2023年中国储能产业发展研究报告-亿欧智库.pdf

2023年 中国储能产业发展研究报告 亿欧智库 https//www.iyiou.com/research Copyright reserved to EO Intelligence, April 2023 目录 C O N T E N T S 储能市场 概览 1.1 发展储能的价值 1.2 中外储能发展对比 1.3 中国发展储能驱动力 1.4 中国储能技术分类 1.5 中国储能市场发展核心痛点 01 中国储能产业发展现状 2.1 中国储能市场产业图谱 2.2 中国储能技术发展 2.3 储能技术发展与落地应用评价 02 中国储能应用案例 3.1 电源侧应用分析 3.2 电网侧应用分析 3.3 用户侧应用分析 3.3.1 家庭 3.3.2 工商业 03 中国储能未来发展趋势 4.1 中国储能未来发展趋势预判 4.2 中国储能未来发展风险提示 04 目录 C O N T E N T S 储能市场 概览 1.1 发展储能的价值 1.2 中外储能发展对比 1.3 中国发展储能驱动力 1.4 中国储能技术分类 1.5 中国储能市场发展核心痛点 01 中国储能产业发展现状 2.1 中国储能市场产业图谱 2.2 中国储能技术发展 2.3 储能技术发展与落地应用评价 02 中国储能未来发展趋势 4.1 中国储能未来发展趋势预判 4.2 中国储能未来发展风险提示 04 中国储能应用案例 3.1 电源侧应用分析 3.2 电网侧应用分析 3.3 用户侧应用分析 3.3.1 家庭 3.3.2 工商业 03 4 ◆ 储能是指能量的存储，即通过一种介质和设备，把当前剩余的能量以其本身的形式，或者换成另一种能量形式存储起来，根据未来使用的需求，以 特定能量形式释放出来的过程。广义上来看，储能包括储电、储热、储气 /氢以及化石燃料。 本报告核心讨论储电。 ◆ 储能技术是通过特定的装置或物理介质将不同形式的能量通过不同方式存储起来，以便以后需要时再次利用的技术。按照存储介质分类，电能存储 目前主流的划分方式包括机械储能、化学储能以及电磁储能。 数据来源公开材料；亿欧智库 电能储能包含机械、化学及电磁等众多技术路线，已有成熟技术进入大规模商业化阶段 广 义 储 能 储电 储热 储气 /氢 化石燃料 抽水储能 飞轮储能 压缩空气储能 超导储能 超级电容储能 锂离子电池 机械储能 化学储能 电磁储能 钠离子电池 氢燃料电池 亿欧智库储能广义分类 亿欧智库储能技术发展曲线 新型储能 技术成熟度 研发阶段 示范应用阶段 大规模商业化阶段 抽水蓄能铅酸电池 锂离子电池 液流电池 钠离子电池 飞轮储能 熔盐储能 氢燃料电池 压缩空气储能 超级电容储能 超导储能 资金需求量 熔盐储能 液流电池 铅酸电池 5 ◆ 为应对全球气候变化的挑战，目前已有约 130个国家和地区提出了碳中和目标，绿色低碳和可持续发展已经成为国际共识。其中，构建以可再生能 源为主体的新型电力系统是实现碳中和的重要路径。 ◆ 发展储能技术是推进能源结构转型的必要条件，因为可再生能源具有间歇性、波动性和不确定性等特点，导致电力供需平衡难以保证。储能技术可 以提高可再生能源的消纳比例，降低对电网的冲击，提升电力系统的灵活性、经济性和安全性。 数据来源 BP；沙利文；亿欧智库 实现碳中和成为全球共识，发展储能技术是推进能源结构转型的必要条件 亿欧智库全球 VRE发电占比将提升至 15 亿欧智库 VRE发电渗透率越高对电力系统的灵活性要求越高 61 10 15 13 1 57 10 15 15 3 火电 核能 水电 可再生能源（风电、光伏） 其他 2021年 全球各类发电量占比 2025年 全球各类发电量占比 高比例新能源并入电网，对电网冲击大，影响电网稳定。传统“源随荷动”模 式不适用新型电力系统 阶段 VRE发电量渗透率 对电力系统灵活性的影响 第一阶段 0-3 对系统基本没有影响； 在发电厂的并网点产生极少的局部影响。 第二阶段 3-13 负荷与净负荷之间的变化日益明显； 需要改进系统运行方式，更充分地利用现有系统灵活 性资源。 第三阶段 13-24 供需平衡难度加大，需要系统性地提高电力系统灵活 性； 现有设施和改进运行方式难以满足灵活性需求，需要 对新的灵活性进行投资。 第四阶段 23-50 某些时段， VRE发电量足以提供大部分电力需求； 系统运行需要加强受到扰动后迅造响应的能力； VRE也要摄供频率响应服务，如一次调频和二次调频。 