20160321-广发证券-电气设备行业：动力蓄电池梯级利用，创新技术突破一致性瓶颈，储能即将爆发

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 44 专题研究 |电气设备 2016 年 03 月 21 日 证券研究报告 本报告联系人：陈乐 021-60750617 chenle@gf.com.cn Tabl e_Title 电气设备行业 动力 蓄电池梯级利用， 创新 技术突破 一致性 瓶颈，储能 即将 爆发 Table_Aut horHorizontal 分析师： 陈子坤 S0260513080001 分析师： 韩 玲 S0260511030002 010-59136752 021-60750603 chenzikun@gf.com.cn hanling@gf.com.cn Table_Summary 核心观点 ：  储能 地位提升 ， 政策频出 ，储能 即将爆发 在 “十三五”期间，储能 得到 了政府前所未有的重视 。“ 储能与分布式作为战略新兴产业 ” ； “ 储能与分布式能 源 ”列入 在十三五百大重点工程里 ；“ 十三五 ” 规划中 ,特别提出构建现代能源储运网络 ,其中首先提出储能和调峰 设施的建设 ,加快构建多能互补、外通内畅、安全可靠的现代能源储运网络。 随着细则的制定，含储能技术的微网有望得到政策和补贴的支持，这将助力储能技术更广泛、更有效地 推广 应用 。随着新一轮电力体制改革的部署和深化，电力存储环节也将逐步加入到灵活、市场化的电力体系建设和运 行中 。储能即将 遇到爆发的 临界点 。  梯次利用 政策 将完善 ， 降低储能 成本， 催化电化学 储能发展 相比 国外 储能 的发展，国内 暂时对 储能的补贴政策还是空白。 当前，新能源汽车 快速发展，动力蓄电池的梯 次利 政策预期 增强， 这将 大大降低 电化学 储能电站的 成本 ，催化电化学储能的发展 。  创新技术突破梯次利用技术 瓶颈 ， 助力 电化学 储能电站大规模推广 级联技术 对电池一致性要求低， 兼容不同厂家、不同品牌、不同老化程度、不同类型的电池。 级联 技术 可以 使得 电池模块化， 方便 后期运维和 扩容 。 SOC 状态排序技术使得电池组利用效率提高，延长电池组寿命， 大大降 低运维成本。 级联技术将 突破电池梯次利用的一致性瓶颈， 助力 电化学储能电站 的 大规模推广应用。  动力蓄电池 梯次利用前景广阔 ， 商业价值 4000 亿 到 2020 年，将有 500 万辆新能源汽车，对应有 500 万个动力蓄电池。梯次利用 商业价值巨大， 峰谷 电价差套 利、 储能 补贴、需求侧 管理等 经济效益达到 4243.13 亿元 的 巨大规模 。  重点 关注标的 储能龙头南都电源、 圣阳股份 ； 小规模 示范项目 先行的 科陆电子、阳光电源 、国电南瑞 ；已布局 动力电池维 护服务项目 的 雄韬股份；微电网控制领域龙头 四方股份 、国电 南瑞；储能并网逆变器 龙头阳光电源 ； 新能源汽车 全产业链布局， 大量 储能电站项目 的比亚迪；  风险提示 储能补贴 政策低于预期； 动力 蓄电池梯次利用政策低于预期 ； Table_Report 相关研究 ： 电气设备行业 :关注配网、充电桩、特高压投资机会 2016-01-19 风电行业深度研究报告 :稳步突破瓶颈 加速能源转型 2016-01-04 电气设备行业 :重点关注新能源汽车、电改、储能等板块 2015-12-14 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 44 专题研究 |电气设备 目录索引 一． 储能是电力系统中不可或缺的一环 6 （一） 储能是实现能源互联网的关键一环 7 （二）储能有效缓解 新能源并网压力 . 8 （三）储能有助减小峰谷差，提高设备利用率 . 9 （四）储能技术改善供电质量，提供备用电源 . 10 二．储能 应用创新潜力巨大 11 （一）电动汽车快速充电创新 11 （二）峰谷套利盈利 . 11 （三）需求侧管理盈利 . 12 三． 储能技术简介 . 13 （一）机械储能 13 （ 1）抽水蓄能 . 13 （ 2）压缩空气储能 14 （ 3）飞轮储能 . 14 （二）电气储能 15 （ 1）超级电容器储能 15 （ 2）超导储能 (SMES) 16 （三）电化学储能 16 （ 1）铅酸电池 . 16 （ 2）锂离子电池 17 （ 3）钠硫电池 . 17 （ 4）液流电池： 18 （四）热储能 19 （五）化学储能 19 （六）小结： 19 四 ． 