20160919-华泰证券-机械：储能产业研究：特斯拉宏伟蓝图，畅想储能新篇章

谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 1 1 证券研究报告 行业 研究 / 深度研究 2016年 09月 19日 机械设备 增持 （维持） 通用机械Ⅱ 增持 （维持） 章诚 执业证书编号： S0570515020001 研究员 021-28972071 zhangcheng@htsc.com 肖群稀 执业证书编号： S0570512070051 研究员 0755-82492802 xiaoqunxi@htsc.com 金榜 021-28972092 联系人 jinbang@htsc.com 王宗超 010-63211166 联系人 wangzongchao@htsc.com 1《基建 PPP 项目投资提振工程机械需求》 2016.09 2《通用机械Ⅱ /机械设备 :大分流时代的 PPP 不是新旁氏》 2016.09 3《通用机械Ⅱ /机械设备 :“科技创新 2030”， 聚焦中国尖端制造》 2016.09 资料来源： Wind, 华泰证券研究所 特斯拉 宏伟蓝图 ，畅想储能新篇章 储能产业研究 特斯拉 2.0 全面布局储能产业 埃隆·马斯克（ Elon Musk）发布特斯拉蓝图第二篇章 ，宣告 了特斯拉向能源公司转 变的决心。 推出家用储能电池 Powerwall 和商用大容量电池 Powerpack， 收购光伏 巨头 SolarCity， 打造超级电池工厂 Gigafactory，特斯拉完成了从 能源制造、储存到 提供能源服务的产业链垂直覆盖。 预计 2020 年国内 储能 新 装机 50GW，工商业峰电规避有望率先启动 预计到 2020 年，国内储能累计新增装机容量将超过 50GW，市场总规模接近 2300 亿元。基站备用电源锂电替代提速；工商业电费大户有望率先引入储能系统，解决峰 电规避难题。五大应用需求容量预测： 1）电网电力辅助服务 25.9 - 26.4GW； 2）基 站备用电源 18 - 21GW； 3）风光发电并网 1.3 - 1.7GW； 4）规避峰电支出 0.9 - 1.3GW； 5）家庭光储系统 0.4 - 0.7GW。 锂电 发展迅速 ， 领跑储能技术 路线 之争 储能 分为电化学、物理、电磁 三大技术路线 ： 1） 电化学储能 商业前景最佳 ， 其中， 锂 离子电池 技术大幅进步 ， 占新增 电化学储能九成 份额 ； 2）物理储能中，抽水蓄能 和压缩空气储能等传统技术受环境制约，新技术有待成熟； 3）电磁储能尚处于技术 验证阶段，未来或大有可为。 平准化成本年均下降 12%， 差异化 补贴体现正外部性 随着 电池性能提升， 储能平准化成本年均下降 12%。 国内 扶持政策逐步加力，储能 正式列入国家发展计划， 获 独立市场地位。 针对不同 应用领域 ， 补贴方式相 应 地 有所 差异： 装机补贴可用于 工商业储能推广 ， 家庭储能度电补贴 应 与 成本持平 ， 风光消纳 与电力辅助 领域 除了 补贴 以外还需 逐步 限制火电参与调峰 。 提前布局储能产业链，关注国内投资机会 1）建议关注拥有先期示范项目经验 的 储能系统解决方案 提供商 ，中游布局有望率先 抢占市场份额：阳光电源：全球逆变器龙头，与三星 SDI 优势互补，提供多样化储能 方案；科陆电子：光伏、储能、智慧能源业务协同布局，战略转型能源服务商；成飞 集成：锂电设计产能超百亿瓦时，跻身行业第一梯 队； 2）建议关注储能 锂 电池设备 龙头： 先导智能：锂电和光伏制造设备双管齐下，持续布局智能制造； 赢合科技：提 供锂电设备整线采购和服务，助力锂电池厂商提升投产效率； 东方精工：拥有壁垒高、 空间大的锂电 PACK 组装线自动化技术；正业科技：锂电无损检测设备市占率近七成， 实现进口替代和出口国外市场 。 风险提示：储能补贴政策不及预期。 -23% -13% -3% 7% 17% 27% 37% 1509 1511 1601 1603 1605 1607 机械设备 通用机械 Ⅱ 沪深 300 行业走势图 相关研究 行业评级： 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 2 2 正文目录 特斯拉 2.0 全面布局储能产业链 . 4 埃隆·马斯克的太阳能计划 4 三线出击，实现产业链垂直覆盖 4 平准化成本接近电价，储能产品初具经济性 6 储能订单超预期 6 潜在需求等待释放，储能市场规模可观 . 7 “风光”大势所趋，储能相辅相成 . 7 未来五年国内储能装机量有望突 破 50GW，市场规模近 2300 亿元 . 9 技术路线：电池技术进步，提升商业化预期 12 电化学储能：锂离子电池应用领先 . 13 物理储能：传统技术受环境 制约，新技术有待成熟 . 14 电磁储能：尚处于技术验证阶段，未来或大有可为 . 