第五阶段 50以上 VRE发电量经常超过电力需求，出现负净负荷的结构 性过则； 某些时段完全由 VRE供应，不需要火电提供负荷； 需要转移用电需求，以及通过电气化创造新需求增加 与相邻系统的电力交换。 第六阶段 50以上 主要挑战是在风能和太阳能可用率持续较低时（比如 数周）如何满足电力需求； 需要季节性储能，以及应用氢等合成燃料。注 VRE（ variable renewable energy）可控可再生能源 6 ◆ 从 2021年全球新增投运新型储能项目总体来看，美国、中国、欧洲三大市场占据总体市场的 80，其中美国占比 34，中国占比 24，欧洲占 比 22。值得注意的是，抽水蓄能、电化学储能（电网级）储能市场由中美主导。 数据来源 CNESA；公开材料；亿欧智库 全球新型储能市场依然由美国、中国和欧洲三大市场引领 美国 34 欧洲 22 中国 24 美国 中国 24 34 欧洲 澳大利亚 日韩 其他 22 7 6 7 亿欧智库 2021年全球新增投运新型储能项目各地区功率分布（ MW） 7 ◆ 根据 CNESA数据，截至 2021年底，全球已投运的（电力）储能项目累计装机规模 209.4GW，相较于五年前增长 19。抽水蓄能占比高，涨幅 较小；储能的增长几乎全部来自于新型储能，五年间占比已达 12.2。其中电化学储能为增长主力军，从 2017年的 2.9GW增长至如今的 23GW， 占据新型储能市场 90以上的份额。 数据来源 CNESA；亿欧智库 全球新型储能市场增速可观，抽水蓄能仍是主要储能方式 亿欧智库 2017年 -2025E年全球储能市场规模（按新增装机容量计）亿欧智库 2017年 -2022年全球储能累计装机规模 8 11 15 26 46 210 230 200 190 10 240 0 30 50 20 220 170 40 180 2022 3 171 237 2017 3 171 168 175 （ GW） 2021 188 3 2020 181 4 185 191 3 209 2019 3 181 2018 3 173 35 抽水蓄能 新型储能 熔融盐储能 3 8 7 11 25 72 137 231 348 20192017 202120202018 2022 2023E 2024E 2025E 86 69 新增装机规模（ GWh） 8 ◆ 中国制定目标在 2030年前二氧化碳排放量达到峰值， 2060年前实现碳中和。我国实现碳中和核心在于能源结构的清洁化、低碳化，能源结构将加 速向非化石能源转变。根据全球能源互联网发展合作组织预测，到 2025年中国可再生能源发电占比将提升至 20。 ◆ 中国正面临电力系统的绿色低碳转型与能源结构的转型。电力结构中，新能源电力的占比在逐渐攀升。新能源 出力 存在波动大且具有不确定性，其 与用电负荷曲线不相匹配，进而加重了常规电源的调节负担。在负荷低谷期间，新能源 出力 较大，导致电力系统调峰困难；在负荷高峰时段，新能 源 出力 水平较低，导致电网必须采取有序用电措施。新能源发电需要不同的调峰调频手段 ， 储能作为可以作为新能源电力调峰调频的重要利器。许 多省份已经发布了新能源配储政策，将配建储能作为新能源并网或核准的前置条件 ， 储能的发展势在必行。 数据来源 BP；全球能源互联网发展合作组织；亿欧智库 中国双碳战略目标下能源结构转型加速，储能需求爆发在即 亿欧智库中国可再生能源发电占比将提升至 20 亿欧智库 2017年 -2021年中国可再生能源装机量增长 64 665 15 13 1 55 6 16 20 3 火电 可再生能源（风电、光伏）核能 水电 其他 2021年 中国各类发电量占比 2025年 中国各类发电量占比 11.3 11.7 12.2 12.6 13.1 13.5 25 15 10 20 0 30 2020 22.0 17.8 7.9 20.1 2017 2019 2021 9.3 19.0 2022 7.3 2018 6.5 10.6 25.6 23.7 12.1 87 全国其他发电累计装机量（亿千瓦） 全国可再生能源发电累计装机量（亿千瓦） 2016 2018 2019 2020 2017 2021 2022 储能纳入国家级政策规划 国家发改委、国家能源发布局 能源技术革命创新行动计划 2016-2030年 提 出加快发展高效储能、先进储能技术创新、积极推进储能技术研发应用、攻克储能 关键技术等任务和目标。 