或离线再生后可循环使用，且电解液中钒的价值长期存在（残值相对较高），其 可循环利用和残值率较高的特性对于初始投入成本分摊和后续年度运维成本等具有一定 优势。  公司及示范项目 全钒液流电池已具有较多示范项目。大连融科储能在2012年实施了当时全球最大规模的 5MW/10MWh的辽宁卧牛石风电场全钒液流储能系统，率先在国内外实现了技术产业化。 该项目设计寿命是 1015 年，运行后能量效率几乎没有明显衰减，维护成本低，运行成 效显著，进一步验证了全钒液流电池技术上的成熟性。 此后，更多更大规模的全钒液流电池示范项目投入建设和运行。目前我国全钒液流电池 已进入百兆瓦级技术的示范应用阶段。大连国家示范项目、湖北全钒液流电池储能项目、 大唐中宁共享储能项目均达到百兆瓦级。 大连液流电池储能调峰电站国家示范项目是国家能源局批复的首个 100MW 级大型电化 学储能国家示范项目，该电站为“200MW/800MWh大连液流电池储能调峰电站国家示范 项目”的一期项目，采用大连化物所自主研发的全钒液流电池储能技术。一期工程 100MW/400MWh 级全钒液流电池储能电站于 2022 年已完成主体工程建设，并进入单体 模块调试阶段，预计今年将投入商业运行。 国电投襄阳高新储能电站项目由国家电投湖北绿动中钒新能源有限公司在湖北襄阳高新 区投资建设。于2021年8月29日开工，预计2022年前完工。其中，投资19亿元的100MW 全钒液流电池储能电站项目，建设用地面积约 120 亩，预计五年内全部达产后，共实现 产值20.95亿元，税收5200万元。 除全钒液流电池外，目前我国也开展了其他类型液流电池的示范应用，但项目容量普遍 较小，尚处于示范应用前期阶段。 五氧化二钒 40 碳毡 3双极板 4 隔膜 21 结构材料 2 储液罐 2 配套设施 17 变流器 11 行业深度报告 长城证券 17 请参考最后一页评级说明及重要声明 2.2.3钠离子电池  钠离子电池具有理论成本低、特性与锂离子电池相近、安全性好等优点，适 合在对成本要求苛刻的应用场景下替代成本较高的锂离子电池。钠离子电池的正 负极材料所需资源在地壳储量丰富，分布均匀，且开采更加经济环保，被业界认 为是比锂离子电池更具经济性的电池技术。  目前钠离子电池技术主要分为三条路线，即层状过渡金属钠离子氧化物、普 鲁士蓝、聚阴离子类钠离子化合物，三条路线均由行业龙头企业布局，均处于实 验室向大规模产业化转化的阶段。  目前我国在钠离子电池领域处于世界领先地位，中科海钠、宁德时代、立方 新能源等企业均已实现钠离子电池的初步量产，并推出了成熟的产品线。  性能参数方面，各领先钠离子电池生产商所开发产品的能量密度已超过 140Wh/kg，仍在向锂离子电池当前水平靠近。在碳酸锂价格（当前价格50万元 /吨）居高不下的今天，碳酸钠的价格始终维持在 2000 元/吨，电芯成本保持在 0.40.5元/Wh，行业估计钠离子电池最终成本将比锂离子电池低2040。  钠离子电池在实验室环境下展现出了较高的安全性能，同时与锂离子电池工 艺兼容，现有生产厂商转型更加容易。  技术原理 钠离子电池工作原理与锂离子电池相似，即基于氧化还原反应，充电时钠离子从正极材 料中脱出经过电解质嵌入负极材料；放电时钠离子从负极材料中脱出，经过电解质嵌入 到正极材料。 钠离子电池在结构方面与锂离子电池相似，均由正极、负极、电解液与隔膜构成，详见 图17。其中电解液与隔膜材料基本沿用锂离子电池体系，主要区别体现在正负极材料上。 目前的钠离子电池正极材料主要有三类层状过渡金属钠离子氧化物、普鲁士蓝、聚阴 离子类钠离子化合物。 图 17钠离子电池原理示意图 资料来源中科海纳官网 相比于其他储能技术，钠离子电池的性能与特性更加接近锂离子电池，现有钠离子电池 能量密度已接近磷酸铁锂电池，且大部分生产工艺与锂离子电池兼容。在大容量、低功 行业深度报告 长城证券 18 请参考最后一页评级说明及重要声明 率以及低温的应用场景下，钠离子电池凭借其更优的经济性和安全性，可作为锂离子电 池的补充与替代。  