16 经济性分析：平准化成本年均下降 12%，需以补贴体现外部性 17 “十三五”政策扶持，助力产业起步 . 18 国外储能扶持政策 19 国内储能扶持政策逐步加力 19 布局储能产业链，关注国内投资机会 . 20 风险提示 . 21 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 3 3 图表目录 图 1： 特斯拉战略路线图 4 图 2： 安装多块 Powerwall 满足家庭用电需求 . 4 图 3： AWS 云服务中心的 Powerpack 集群 . 4 图 4： 特斯拉 Gigafactory 计划在 2020 年将电池年产量提升至 50GWh 5 图 5： “光 -储 -车 ”：特斯拉的清洁能源一体化服务设想 . 5 图 6： Powerwall、 Powerpack 与同类产品每千瓦时价格（美 元）对比 6 图 7： Powerwall 与 Powerpack 平准化成本 v.s. 美国部分电力市场价格（美元 /kWh） 6 图 8： 全球发电设备装机容量演进图（ 2012~2040，以使用能源分类） . 7 图 9： 风力 /太阳能发电的间歇性问题给电网运营商带来挑战 . 7 图 10： 电能高效利用，电网低碳化 . 8 图 11： 2015 年中美光伏发电容量、储能装机量存量对比 . 8 图 12： 2015 年中美光伏发电容量、储能装机量增量对比 . 8 图 13： 2016-2020 年抽水蓄能电站累计装机规模（ GW）预测 . 9 图 14： 历年供电线损电量和线损率 . 10 图 15： 供电线损减少 5%电量价值估计 . 10 图 16： 2016-2020 年通信基站备用电源升级规模（亿元）预测 11 图 17： 上海两部制分时电价图 . 11 图 18： 储能设备谷时充电、峰时放电，减少峰谷电价额外支出 12 图 19： 中国 2015-2020 年光伏发电与配套储能新增装机量预测 . 12 图 20： 相比于传统储能技术，锂离子电池、钠硫电池以及液流电池的规模仍然较小 . 13 图 21： 锂电池领跑电池技术路线之争，占电化学储能新增装机量（ MW）份额超九成 13 图 22： 锂离子电池构造图 14 图 23： 储能电池、动力电池与消费电池容量（ GWh）对比（美国） 14 图 24： 抽水蓄能电站示意图 15 图 25： 压缩空气储能示意图 15 图 26： 飞轮储能示意图 16 图 27： 超级电容器示意图 16 图 28： 超导储能示意图 17 图 29： 锂电池成本逐年下降（单位： $/kWh） 17 图 30： 储能平准化成本年均下降 12%（单位：元 /千瓦时） . 17 图 31： 储能产业链示意图 20 表格 1： 部分储能示范项目光伏和储能容量对比 8 表格 2： 储能重点应用概览 9 表格 3： 国内电力辅助服务分类 . 10 表格 4： 各种储能技术特性和商业化前景比较 . 12 表格 5： 上 海工商业分时峰谷电价差（单位：元 /千瓦时） 18 表格 6： 国内风电与光伏发电标杆上网电价（单位：元 /千瓦时） . 18 表格 7： 各国的储能扶持政策 . 19 表格 8： 储能产业链中的上市公司 . 20 表格 9： 可比上市公司估值 21 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 4 4 特斯拉 2.0 全面布局储能 产业链 埃隆·马斯克的太阳能计划 特斯拉 1.0 以太阳能电力为终 点 。 2006 年，埃隆·马斯克（ Elon Musk）发布了特斯拉 “宏 伟秘密计划” 四部曲 ，依次 是 生产小量而昂贵的电动跑车、适量价格适中的车型、量产价格 亲民的车型以及提供太阳能电力。随后，特斯拉第一代电动跑车 Tesla Roadster 正式推出， 由此开启 长达十年的 特斯拉 1.0 时代。 “ 光储 ”吹响 特斯拉 2.0 号角 。 2016 年 7 月 21 日，特斯 拉 蓝图 第二篇章 发布 ， 内 含整合能 源再生与储存、丰富产品线、自动驾驶和共享四大方向。 其首个方向的核心即“光伏 发电 + 能源存储 ”， 通过 创造 “ 惊人高效的、配备集成储电功能的 、美观的太阳能板 ” ， 实现规模化 效应。 回顾特斯拉的战略路线图 ， 其 “光伏 +储能”的 布局 已显 露端倪 。 图 1： 特斯拉 战略路 线图 资料来源： Tesla， 华泰证券研究所 三线出击，实现 产业链垂直覆盖 推出 储能锂电池，灵活搭配满足差异化 需求 。 2015 年 4 月，特斯拉 同时 发布 两款储能 电， 家用级的 Powerwall 和 电网级的 Powerpack。前者 有 7 kWh 和 10 kWh 两类规格， 为 家庭 用户提供光伏储电和应急电源功能 ； 后者最低容量 100kWh，可 根据需求扩展至 MWh 级 ， 用于 调节峰谷 电量，控制输配电延时，提供持续稳定的电力供应，并可参与电网服务 。 