储能技术当前的发展状态 19 （一）储能装机规模 . 19 （二）电化学储能的装机规模 21 （三）电化学储能技术将在电网中加速发展 22 （四）电化学储能示范项目 24 （五）经济性是制约电化学储能技术在电网中大规模推广的主要瓶颈 26 （ 1）技术发展 . 27 （ 2）政策因素 . 27 五 ．电动 汽车爆发式增长 ， 锂电池梯次利用 ， 催化储能发展 . 29 （一）国内外动力蓄电池梯次利用项目 . 29 （二）蓄电池梯次利用政策将完善，储能成本降低，储能前景广阔 30 （三）技术创新，助力蓄电池的梯次利用 31 （ 1）传统 BMS 系统 31 （ 2）电池工作越久，差异性越大 32 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 44 专题研究 |电气设备 （ 3）传统 BMS 系统对电池一致性要求高 . 32 （ 4）创新级联技术，解决电池一致性问题 . 32 （四）梯次利用商业价值巨大 35 （五）有储能电站建设、运维经验的公司优先分享梯次利用千亿市场 36 六 、 储能推荐标的 . 37 （一）南都电源 37 （ 1）铅炭、锂电储能技术领先，储能行业龙头 37 （ 2）储能示范项目经验丰富，获市场认可 . 37 （ 3）成本优势，带动储能商用化 37 （ 4）定增产能储备，静待储能爆发 38 （ 5）系统技术整合能力强，市场拓展衍生到海外 . 38 （二）圣阳股份 38 （ 1）积极布局铅炭电池，有望成为储能领域新方向 . 38 （ 2）新增布局储能锂电产业，全面满足潜在市场需求 . 39 （ 3）储能业绩丰硕，技术实力雄厚 39 （三）科陆电子 39 （ 1）牵手 LG 化学降低成本，大力发展储能业务 . 39 （ 2）自主研发 BMS 系统，布局储能电控技术 . 39 （ 3）加大研发投入，产业链协同跨界发展 . 40 （四）雄韬股份 40 （ 1）储示范项目先行，动力电池维护服务项目有序开展。 40 （六）阳关电源 40 （ 1）强强联手优势互补，储能市场提前布局 41 （ 2） 3GW 电站项目协议，利好储能业务发展 41 （ 3）储能逆变器储备丰富，把控储能并网关键设备 . 41 （七）比亚迪 41 （ 1）动力电池行业标杆，产能进一步扩大 . 41 （ 2）全球领先储能生产服务商，储能项目经验丰富 . 42 （ 3）新能源汽车和储能发展相辅相成，受益动力电池梯次利用 . 42 （八）四方股份 42 （ 1）微网建设先驱，或将充分受益于储能行业 42 （ 2）微网技术实力强大，把控储能微网应用关键技术 . 42 （九）国电南瑞 43 （ 1）智能电网、微网、分布式控制技术优势明显 . 43 （ 2）自主成功研发分布式混合储能装置 . 43 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 44 专题研究 |电气设备 图表索引 图 1：中国能源结构 6 图 2：储能在电力系统中的作用 . 6 图 3： 能源互联网示意图 7 图 4：用户侧分布式光储系统 . 7 图 5：全国弃风率 . 8 图 6： 2015 年部分省份弃风率 . 8 图 7：西北地区部分省份弃光率 . 8 图 8：新能源储能电站 9 图 9：储能在负荷峰谷中的作用 . 10 图 10：储能改善供电质量 10 图 11：分布式用户光储系统 . 12 图 12：全球现有的 储能系统 . 13 图 13：抽水储能示意图 13 图 14：压缩空气示意图 14 图 15：飞轮储能原理图 15 图 16：超级电容示意图 15 图 17：超导储能示意图 16 图 18：铅酸蓄电池原理图 16 图 19：锂电池示意图 17 图 20：钠硫电池原理图 18 图 21：液流电池示意图 18 图 22： 2015 年全球储能项目占比 19 图 23： 2015 年中国储能项目占比 20 图 24：全球电化学储能项目累计装机规模 (2000-2015) . 21 图 25：中国电化学储能项目累计装机规模 (2000-2015) . 21 图 26：不同技术对比图（ a） . 23 图 27：不同技术对比图（ b） . 23 图 28：不同技术对比图（ c） . 23 图 29：影响经济性的主要因素 . 26 图 30：蓄电池梯次利用相关政策 . 31 图 31：传统串联技术 32 图 32：木桶原理 . 32 图 33：级联技术示意图 33 图 34：电池充放电均衡排序技术 . 33 图 35：级联输出波形图 33 图 36：级联电池模块 34 图 37：级联电池模组 34 图 38：传统 BMS 和级联技术对比 . 