首份行业政策性指导文件出台 国家发改委、国家能源局等 关于促进储能技术与产业 发展的指导意见 提出未来十年中国储能行业两步走战 略“十三五”期间，建成一批不同技术类型、不同应 用场景的试点示范项目，探索一批可推广的商业模式； “十四五”期间，储能项目广泛应用，形成较为完整的 产业体系，成为能源领域经济新增长点。 推动新型储能技术的发展和应用（电化学储能电池、 压缩空气储能） 国家发改委、国家能源局发布 关于提升电力 系统调节能力的指导意见 提出推动新型储能 技术发展及应用。 国家发改委发布 关于创新和完善促进绿色发 展价格机制的意见 鼓励利用峰谷电价差、辅 助服务补偿等市场化机制，促进储能发展。 国家发改委、科技部等发布 贯彻落实 2019-2020年行动计划 进一步提出加 强先进储能技术研发和智能制造升级、推 进抽水蓄能发展、推进储能项目示范和应 用、推进新能源汽车动力电池储能话应用、 加快推进储能标准化，明确了储能产业的 发展和具体任务和分工。 完善落实促进储能技术与产业发展的政策 国家能源局综合司、应急管理部、国家 市场监督管理总局发布 关于加强储能 标准化工作的实施方案 方案指出，积 极推进关键储能标准制定，鼓励新兴储 能技术和应用的标准研究工作。 加强储能标准 完善抽水蓄能储能机制，鼓励新型储能 新型储能项目管理规范（暂行）（征求意见 稿） 关于加快推动新型储能发展的指导意见 关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调 峰能力增加并网规模的通知 关于进一步完善分时电价机制的通知 关于印发“十四五”可再生能源发展规划的 通知 关于印发能源领域深化“放管服”改革优化 营商环境实施意见的通知 国家发改委、能源局发布 “十四五”新型储能 发展实施方案 。到 2025年，新型储能由商业 化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化 应用条件。其中，电化学储能技术性能进一步提 升，系统成本降低 30以上；到 2030年，新型 储能全面市场化发展，储能与电力系统各环节深 度融合发展，基本满足构建新型电力系统需求。 发展新型储能 9 ◆ 2016年，国家能源局发布 “十三五”规划纲要 ，将储能电站、储能设备实施纳入八大重点工程，储能纳入国家级政策规划。 2016年至今，储 能政策经过的发展期、战略期、新时代三个主要阶段，将“指导意见”落实到“行动计划”。 ◆ 据中关村储能产业技术联盟（ CNESA）统计， 2021年，国家及地方共出台与储能相关政策 300余项， 以完善抽水蓄能储能机制，鼓励新型储能为 主线， 政策主要覆盖电力与工业场景的储能建设。 2022年出台 290多项储能政策， 新型储能的发展成为重点关注对象， 与此同时，储能技术、安 全标准及认证的完善也提上日程。工业、电力、交通、用户场景的政策中多次提及储能的落地应用。 数据来源公开材料；亿欧智库 近几年，国家层面储能政策高密度出台，助力行业发展 亿欧智库 2016-2022年储能配套政策不断完善 亿欧智库中国储能发展阶段 2016年 以前 2016- 2020 2021- 2030 2031- 2060 储能主要用于电力系统“削风填 谷”，以抽水蓄能为主 用于新能源消纳以及电网侧调峰， 电化学储能开始走上历史舞台 发电测系能源消纳、电网侧调峰 调频、用电测峰谷价差套利共振 需求 风光电成为主要电源，储能成为 新能源出力低谷期主要电源，并 为电力系统尖峰负荷提供电量保 障 10 ◆ 储能技术是实现电力系统脱碳的重要支撑，可以改变电能生产、输送和使用必须同步完成的模式，提高电网运行的安全性、经济性和灵活性，成为 支撑可再生能源发展的关键技术。近年来国内外的储能相关技术都处于高速发展阶段，成本不断下降。 ◆ 经过“十二五”和“十三五”期间国家和产业的持续投入，中国储能技术的水平快速提升，在关键技术和继承示范方面也均取得重要进展，中国已 成为世界储能技术研发和示范的主要核心国家之一。压缩空气储能、储热储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池和钠离子电池已达到或接近世界 先进水平；抽水蓄能、飞轮储能、超级电容器和储能新技术和世界先进水平还有一定差距，但总体差距在逐步缩小。 