图 2： 安装多块 Powerwall 满足家庭用电需求 图 3： AWS 云服务中心的 Powerpack 集群 资料来源： Tesla， 华泰证券研究所 资料来源： Amazon， Tesla， 华泰证券研究所 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 5 5 联合建造 超级电池工厂，解决高性能电池 的 供给瓶颈 。特斯拉联合松下、三洋以及其他合作 方投入 50 亿美元打造超级电池工厂 Gigafactory， 于 2016 年 7 月底正式开业 ，部分产能投 入使用 。特斯拉表示， 到 2020 年， Gigafactory 将使 锂 电池 年产能提升至 50GWh， 其中 2/3 用于动力电池， 1/3 用于 Powerwall 和 Powerpack 储能电池 。 图 4： 特斯拉 Gigafactory计划在 2020 年将电池年产量提升至 50GWh 资料来源： Tesla， 华泰证券研究所 收购 太阳城 ，成为端到端清洁能源 服务 公司 。 2016 年 7 月，特斯拉收购 SolarCity，后者是 美国最大的屋顶光伏提供商。 截止 2015 年末， SolarCity 的累计光伏装机量为 2 GW，覆盖 家庭数达 30 万户。 SolarCity 在光伏商业模式创新、用户覆盖数量方面优势明显， 是特斯拉 实现“光伏 +储能”目标、由 产品制造商 转 变为服务提供商 的最佳选择。 图 5： “光 -储 -车” ：特斯拉的 清洁能源 一体化服务 设想 资料来源： Business Finance News， 华泰证券研究所 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 6 6 平准化 成本接近电 价 ，储能 产品 初具经济性 售价低于 同类 产品 和 市场预期 。 7kWh 和 10kWh 的 Powerwall 售价 分别是 3000 和 3500 美 元， 加上 逆变器 、 电池管理系统 （ BMS）以及安 装后 费用合计 约 5000 美元 。 电网级的 Powerpack 每千瓦时售价为 250 美元，且已包含逆变器和 BMS。 对比其他厂商同级别的电 池， 两者的 价格优势明显 。 图 6： Powerwall、 Powerpack 与同类产品每千瓦时价格（美元）对比 资料来源： Bloomberg， 华泰证券研究所 平准化 成 本 不到 0.3 美元 ，低于美国部分地区 电网 电价 。 按官方公布的转换效率和最大使用 循环 次数 计算， Powerwall 和 Powerpack 的度电成本 分别 为 0.16、 0.18 美元 。 算上 使用 光 伏 或电网 充电 的费用 ， 家 用 储能 平准化 成本 为 每千瓦时 0.25~0.3 美元 ， 而 电网 级 储能 平准 化 成本 为 0.23~0.28 美元 ， 在美国部分地区 已经具有经济性 。 图 7： Powerwall 与 Powerpack 平准化成本 v.s. 美国部分电力市场价格（美元 /kWh） 资料来源： DOE， Tesla， 华泰证券研究所 储能 订单超预期 储能电池订单量超预期 。特斯拉的公开 信息显示 ， Powerwall 和 Powerpack 预定量分别约 为 400MWh 和 2.5GWh， 最早在 2016 年 二季度 完成 订单供 货。 超预期的预定量暗示了 美国 国内用户对储能的强劲需求。 电池 成本 持续下行 ， 特斯拉储能规模可达 15GWh。 到 2020 年， Gigafactory 完全 投产，锂 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Primus Power Aquion 行业平均 分析师预测 Powerwall 7kWh Powerwall 10kWh Powerpack 100kWh+ 0.123 0.17 0.2 0.22 0.25 0.28 0.3 0.31 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 美国平均 加州 （ 基础 ） 纽约市 马萨诸塞州 Powerpack Powerwall 加州 （ 夏季 ） 夏威夷 加州 （ 峰值 ） 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 7 7 电池成本预计将下降 40%，家用和电网级储能平准化成本分别降至 0.17 美元和 0.15 美元， 与电力市场价格基本持平甚至更低。届时，储能需求将完全释放，特斯拉储能规模有望超过 15GWh。 潜在 需求等待释放 ， 储能 市场规模 可观 储能产业将迎来成长契机 。 在特斯拉进入之前，储能概念已经出现，但成本高昂和需求不足 制约着储能产业发展。伴随着能源结构升级，风光发电规模持续增长， 电能质量问题 愈发突 出。