34 图 39：新能源汽车销量 35 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 44 专题研究 |电气设备 表 1：储能在电力系统的应用 . 7 表 2：权威研究机构储能市场预测 21 表 3：不同储能技术主要瓶颈 . 24 表 4：国外储能示范项目 25 表 5：国内储能示范项目 25 表 6：国外储能政策 27 表 7：中国储能政策 28 表 8：中、美、日储能政策对比 . 29 表 9：国内外动力蓄电池梯次利用项目 29 表 10：北京、上海峰谷用电价格情况 36 表 11：电动汽车蓄电池梯次利用商业价值 . 36 表 12：参与储能电站建设的总容量（不完全统计） 37 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 44 专题研究 |电气设备 一． 储能是电力系统中不可或缺的一环 当前我国的能源结构中还是以煤为主 ， 可再生能源 、水电、核电、天然气等清 洁能 源的比例相对较低。大力发展新能源已经是国家战略， 当前 新能源的消纳问题 是新能源发展面临的主要考验。 图 1： 中国能源结构 数据来源： BP能源， 广发证券发展研究中心 节能减排和能源结构变革的压力 ， 用户侧个性化和互动化供电需求的压力 ，输 配电资源约束压力，都促使储能的发展。同时，近年来，随着新能源汽车产业的爆 发又加速了电化学储能技术的发展。 图 2： 储能在电力系统中的作用 数据来源： 广发证券发展研究中心 储能技术在电力系统的发电 、 输配电 、 用电侧分别起着巨大的作用 。在发电侧 有助于新能源的并网，平滑电力供应 ，有效提高新能源的消纳能力 。在输配电侧可 以削峰填谷，提高电力系统稳定性，保证电能质量。 在用电侧 可以作为微网和分布 式的储能，作为备用电源使用，成为能源互联网的关键一环。 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 原油 (%) 天然气（ %） 煤（ %） 核能（ %） 水能（ %） 可再生能源（ %） 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 44 专题研究 |电气设备 表 1：储能在电力系统的应用 发电 输配电 用电 应用领域 新能源并网 削峰填谷 分布式储能 作用 平滑电力供应 提高电力系统稳定性，保证电能质量 备用电源，甚至套利 数据来源： 广发证券发展研究中心 （一） 储能是实现能源互联网的关键一环 储能产业是新能源领域的最后一公里，是实现能源互联网的蓄水池。储能作为 能源结构调整的支撑产业和关键推手，在发电、输配电、电力需求侧、辅助服务、 新能源接入等不同领域有着广阔的应用前景。储能技术作为实现能源互联网的关键 一环，是不可或缺的一部分。 图 3： 能源互联网示意图 数据来源： Martec， 广发证券发展研究中心 能源互联网的内涵是多种类型能源互联，系统弱耦合，能量自治且能双向互动。 实现横向多源互补，纵向“源 -网 -荷 -储”的快速协调统一。然而电力无法大规模存 储的本质属性，是能源互联网不易实现的关键所在。因此储能技术作为协调统一的 “蓄水池”是实现能源互联网不可或缺的重要组成部分。 储能是能源互联网实现能量双向互动的重要设备。没有储能，能源互联网就无 从谈起。储能作为电能的蓄水池，在用户侧能将分布式能源发出的电力进行存储， 自发自用，余量上网。当分布式能源不能满足自发自用时，用户可以从电网取电， 对储能系统进行充电，实现谷电的存储，存储的电量自用降低用电成本或者在负荷 峰值时将电能上网赚取电价差额。 图 4：用户侧分布式光储系统 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： 特斯拉官网， 广发证券发展研究中心 （二）储能有效缓解 新能源并网压力 我国风能、太阳能等清洁能源这几年发展迅速，装机容量快速增长，所占总装 机比例提高。新能源持续、稳定的电能输出就显得尤为关键。但由于风能和太阳能 间歇式属性所致，在缺乏储能装置的情况下，不能够长时间持续、稳定的输出电能。 而 为了保持电网的稳定性和保证电能质量， 导致了弃风、弃光现象逐步凸显 。 图 5： 全国弃风率 图 6： 2015年部分省份弃风率 数据来源： 广发证券发展研究中心 数据来源： 广发证券发展研究中心 2015年，风电弃风限电形势加剧，全年弃风电量 339亿千瓦时，同比增加 213 亿千瓦时，平均弃风率 15%，同比增加 7个百分点。