技术优劣势 低成本低成本是钠离子电池的主要竞争优势，地壳中钠离子资源含量高达2.75，是锂 元素的 400 倍。且钠资源在我国分布均匀，考虑到当前我国电池产业 80的锂矿依赖进 口，采用钠离子电池可较好解决“卡脖子”问题，钠资源提炼工艺也更加简单、环境友 好。同时钠离子自身化学特性也使得电池可采用更加廉价的铁、锰、铝替代锂离子电池 中昂贵的镍、钴、铜等金属，进一步降低成本。 安全性钠离子相比锂离子具有更加稳定的电化学特性，受低温环境影响小，无过放电 问题，长途可0V运输，大大提升了电池在运输过程中的安全性。根据实验室数据，钠离 子电池正常工作温度区间可达-4080℃，明显优于锂离子电池，拓宽了应用空间。 兼容性钠离子电池除正极材料以外，其他部位的材料、结构与合成工艺与现有锂离子 电池相同，生产线兼容性高，企业转型更加容易。同时钠离子电池与锂离子电池在特性 上的相似性也使得其可在大部分应用场景下对锂离子电池进行直接替换而无需经过系统 整体改造。 钠离子电池技术进步也面临一些问题。从成本方面来看，虽然钠离子电池的理论成本要 低于锂电池，但是由于技术不成熟以及产业未形成规模效益等原因，目前钠离子电池成 本仍高于磷酸铁锂电池，成本优势想要显现仍需依赖产业化与标准化的助推。安全性方 面，因为工艺上与锂离子电池的相似性，钠离子电池也同样存在结晶水、吸湿水解等问 题。有关钠离子安全性高的结论仍停留于实验室阶段，在实际应用场景下的表现还有待 考证，钠离子电池的安全标准也有待制定。  产业链及成本构成 钠离子电池产业链分布与锂离子电池相似，涵盖上、中、下游三个部分。上游包含正负 电极、电解液以及隔膜原材料，涉及金属和化工产业。中游包括电池封装、控制系统集 成等，涉及电气设备生产及系统集成产业。下游为储能/动力电池应用市场，涉及储能、 电动车等领域。 图 18钠离子电池产业链 资料来源长城证券研究院整理 行业深度报告 长城证券 19 请参考最后一页评级说明及重要声明 钠离子电池由于技术由于产业成熟度与技术路线不确定之间的问题，目前系统成本仍要 高于锂离子电池。由于钠离子电池与锂电池的相似性，故此处参照锂电池系统成本构成 对钠离子电池成本进行简单估算。在一个典型的储能应用场景下，电池系统成本占比约 为60，其他成本占比约为40。 参考2020年钠离子电池原材料成本构成，正极、负极、电解液、隔膜原材料分别占电芯 总成本的30、10、20、15，剩余成本由其余辅件分摊。 图 19钠离子电池成本构成 资料来源长城证券研究院整理 正极材料成本在电芯成本中占主导地位，参考2022年上半年数据，铜铁锰层状氧化物估 计成本约为2.9万元/吨，镍铁锰层状氧化物约为4.2万元/吨，普鲁士白类为2.22.6万元 /吨。负极材料硬碳依据厂商供应链资源价格差别较大，在1020万元/吨不等，目前诸多 厂商宣称硬碳成本有较大下降空间。电解液成本同样也是电池成本的重要组成部分，钠 离子电池电解质盐一般为六氟磷酸钠（NaPF6），参考目前碳酸钠 0.3 万元/吨的成本，电 解液成本预计低于 2 万元/吨。钠离子电池正负极均可以使用铝箔作为集流体，目前价格 在34万元/吨。 2.2.4重力储能  固体介质的重力储能是近期重力储能商业化的主要发展方向，水介质的新型重力 储能技术尚停留在理论研究阶段，除传统抽蓄外的新型水介质重力储能目前尚未 有商业化的产品。  Energy Vault采用的提升砌块作为存储电能的方式已掌握较为成熟的技术，并已 开始应用于小规模示范项目中，但尚未出现大规模应用，其技术成熟度有待示范 项目的验证。若能有较成功的示范，砌块重力储能具有可扩展性高、度电成本较 低的优势，在中长时储能中有相对广阔的应用前景。  矿井重力储能利用废弃矿井进行能量存储，矿井高差通常比人工构筑物更大，如 果将数百米深的废弃矿井利用部署重力储能，其储能效率和储能密度均能够超越 以人工构筑高差部署重力储能的方式。  