资料来源中关村储能技术产业联盟；亿欧智库 中国储能技术的水平快速提升，多数储能技术水平世界领先 技术研发 油水蓄能 压缩空气 储能储热 飞轮储能 铅蓄电池 理离子电迪 液流电池 钠离子电池 超圾电容器 储能新技术 工程示范 推广应用 商业化 国际 国内 亿欧智库中国和世界主要储能技术水平对比 储能技术 中国研发和应用进展 抽水储能 超高水头 、 超大容量抽水蓄能实现了跨越式发展 ， 定速抽蓄世界领先 ， 变速抽蓄与国外有较大差距 。 压缩空气 10-100MW储能系统取得里程碑式进展 ， 张家口首套 100MW压缩空气储能项目达到世界引领水平 。 储热储冷 高温熔盐储热 、 大容量跨季节储热和储冷 、 热泵储热 、 卡诺电池以及电化学储热是当前储热研究的热点 。 飞轮储能 大容器功率型飞轮储能取得阶段性进展 ， 缩小了与国际先进水平的差距 ，为 10MW以上项目应用奠定基础 。 铅蓄电池 技术研发主要集中在铅炭电池 ， 通过在负极添加高活性的碳材料 ， 抑制负极硫酸盐化引起的容量快速衰减 。 锂离子电池 正负极材料 、 快充技术 、 固态电池等取得重要突破 ， 锂补偿技术 、 无模组技术和刀片电池是技术进展亮点 。 液流电池 全钒液流电池是主流技术 ， 解决规模化 、 成本 、 效率等问题是研究热点 ，锌溴 、 铁铬液流电池正在探索 。 钠离子电池 最接近锂离子电池的电池技术 ， 基础研究 、 技术水平和集成示范均取得重要进展 ， 已处于国际领先水平 。 超级电容器 在关键材料 、 单体技术 、 成组管控 、 系统集成与应用和使役性能进行全链条技术攻关 ， 并实现规模示范 。 新型储能 研究重点是液态金属电池 、 多价金属离子电池和水系电池的材料研究 ， 相关单体 、 模组等正在深入研究 。 亿欧智库中国在主要储能技术上的研发和应用进展 11 ◆ 根据 CNESA全球储能项目库的不完全统计，截至 2021年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模 46.1GW，占全球市场总规模的 22，同比增 长 30。其中，抽水蓄能的累计装机规模最大（占比 86.3），为 39.8GW；市场增量主要来自电化学储能，累计装机规模达到 5729.7MW，同比 增长 75。 数据来源 CNESA；亿欧智库 抽水蓄能仍是中国主要储能技术，新型储能技术中电化学增速迅猛 亿欧智库 2021年中国储能技术占比 亿欧智库中国电化学储能市场累计装机规模 86.3 12.5 1.2 89.7 5.9 1.2 3.2 抽水蓄能 熔融盐储能 锂电子电池 铅蓄电池 压缩空气 其他 389.8 1,079.7 1,709.6 5,729.7 11,659.7 0.0 0.8 1.6 2.4 0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 2017 201920152012 2013 2014 2016 2018 2020 2021 2022 3,283.5 年增长率 装机规模（ MW） 亿欧智库成熟储能技术优缺点对比 亿欧智库 2019-2022年储能项目部分重大事故 12 ◆ 在储能技术的发展过程中，经济性是影响储能推广的重要因素之一，原有高上网电价且存在弃光弃风的电站、高峰谷电价差以及储能扶持政策地区 的储能项目自发需求或将逐步释放。此外，对于储能行业，工程层面的技术 -经济先进性依然是最重要的因素之一。 ◆ 另外，安全性也是制约中国储能产业发展的核心因素之一。随着中国储能装机规模跃至全球第一，消防安全紧握产业发展“命脉”。在储能产业高 速发展的同时，储能的安全建设和运行压力也在不断增加。 数据来源公开材料；亿欧智库 经济性与安全性是制约中国储能产业发展的核心因素 国家 事故时间 事故类型 储能技术 装机容量（ MWh） 美国 2022 充电中 三元锂电池 182.5 韩国 2022 充电中 三元锂电池 1.5 澳大利亚 2021 冷却液泄露导致电 池单体热失控 三元锂电池 450 中国 2021 充电中 磷酸铁锂电池 25 韩国 2019 充电后休止 三元锂电池 1.027 韩国 2019 充电后休止 三元锂电池 3.66 韩国 2019 充电后休止 三元锂电池 46.757 韩国 2019 充电后休止 三元锂电池 2.496 韩国 2019 充电后休止 三元锂电池 5.22 韩国 2019 充电后休止 