其中弃风较重的地区是内蒙古， 弃风电量 91亿千瓦时， 弃风率 18%。甘肃 弃风电量 82亿千瓦时， 弃风率 39%。 新疆 弃风电量 71亿千瓦时 ， 弃风率 32%。 吉林弃风电量 27亿千瓦时 ， 弃风率 32%。 图 7： 西北地区部分省份弃光率 0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 14.0% 16.0% 18.0% 2011年 1-12月 2012年 1-12月 2013年 1-12月 2014年 1-12月 2015年 1-12月 合 计 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0% 合计 内蒙古 吉林 黑龙江 甘肃 新疆 2015年 1-12月（ %） 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： 中电联 ， 广发证券发展研究中心 2015年 1-12月， 全国大多数地区光伏发电运行情况良好，全国全年平均利用小 时数为 1133小时。 西北部分地区出现了较为严重的弃光现象， 且弃光率在逐步提高。 甘肃全年平均利用小时数为 1061小时，弃光率达 31%；新疆自治区全年平均利用小 时数为 1042小时，弃光率达 26%。 储能技术称作新能源领域的最后 1公里，能将浪费掉的能源储存并在需要时得以 释放，能够平抑、稳定风能、太阳能等间歇式可再生能源发电的输出功率，提高电 网接纳间歇式可再生能源能力。消除昼夜峰谷差，调峰调频和备用容量，满足新能 源发电平稳、持续的需求，有效减少弃风、弃光现象。 图 8：新能源储能电站 数据来源： 公开资料， 广发证券发展研究中心 （三） 储能有助 减小峰谷差，提高设备利用率 发电公司和电网公司在设计的时候都是按照最大功率并配合一定的安全裕度进 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 甘肃 新疆 2015年 1-6月 2015年 1-9月 2015年 1-12月 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 44 专题研究 |电气设备 行设计规划。但是，实际负荷功率往往都是存在峰、谷的变化值。因此发电设备和 电网长期处于相对较低的利用率，既不经济也不环保。每年的检修费、设备正常维 护费、损坏更换费用都是一笔巨额的开支。 储能设备能够在负荷低谷的时候 ， 储存发出的多余电量 ， 并存放在发电侧和输 配电侧 。当符合峰值时，可以将负荷谷底存储的多余电量发送给电网，满足峰值负 荷的需求。这样，以后发电公司和电网公司的设计规划都不需要按照最大功率值进 行设计，减少不必要的投资，提高设备利用率。 图 9：储能在负荷峰谷中的作用 数据来源： 广发证券发展研究中心 （ 四）储能技术改善 供电 质量 ，提供备用电源 储能技术能 快速对间歇性的新能源供电出力进行补偿，改善电力输出。同时， 对于 负荷端，对于 短暂的谐波冲击， 能够有很好的补偿 ，改善电能质量 。这对于大 型数据库、基站等 对电能质量有要求的 重要场所 ，至关重要。同时，储能能够作为 备用电源，给重要的场所提供电力保障。 图 10：储能改善供电 质量 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 11 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： 广发证券发展研究中心 二 ．储能 应用 创新 潜力巨大 （一） 电动汽车快速充电创新 瑞士洛桑联邦理工学院（ EFPL）的科学家开发了一套全新的充电系统，使电动 车的充电时间从 8小时降到了 15分钟。具体做法就是让 4.5兆瓦功率的充电站成为可 能。 在常规电路中， 4.5兆瓦足以让电网崩溃。因此， EFPL的方案是在充电站建立 一个缓冲存储系统，当 4.5兆瓦功率同时输出时，切断与电网的连接。形象一点，这 个所谓的缓冲存储系统其实就是利用集装箱大小的充电宝，在输出功率不大时从低 电能电网中获取电能，反之则断开。 在 EPFL的研究员 Alfred Rufer看来，相比于常规的高压解决方案，缓冲存储系 统在低压或者中压电网中的实现成本更低。另外，如果充电站每天需要给 200辆电动 车完成充电 ， 这块“充电宝”的容量 只需 2.2兆瓦时。 （二） 峰谷套利盈利 峰谷电价差的存在 ， 使得储能系统能够在谷时存电 ， 峰时储存的电力上网 。 