技术原理 重力储能是通过重力势能与电能的相互转化完成能量的存储与释放，即利用多余的电能 将重物提升到一定的高度进行存储，当需要使用电力时通过重物下降的过程进行发电产 生电能。按照储能介质，重力储能可以区分为水介质和固体介质。传统的抽水蓄能是以 正极 30 负极 10 电解液20 隔膜原材料 15 其他 25 行业深度报告 长城证券 20 请参考最后一页评级说明及重要声明 水为介质，将水的重力势能进行能量存储，符合广义上的重力储能的标准，但为了区分 传统抽水蓄能与新型重力储能，通常认为重力储能是除抽水蓄能以外的通过重力势能充 放电的储能方式。常见的重力储能包括活塞式重力储能、悬挂式重力储能、混凝土砌块 储能塔、山地重力储能等类型。 砌块重力储能塔是利用起重机将砌块堆叠成塔，该装置以砌块的升降过程进行充放电， 下图是 Energy Vault 提出的一代砌砖储能技术 EV1示意图，该技术在瑞士进行了小规模 商业示范。 图 20砌块重力储能塔示意图 资料来源Energy Vault官网 在EV1示范之后，为解决规模化建设效率等问题，Energy Vault又提出了模块化的二代砖 块储能技术。EVx 储能系统充放电的顺序如下图所示，整个储能装置都处于钢结构框架 中，框架中包括了提升及传动装置。结构中分为上下两部分，上半部分为储能高度，下 半部分为放电高度。 图 21二代砌块重力储能塔示意图 资料来源Energy Vault官网 山体斜坡储能是利用山体的落差进行重物的提升和降落以实现充放电。相比人工构筑物， 该方式的结构更加稳定，承重能力更强，缺点是占地面积较大。用于提升重物的传送方 式包括轨道机车、缆车、绞盘机、直线电机和传送链等。 行业深度报告 长城证券 21 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 22山体斜坡储能原理示意图 资料来源重力储能技术研究进展 地下竖井重力储能是另一种重力储能技术路线，利用废弃的矿井平台和矿井进行重物的 升降以实现充放电。该方式的建设成本较低，但选址不够灵活，井口尺寸限制了储能规 模。该技术由苏格兰Gravitricity公司首次提出，并于2021年搭建了一台250kW的样机， 并于2022年开始建设第一个2MWh商业化储能项目。  技术优劣势  能量密度高重力储能的能量密度取决于储能介质的重力密度和建造的高度差， 能够实现较高的能量密度。  可持续性由于重力储能是通过物理介质进行储能，不存在化学电池的能量衰减 问题。  环保固体介质可以采用建筑废渣等进行废物利用，减少对环境的污染。  技术的难点及可能存在的瓶颈  电池管理系统难度高不同于传统的锂电 BMS，重力储能需要根据不同的结构 类型设计不同的电池管理方案。例如砌块储能塔需要对砌块的布局和抓取次序进 行设计以获得最高效率，而这类自动控制系统在商业化领域没有先例，其设计算 法及软件开发难度高。  输出功率稳定问题由于重力储能的发电功率由速度（固体介质）或压强差（水 介质）决定，需要将发电功率控制在相对稳定的水平。  机械结构使用寿命问题重力储能不存在损耗，但是其钢结构等材料的使用寿命 受机械特性的影响，需要具备较强的抗形变和耐腐蚀能力。  产业链及成本构成 重力储能产业链上游包含混凝土制造、相关的吊车、缆车及起重机设备以及相关的电气 装备。中游包括系统集成，系统安装以及系统运维。下游在发电侧、电网侧以及用户侧 储能均能有所发挥。 行业深度报告 长城证券 22 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 23重力储能产业链 资料来源长城证券研究院整理 以第一代砌砖储能系统为例，混凝土砖块成本占其成本比例最高，约 40。钢结构的成 本约占20，自动化控制设备成本约占17，土建成本16，变频器和电机约占15， 百兆瓦级重力储能项目的成本约为40005000元/kWh。 图 24砌砖重力储能成本构成 资料来源长城证券研究