三元锂电池 3.289 抽水蓄能 压缩空气储能 飞轮储能 锂电子电池 优 点 可靠性高 经济性高 寿命长 容量大 技术成熟 经济性高 寿命长 充放电次数高 响应速度快 功率变化能力 快 比能量高 技术成熟 响应速度快 效率高 缺 点 选址依赖地理 条件 投资额高 能量转换损耗 导致效率偏低 度电成本高 价格高 存在发热问题 应 用 场 景 调峰 调频 事故备用 调峰且适用于 大规模风场 UPS 电网调频 调峰 调频 备用容量 机械储能存在一定外部制约因素，电化学储能经济性提升降低 LCOS是关键 LCOS CapexOpex−残值循环寿命 ∗系统 能量 效率 更长的循环寿命 更高的系统效率 更低的资本投入 目录 C O N T E N T S 储能市场 概览 1.1 全球储能市场发展介绍 1.2 中国储能市场发展介绍 1.3 中国储能市场发展背景 1.4 中国储能市场分类 01 中国储能产业发展现状 2.1 中国储能市场产业图谱 2.2 中国储能技术发展 2.3 储能技术发展与落地应用评价 02 中国储能应用案例 3.1 电源侧应用分析 3.2 电网侧应用分析 3.3 用户侧应用分析 3.3.1 家庭 3.3.2 工商业 03 中国储能未来发展趋势 4.1 中国储能未来发展趋势预判 4.2 中国储能未来发展风险提示 04 中国储能市场产业图谱 数据来源公开材料；亿欧智库 上游材料及设备 中游储能系统建设 下游应用 材料 正极材料 负极材料 电解液 负极材料 储能电池系统 电池组 电池管理系统 储能变流器 能量管理系统 储能系统 安装 储能系统 集城 应用 发电侧 电网侧 用户侧 设备 电池生产 抽水蓄能 电站 建设 14 15 ◆ 截止到 2021年底， 2021年我国新增电力储能装机继续保持高速增长，新增投运规模达 10.5GW，同比增长 220％。新增最多的是抽水蓄能，单机规 模 100MW以上，占年度新增装机 79左右，位列第一梯队。其次是锂离子电池、压缩空气储能、液流电池、铅蓄电池、储热储冷技术，单机可达 10-100MW，位列第二梯队。第三梯队是钠离子电池、飞轮储能、超级电容器，目前单机容量已达到 MW级，其中钠离子发展受关注最多，未来 可能进入第二梯队。第四梯队是是液态金属、金属离子电池、水系电池等新型储能技术，需要进一步的研发，以尽早实现集成释放和产业化应用。 ◆ 中国储能企业主要包括储能技术提供商、储能 PCS 提供商、储能系统集成商三大类。 数据来源公开材料；亿欧智库 国内储能新增装机按技术分类，成四大梯队分布 抽水蓄能 锂 离子电池、压 墟 空气储能、液流 电池 铅蓄电池、储 热储冷电地 钠离子电池 飞轮储能、短 级电容器 液态金属，金属 离子电池、水系 电池等 技 术 应 用 规 模 第 一 梯 队 第 二 梯 队 第 三 梯 队 第 四 梯 队 单机规模 100MW以上 单机规模 10-100MW 单机规模 达到 MW级 有待 进一步产业化 亿欧智库中国储能新增装机梯队划分（技术分类） 0 500 1000 1500 2000 宁德时代 中储国能 亿纬动力 鹏辉能源 南都电源 海基新能源 力 神 远景动力 中创新航 中天科技 2021 年度国内新增投运装机量排行榜（中国储能技术提供商） （单位 MWh） 0 200 400 600 800 上能电气 科华数能 索英电气 南瑞继保 阳光电源 盛弘股份 华自科技 智光储能 汇川技术 许继 2021 年度国内新增投运装机量排行榜（中国储能 PCS 提供商） （单位 MW） 0 200 400 600 海博思创 电工时代 科华数能 阳光电源 新源智储 融和元储 远景能源 平高集团 库博能源 天合储能 2021 年度国内新增投运装机量排行榜（中国储能系统集成商） （单位 MW） 储能技术不同类型及特点 ◆ 储能技术是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术。根据技术类型的不同，以电能释放的储能方式主要分为机械储能、电 磁储能和电化学储能。机械类储能的应用形式为抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能的应用形式为超级电容储能和超导储能；电化学类 储能主要包括铅蓄电池、锂离子电池和液流电池等储能方式。 ◆ 不同储能技术具有不同的特性，包括响应时间、放电时长、综合效率，相应的技术成熟度和应用场景也有所差异。