这 样的套利模式理论上存在可行性。 只要相关的政策成熟和储 能系统的成本降低，使 得这样的套利模式真正的盈利，必然在用户侧可以迅速推广。 峰谷套利的创新应用 分为两种：储能套利，降低用电成本或者赚取利润；光伏 +储能套利模式，降低用电 成本或赚取利润。 2013年以来 ， 光伏 +储能模式 在全球多国落地 。 储能越来越多地应用到可再生 能源发电与微网项目中。据 CNESA不完全统计，分布式发电及微网领域的储能项目 在我国全部储能项目中的占比从 2013年的 24%，提高到 2015年的 46%。 主要 因为 国 家制定了非常积极的屋顶光伏发展计划并给予电价补贴 ；分布式项目从成本和技术 特性两方面都更适合现阶段的储能技术参与。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 12 / 44 专题研究 |电气设备 图 11：分布式用户光储系统 数据来源：公开资料， 广发证券发展研究中心 据 GTM/ESA报告， 2014年美国用户侧储能只占全部储能项目的 10%，但其增长 速度将比电网侧和发电侧储能都快，有望在 2019年占总装机的 45%。以美国加州为 例，截止到 2014年底，在 SGIP激励下开展的储能项目 (包括规划、审批、在建和投 运 )总量达到 1118个，容量为 75MW。 Solarcity的光储创新模式打开了储能在美国用 户侧市场的应用之门，也使得其他国家的光伏和储能公司争相在本国打造光伏储能 新模式，以期把市场需求、政策和金融整合起来，尽快实现光储项目的商业化应用。 电费管理 (包括电量电费和容量电费 )是储能在用户侧应用的重要因素。 近期德国 的用户侧储能市场也变得十分活跃，在德国政府储能安装费补贴、免征营业税和银 行低息贷款等政策支持下，户用储能的经济性变得十分明显。据预测，光伏 +储能系 统将从 2014年的 10， 000套上升至 2015年的 13， 000套， 2017年有望达到 60， 000 套。澳大利亚和日本市场用户侧储能的发展也很快。 （三） 需求侧管理 盈利 全国 95%以上的高峰负荷年累计持续时间只有几十个小时，采用增加调峰发电 装机的方法来满足这部分高峰负荷很不经济。如果采用电力需求侧管理的方法削减 这部分高峰负荷 ， 可以缓解电力供应紧张的压力 ， 而且非常经济 。 参与需求侧管理 的公司可以通过这样的方式 ， 和电网公司进行交易 ， 获得相应节省成本的分成 ，或 者获得国家的相应补贴。 在加州、纽约州等需求响应和用户侧储能业务发展较早的地区，已经有 UPS、 Shore Hotel、 7-11等多家公司安装并应用储能系 统，与 Green Charge Network公司 达成电力能效协议，通过 Green Charge Network公司统一管理储能系统的充放电行 为，参与需求响应，并获得相应补贴。通过聚集分布式资源参与加州需求响应市场 来增加额外的收益也是 Stem公司提出的“储能即服务”模式中的一个重要应用。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 13 / 44 专题研究 |电气设备 三 ． 储能技术 种类繁多 现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和 化学储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了 127GW，占 总储能容量的 99%，其次是压缩空气储能，总装机容量为 440MW，排名第三的是钠 硫电池，总容量规模为 316MW。 图 12： 全球现有的储能系统 数据来源： 广发证券发展研究中心 （一） 机械储能 （ 1）抽水蓄能 抽水蓄能是 将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库 抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机 发电，效率一般为 75%左右，具有日调节能力，用于调峰和备用。 不足之处：选址困难，依赖地势。投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗 + 线路损耗。现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国 80%以上的抽蓄都晒太阳 。 图 13： 抽水储能示意图 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 14 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： 公开资料， 广发证券发展研究中心 （ 2） 压缩空气储能 压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩 机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，当系统发电量不足时，将压缩 空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电。 压缩空气储能也有调峰功能，适合用于大规模风场，因为风能产生的机械功可 以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率。 不足之处：效率较低。原因在于空气受到压缩时温度会升高，空气释放膨胀的 过程中温度会降低。在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失，在膨胀之前 就必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源，这就导致蓄能效率降低。 同时，需要大型储气装置，一定的地质条件和依赖燃烧化石燃料 ，应用受限。 图 14：压缩空气示意图 数据来源： 北极星电力网， 广发证券发展研究中心 （ 3）飞轮储能 利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。需要能量时，飞轮减速运 行，将存储的能量释放出来。难点在于 需要 根据不同的用途开发不同功能的新产品， 因此飞轮储能电源是一种高技术产品但原始创新性并不足，这使得它较难获得国家 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 15 / 44 专题研究 |电气设备 的科研经费支持。 不足之处：能量密度不够高、自放电率高，如停止充电，能量在几十个小时内 就会自行耗尽。 市场狭小， 只适合于一些细分市场，比如高品质不间断电源等。 图 15：飞轮储能原理图 数据来源： 公开资料， 广发证券发展研究中心 （二） 电气储能 （ 1） 超级电容器储能 用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。与利用化学 反应的蓄电池不同，超级电容器的充放电过程始终是物理过程。充电时间短、使用 寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保。目前研究的方向是能否做到面积很小， 电容更大。 不足之处：和电池相比，其能量密度导致同等重量下储存能量相对较低，直接 导致的就是续航能力差。 图 16：超级电容示意图 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 16 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： 公开资料， 广发证券发展研究中心 （ 2） 超导储能 (SMES) 利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置。超导储能系统大致包括超 导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统 4大部分。超导材料技术开发是超导储 能技术的重中之重。超导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导 材料。 不足之处：材料和低温制冷系统导致超导储能的成本很高，使得它的应用受到 较大限制。同时，可靠性和超导技术的不成熟导致超导储能发展相对受限。因此可 靠性和经济性的制约导致了商业化应用还比较远。 图 17：超导储能示意图 数据来源： 北极星电力网， 广发证券发展研究中心 （三） 电化学储能 （ 1）铅酸电池 一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。目前在世界 上应用广泛，循环寿命 1000次左右，效率能达到 80%-90%，性价比高，常用于电 力系统的事故电源或备用电源。 不足之处：能量密度低，寿命短。 如果深度、快速大功率放电时，可用容量会 快速 下降。 