不同储能技术路线利弊兼有，却 不影响其“百花齐放”。随着碳达峰、碳中和目标的提出，储能产业驶入发展快车道，成为构建新型电力系统的重要支撑。 数据来源公开材料；亿欧智库 分类 储能技术 适用储能时长 响应时间 放电时长 综合效率 / 寿命年 技术成熟度 应用场景 ① 机械储能 抽水蓄能 长时 s-min级 1-24h 75-85 40-60 成熟 调峰、备用 空气储能 长时 min级 1-24h 70-89 20-40 成熟 调峰、备用 飞轮储能 短时 ms-min级 ms-15min 93-95 15 商业化早期 调频、平滑波动 ② 电化学储能 铅蓄电池 短时 ms-min级 ms-h 75-90 5 商业化 调峰、调频、通讯 基站备用电源 钠硫电池 短时 ms级 s-h级 80-90 10-15 商业化 调峰、调频、能量管理、备用 液流电池 短时 /长时 ms级 s-h级 60-85 5-10 商业化早期 调峰、调频、能量管理、备用 锂离子电池 短时 /长时 ms-min级 ms-h级 98-95 5-15 商业化 调峰、调频、能量管理、备用 ③ 电磁储能 超导储能 短时 ＜ 100 ms ms-8s 95-98 20 开发阶段 调频、平滑波动 超级电容 短时 ms 级 ms-60min 90-95 20 开发阶段 调频、平滑波动 亿欧智库不同储能技术类型和主要特点 16 17 ◆ 抽水蓄能是一种大规模的储能方法，即通过电能 -水势能的转化进行能源储存。抽水蓄能是在用电低谷时将电能转化为上游水库水的势能，在用电 高峰时通过水轮发电机将水的势能转化为电能，其储能总量同水库的落差和容积成正比。 ◆ 抽水蓄能电站自 1882年问世至今拥有 140年的历史，中国是从 20世纪六七十年代拉开抽水蓄能电站建设的序幕。“十二五”、“十三五”期间， 为适应新能源、特高压电网快速发展，抽水蓄能发展迎来新的高峰。截至 2020年底，全球已投运的抽水蓄能装机为 1.725亿千瓦，其中中国抽水 蓄能装机达到 3149万千瓦，占比超过 18，位居世界第一。 数据来源公开材料；亿欧智库 亿欧智库抽水蓄能发展历程 亿欧智库抽水蓄能分类 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 1968年 ， 河北岗南水库 安装 1.1万干瓦的进口抽 水蓄能机组 。 1973年和 1975年北京密云 水库白河水电站分别改建 并安装了两台 1.1万千瓦抽 水落能机组 ， 总装机容量 2.2万干瓦 ， 标志着我国抽 水 蓄能 电站建设起步 。 在华北 、 华东 、 南方等 地区相继建成十三陵 ， 广蓄 ， 天荒坪等一批大 型抽水蒂能电站 ， 到 2000年底总容量达到 5520MW。 为 适应新能源、特高压 电网快 速发展，抽水蓄能发展迎来新 的高峰。 截至 2020年底，全国运行抽水 蓄能电站 32座、 31490MW， 在建抽蓄装机 45450MW。 改革开放以来， 国民经济快速 发展，各地加 快电源建设 11座抽水蓄能电站陆续开工建设， 建设规模达到 11220MW。截至 2010年底，全国抽水蓄能电站装 机容量达到 14510MW。 成立抽水蓄能专业运营公司， 即国 家电网公司成立国网新源控股有限 公司，南方电网公司成立调峰调频 发电公司 起步期 发展期 高峰期 电力负荷迅速增长，调峰需求剧增，抽水 蓄能电站全国范围内迅速铺设 专门建设、运营 抽水蓄能电站 厂网分离 解决电力匮乏问题，保证大电网安全， 电站建成，设备多源自进口，但总体 发展缓慢 储能概念受到关注，成为中国 主要储能方式，正在实现零部 件全面国产化的路上 按取水方式 坝式 引水式 混合式 按机组形式 分置式（四机式） 串联式（三机式） 可逆式（两机式） 按开发方式 纯抽水蓄能电站 混合式抽水蓄能 电站 调水式抽水蓄 ① 机 械 储 能 抽水蓄能中国作为抽水蓄能大国，进入发展高峰期 18 ◆ 抽水蓄能是当前储能规模最大（ＧＷ 级）、技术最成熟、使用寿命最长（ 50ａ左右） 和经济性最优（度电成本 0.21-0.25元／ｋＷｈ）的物理 储能技术。 这种低吸高发的储能模式主要应用于电网调峰填谷、调频调相、紧急事故备用和黑启动等场合，可进行“水光互补”，有效调节电力 系统的动态平衡，提高电网系统的综合运行效率达 70％～ 85％ 。 ◆ 基于其技术成熟，循环次数多，使用寿命长且损耗低等特点，抽蓄电站的度电成本优势较大，但是抽水蓄能资源总量有限，站址选择受地理条件 限制，建设周期长，投资成本呈逐年升高趋势，需求和电价机制是制约抽蓄发展的主要因素。 数据来源公开材料；亿欧智库 抽水蓄能技术成熟但建设受限，需求和电价机制是制约发展的主要因素 亿欧智库抽水蓄能电站在电力系统中的作用 抽水 蓄能 电站 调峰 填谷 调频 调相 黑启动 事故备用 抽水 发电 水泵 工况 水轮机 工况 电网调节器 ＆ 清洁能源储能器 上游 设备供应 水泵 水轮机 发电机 进水阀 中游 抽水蓄能建设及运营 下游 电网系统 电站设计 电站建设 电站运营 调峰 调频 填谷 需求 过去的电力贡献大多来自火电 ， 虽然用电量不断增长 ， 但火电电源 稳定性强 ， 水电本身又具备调峰调频的功能 ， 电网对于储能的需求 并不是非常急迫 。 电价 机制 抽蓄电站的成本一直无法顺利传导 ， 电网投资意愿不强 。 另外 ， 抽 蓄电站的盈利和电网运营利润捆绑式计算 ， 导致社会资本参与度也 较低 。 限 制 因 素 抽水蓄能电站投资构成 50 机电设备及安装工程 20 建筑工程 20 其他投资 10 临时工程投资 ① 机 械 储 能 站址 限制 抽水蓄能对地理因素的要求很高 ， 需要合适的地理条件建造水库和 水坝 ， 需要有合适的水源条件 、 地形条件 、 地质条件 、 环境条件 ， 建设周期长 。 19 ◆ 在目前适合规模化商业运行的储能技术中，飞轮储能具有功率密度高、充放电响应速度快、使用寿命长、放电深度大、无环境污染、运营成本低、 安全风险小等综合优势，非常适合快速大功率充放电应用场合。 ◆ 从目前飞轮储能技术的发展来看，目前中国市场上飞轮储能应用大部分为试点产品，成熟运行产品较少，运行功率较低，后备时间极短，部分技 术性能需要进一步完善。在系统容量、转换率、使用寿命、安全性等方面亟须创新和突破。同时，飞轮储能商业化还存在成本偏高、缺少价格激 励政策、技术路线不够成熟、欠缺技术规范和接入标准等问题。 数据来源公开材料；亿欧智库 飞轮蓄能处于发展阶段，未来应用有待突破 英国、美国、法国、德 国 陆续采用飞轮吸收制 动动能 美国第二代磁悬浮飞轮 系统成功运行 德国建设出 250kW/5kWh磁悬浮 飞轮系统 纽约斯蒂芬敦 20MW储 能电站 美国研发集成飞轮 UPS 电源的模块化电源系统 德国 Piller公司推出双 变换式飞轮 UPS 中国首台具有完全自主 知识产权的兆瓦级飞轮 储能装置应用 2001年 2004年 2007年 2011年 2014年 2016年 2022年 亿欧智库飞轮蓄能发展历程 大功率快速响应和快速充放能力 可以达到很高功率密度和很快响应时间 。 额 定功率响应时间低于 0.1秒 。 可以配置大功率电机 ， 实现能量快速深度充放 。 超高的循环充放次数和超长使用寿命 满功率充放电循环次数可以超过 10万次 ， 储能部件设计寿命超过 25年 。 飞轮储能系统荷电状态精确可测可控 飞轮转子转速和储能量成精确关系 ， 可 以通过精确测量飞轮转子转速 ， 实现储能量的精确监测和控制 。 安全可靠性和环保性能 飞轮储能通过高速旋转的飞轮转子实现能量存储 ， 没 有燃烧和爆炸的风险 ， 没有危险化学物的处理与回收问题 ， 不产生环境污染 。 强环境适应性和低运维成本 飞轮储能系统的运行环境条件要求低 ， 工作温度 范围宽；日常运行维护工作量少 ， 储能系统核心部件全寿命不需要更换 。 飞 轮 储 能 技 术 分 类 分类依据 功率型飞轮 指存储 能量较小、单体功率较大、充电速度快、响应 迅速，且可以频繁充放电的飞轮 能量型飞轮 指存储 能量较大、充放电 时间较长的飞轮 飞轮特性 分类 钢制飞轮 指使用钢材作为制作材料的飞轮，目前应用成熟，但工作时一旦发生事故，危险性较大 复合材料飞轮 指使用多种材料的飞轮，无转子解体后击穿壳体的风险，可频繁 深度充放电、生命周期 内基本免维护 飞轮材质 分类 细分 基础信息 ① 机 械 储 能 20 ◆ 压缩空气储能系统是以高压空气压力能作为能量储存形式，并在需要时通过高压空气膨胀做功来发电的系统。传统压缩空气储能系统的效率提升 空间十分有限，国内外学者在传统压缩空气储能的基础上，通过采用优化热力循环等方法，开拓出了多种新型的压缩空气储能技术，新技术推广 使效率显著提升，效率与成本已和抽水蓄能相当，初具大规模商业化条件。 ◆ 目前最主要的新型压缩空气储能系统主要有三个新的技术路径 蓄热式压缩空气储能 TS-CAES、液态压缩空气储能系统 LAES、超临界压缩空气 储能系统 SC-CAES。 数据来源公开材料；亿欧智库 压缩空气储能新技术推广使效率显著提升，初具大规模商业化条件 技术路径 优点 缺点 蓄热式压缩空气储能 TS-CAES 1不需要补燃，节约化石燃料 2能量回收以提高系统效率 3可利用外界热源以进一步提高效率 4技术较成熟，我们认为初具商业化 条件 增加多级换热及 储热，占地面积 和投资有所增加 液态压缩空气储能 LAES 1不受地理环境限制 2能量密度大 依赖化石燃料输 入，系统性能受 回热器的影响较 大 超临界压缩空气储能 SC-CAES 1效率高 2能量密度高破 3不需要补燃，节约化石燃料 技术仍有待突 亿欧智库不同技术路径空气储能系统的优缺点对比 蓄热式短期内有望迎来大规模商业化 不 依赖化石燃料、效率 较高 具备较为成熟的技术 我国有大量的 盐洞、废弃 矿洞 ➢ 效率提升 从目前装机项目来看，兆瓦级的系统效率可达 52.1， 10兆瓦的系统效率可达 60.2， 百兆瓦级别以上的系统设计效率可以达到 70，先进压缩空气储能系统效率能够逼近 75，效率 已经和抽水蓄能 约为 79相当。 ➢ 成本下降 系统规模增加后，单位投资成本也持续下降，系统规模每提高一个数量级，单位成本 下降可达 30左右。当前压缩空气储能目前每千瓦的造价大概是 5000到 6000元，已接近抽水蓄 能的建设成本 约 5500元 /kW，随着未来系统规模的提升、产业链的规模效应的形成，仍有较大 的成本下降空间。 效率提升 成本下降 ① 机 械 储 能 21 ◆ 锂离子电池的能量密度较高，循环寿命长，效率高，响应速度快，是目前储能应用中最主要的技术路线。自 2015年以来， 锂离子电池主宰着储 能市场，从 2022年新增储能装机技术占比来看，锂离子电池储能技术占比达 94.2，仍处于绝对主导地位。 ◆ 从种类来说，磷酸铁（ LFP）， 镍锰钴（ NMC）等三元锂占比 75以上。磷酸铁锂电池能量密度高、循环寿命较长、自放电率低、能量转化率 高、进行快速充放电、不需要维护，电池成本低、寿命长，已成为国内主流路线，具有较强的经济性。 数据来源公开材料；亿欧智库 锂离子电池目前储能应用中最主要的技术路线，处于绝对主导地位 铁酸锂电池 钴酸锂电池 锰酸锂电池 镍酸锂电池 三元材料锂电池 按 正 极 材 料 液态锂电池 固态聚合物锂电池 按 电 解 质 材 料 动力型电池 消费型电池 储能型电池 按 应 用 分 类 锂 离 子 电 池 分 类 1970 1983 1982 1989 1996 1970年首个锂电池诞生 ， 由埃克森 的 M.S.Whittingham发明，采用的 正极材料为硫化钛，负极材料为金属 锂 石墨电极 ， 由于采用金属锂制成的锂电池， 存在一定安全隐患，因此人们尝试利用锂 离子嵌入石圈的特性制作充电电池 锰尖品石 ， M.Thackeray、 J.Goodenough 等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有 低价、稳定和优良的导电性能 . 聚合阴离子 ， A.Manthiram和 .Goodenough 发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电 压 1992 首个商用锂离子电池 ，索尼公 司发布首个商用锂离子电池， 以钴酸锂作为正极材料 磷酸铁锂 ， Padh和 Goodenough发现具 有做榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂，具 性能远超过传统锂离子电池材料 1999 三元锂电池 ，三 元锂电池根念被 首次提出 亿欧智库锂离子电池发展历程 类型 磷酸铁锂（ LFP） 磷酸锰铁锂（ LMFP 镍钻锂三元（ NCM） 镍钴铝三元（ NCA） 结构 橄榄石 橄榄石 层状 层状 正极材料资源 磷铁资源丰富 磷铁资源丰富 钴资源贫乏 钴资源贫乏 正极合成工艺 较难 较难 较难 难 循环寿命（次） 4000-6000 - 2000-3000 2000-3000 充电速度 较慢 较慢 快 快 安全性能 优 优 良 良 倍率性能 一般 较优 优 优 综合成本 低 较低 高 高 优点 安全性好，循环寿命长，成本低 安全性好，比容量高，成本低