图 18：铅酸蓄电池原理图 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 17 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： AGFG， 广发证券发展研究中心 （ 2） 锂离子电池 类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。主要应用于便 携式的移动设备中，其效率可达 95%以上，放电时间可达数小时，循环次数可达 5000 次或更多，响应快速，是电池中能量最高的实用性电池，目前来说用的最多。近年 来技术也在不断进行升级，正负极材料也有多种应用。 不足之处：价格 相对较 高 ， 1-2元 /wh。同时， 过充导致发热、燃烧等安全性问 题，需要进行充电保护，对 BMS的技术要求较高。 图 19：锂电池示意图 数据来源： 公开资料， 广发证券发展研究中心 （ 3） 钠硫电池 种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。循环周期可 达到 4500次，放电时间 6-7小时，周期往返效率 75%，能量密度高，响应时间快。目 前在日本、德国、法国、美国等地已建有 200多处此类储能电站，主要用于负荷调平， 移峰和改善电能质量。 不足之处： 安全性较低，使用条件要求高。钠硫电池需要 运行于高温下，容易 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 18 / 44 专题研究 |电气设备 燃 烧。而且一旦电网没电了， 需要柴油发电机帮助维持高温，或者帮助满足电池降 温的条件。 图 20：钠硫电池原理图 数据来源： 广发证券发展研究中心 （ 4） 液流电池： 利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池。电池的功率和能量是 不相关的，储存的能量取决于储存罐的大小，因而可以储存长达数小时至数天的能 量，容量可达 MW级。 不足之处：电池体积太大 ， 电池对环境温度要求太高 ， 价格贵 ， 系统复杂。 图 21：液流电池示意图 数据来源： 公开资料， 广发证券发展研究中心 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 19 / 44 专题研究 |电气设备 （四） 热储能 热储能：热储能系统中，热能被储存在隔热容器的媒介中，需要的时候转化回 电能，也可直接利用而不再转化回电能。热储能又分为显热储能和潜热储能。热储 能储存的热量可以很大，所以可利用在可再生能源发电上。 不足之处：热储能要各种高温化学热工质，应用场合比较受限。 （五）化学 储能 化学类储能：利用氢或合成天然气作为二次能源的载体 。 利用多余的电制氢， 可以直接用氢作为能量的载体，也可以将其与二氧化碳反应成为合成天然气 (甲烷 )。 氢或者合成天然气除了可用于发电外，还有其他利用方式如交通等。德国热衷于推 动此技术，并有示范项目投入运行。 不足之处：全周期效率较低，制氢效率仅 40%，合成天然气的效率不到 35%。 （六） 小结： 在不同的应用场景下，针对不同储能技术的能量、功率密度、寿命、成本、 储 能周期 等性质 ，进行 合适的储能技术 选择和应用。当前，由于能源结构调整的压力 和新能源汽车的快速发展，能技术的研究主要还是集中于超级电容和电池上。 电网 储能技 术的应用也集中在电化学储能和超级电容上。 四 ． 储能技术当前的发展状态 当前储能技术的应用 主要 有机械储能，热储能和电化学储能。在电力系统中， 以机械储能中的抽水蓄能储能和飞轮储能为主。同时，伴随着光热电站的发展，熔 融盐 为代表的 储热技术也在电力系统中得到使用。电化学储能技术，当前更多的是 使用在 电站级储能示范项目， 新能源汽车和应急电源中。但是由于电化学储能技术 相对成熟和新能源汽车爆发的驱动力，大型的电化学储能电站正在技术上和经济性 上变得可能。 （一） 储能装机规模 图 22： 2015年 全球储能项目 占比 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 20 / 44 专题研究 |电气设备 数据来源： 北极星 ， 广发证券发展研究中心 据 CNESA(中关村储能产业技术联盟 )项目库不完全统计，预计到 2015年 12月底， 全球累计运行的储能项目装机规模 144.8GW，其中抽水蓄能为 142.1GW；电化学储 能项目 318个，累计装机量 (2000-2015年 )为 891MW。从 2010年起，全球储能产业 增速趋稳，年复合增长率 (2010-2015年 )为 17%。在储电市场快速发展的同时，储热 市场的热度也不断增加。据 CSP Today统计与预测，到 2015年底，全球光热发电装 机规模为 5GW，其中投运的熔融盐储热项目装机量超过 1.3GW，另有超过 1.3GW的 储热项目正在部署中，主要分布在西班牙、南非、智利、中东、美国等地区。 图 23： 2015年 中国储能项目 占比 数据来源： 北极星 ， 广发证券发展研究中心 据 CNESA项目库不完全统计，预计到 2015年底，中国储能市场的累计装机量 (2000-2015年 )为 21.9GW，其中抽水蓄能为 21.8GW；电化学储能项目装机 106MW， 占全球电化学储能项目装机总容量的 12%，与 2012年的 4%相比，有大幅提升。近五 年，中国电化学储能市场的增速明显高于全球市场，年复合增长率 (2010-2015年 ) 为 110%，是全球的 6倍。在中国市场，锂离子电池装机份额最大，为 66%。其次是 抽水蓄能 , 98.1% 熔融盐储能 , 0.90% 压缩空气 , 0.30% 飞轮 , 0.03% [类别名称 ], 38% [类别名称 ], 40% [类别名称 ], 12% [类别名称 ], 6% [类别名称 ], 3% 抽水储能 , 99.50% 压缩空气 , 0.01% [类别名称 ], 15% [类别名称 ], 13% [类别名称 ], 6% [类别名称 ],66% 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 21 / 44 专题研究 |电气设备 铅蓄电池和液流电池，比例分别为 15%和 13%。 （二） 电化学储能的装机规模 图 24： 全球电化学储能项目累计装机规模 (2000-2015) 图 25： 中国电化学储能项目累计装机规模 (2000-2015) 数据来源： 广发证券发展研究中心 数据来源： 广发证券发展研究中心 根据 CNESA的统计，截止到 2015年 12月底，美国、日本和中国的电化学储能 累计装机量位列全球前三名，占比分别为 44%、 35%和 12%。智利是唯一进入全球 储能装机规模前十名的南美洲国家，德国则是欧洲储能装机比重最大的国家。国际 市场中，锂离子电池和钠硫电池的装机比例接近，分别为 39%和 38%；锂离子电池 的增速较快。而在中国市场，锂离子电池装机份额最大，为 66%。 其次是铅蓄电池 和液流电池，比例分别为 15%和 13%。 从全球厂商格局来看，钠硫电池技术厂商 NGK依然占据榜首位置，锂电技术厂 商表现抢眼，在全球装机前十名的厂商中占据五席，包括比亚迪、 Saft、 LG Chem 和三星 SDI。 国内厂商中，除了比亚迪依然占据装机第一的位置，其他主流技术厂商， 包括南都电源、大连融科、中航锂电等也在快速发展。随着国际户用储能市场和调 频市场的逐步启动，国内厂商也逐步向国际市场渗透 。 表 2： 权威研究机构储能市场预测 细分市场 研究机构 市场规模预测 储能市场 HIS 2022 年，全球并网储能市场规模将超过 40GW 2023 年，全球先进电池市场规模达 465 亿美元 Navigant Research 2015 年，全球新增储能 +可再生能源的装机容量约为 196.2MW 2024 年，全球电网储能、社区储能、住宅储能和商用储能市场 的收益将达 210 亿美元 2025 年，全球新增储能 +可再生能源装机容量将突破 12.7GW Yano Research Institute 日本市场规模在 2017 年和 2020 年将分别达到 1.196GWh 和3.307GWh 摩根斯坦利 澳大利亚的储能市场将价值 240 亿澳元，将有 240 万用户采用户用光储系统 -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 0 200 400 600 800 1000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 装机规模 MW 增长率 % -2 3 8 13 18 0 20 40 60 80 100 120 装机规模 MW 增长率 % 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 22 / 44 专题研究 |电气设备 CNESA 2020 年中国储能市场规模将达到 66.8GW，其中抽水蓄能的规模为 35GW，其他储能技术的市场规模将超过 31GW 工业储能市场 HIS CERA 2017 年，全球