储能通过改变电力供需弹性，可显著改善电能质量，提升风光发电并网效率。除此之外， 在通信基站、工商业、电网和家庭四大领域，储能需求也逐步显现。未来五年内，国内储能 新增装机量（含抽水蓄能）有望突破 50GW，累计市场规模超 2000 亿元。 “风光”大势所趋 ，储能相辅相成 能源结构升级， 可再生能源发电 乃 大势所趋 。目前全球发电所用能源仍以化石燃料为主，风 力发电和太阳能发电占比较小， 2012 年合计约 5%。在全球“低碳化”以及“弃核转再”的 背景下，“风光”利用得到各国政府支持，发电规模持续扩大，在 2040 年占比预计 超过 40%。 图 8： 全球发电设备装机容量演进图（ 2012~2040，以使用能源分类） 资料来源： BNEF， 华泰证券研究所 “风光”间歇性对电网运营带来冲击 。随着发电占比逐年增加，风力和太阳能的间歇性问题、 供电时段差异和季节性差异愈发突出，给电能质量带来频率波动、电压波动、电压闪变、电 压跌落及谐波等诸多影响。电网运营商为了保持供电稳定，需要增加高能耗的火电机组进行 调峰调频，背离清洁能源使用初衷。 图 9： 风力 /太阳能发电的间歇性问题给电网运营商带来挑战 资料来源： Rocky Mountain Institute， 华泰证券研究所 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 8 8 储能为 电力系统 增加 弹性 ， 更 有助于用电“低碳化” 。 储能 技术可在电力系统中增加能源存 储环节， 在用电低谷时储存空余电能，在用电高峰时再将储存的电能释放 和 输入 电网 ， 使得 实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”。通过“削峰填谷”，储能可以替代参与调峰 的火力发电量，减少后者的化石燃料消耗以及碳排放。 图 10： 电能高效利用，电网低碳化 资料来源： EOS Energy Storage， 华泰证券研究所 装机量对比差距明显，配套储能发展潜力被看好 。参考部分微电网储能示范项目，光伏与储 能的装机容量大致为 1:1 至 3:1，根据实际需求和电网情况而有所差异。 表格 1： 部分储能示范项目光伏和储能容量对比 项目名称 光伏容量 储能容量 安徽宣城河沥站光伏微网系统 60 60 东非营地智能微电网项目 468 500 柬埔寨绿色能源工厂微电网项目 500 300 三沙市永兴岛光储微网电站 500 500 西藏阿里塔尔钦光储电站 513 1000 上海电巴风光储微网电站 2000 1000 中广核青海祁连县微电网电站 3087 1000 资料来源： CNESA，华泰证券研究所 然而，即使按照光 储容量比 3:1 为标准，储能装机存量和增量差距依然明显， 可再生能源并 网中配套储能的发展前景 可期 。 图 11： 2015 年中美光伏发电容量、储能装机量存量对比 图 12： 2015 年中美光伏发电容量、储能装机量增量对比 资料来源： Wind， CNESA， 华泰证券研究所 资料来源： Wind， CNESA， 华泰证券研究所 105.5 221 44,000 26,000 0 10000 20000 30000 40000 50000 中国 美国 储能总装机量 (MW) 光伏发电设备总装机量 (MW) 11.8 96.6 15,130 7,286 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 中国 美国 储能新增装机量 (MW) 光伏发电设备新增量 (MW) 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 9 9 未来五年 国内储能装机量 有望突破 50GW，市场规模近 2300 亿元 从国外商业化经验和国内示范项目来看，储能 应用 主要在以下 五 个领域：  基站备用电源 ：通信基站电源升级，高性能锂离子电池加速替代传统铅酸电池。  峰电支出规避 ：以低价谷电储能，满足高价峰电需求，减少峰谷电价支出。  风光发电并网 ：消纳风力和光伏发电，提升电能质量和电网稳定性。  电网电力辅助服务 ：提供除正常发电外的持续电力输入，提升电网稳定性和安全性。  家庭光储系统 ：离网或并网的小容量“光伏 +储能”系统，提供清洁能源电力接入。 表格 2： 储能重点应用概览 应用类型 目标客户 客户动机 推动因素 装机容量 集中度 基站备用电源 通信运营商 锂电替代铅酸 锂电成本下降 小 分散 峰电 支出规避 商业、工业 减少峰时电费 分时电价机制 中 分散 风光 发电并网 商业、工业、 电力公司、电厂 电力资产优化 风、光发电 规模持续扩大 中、大 分散、集中 电网电力辅助服务 电力公司、电厂 持续现金流入 电力市场机制成熟 大 集中 家庭光储系统 家庭 用电成本低于电网 成本下降、补贴 小 分散 资料来源： 中国电力企业联合会， 华泰证券研究所 结合国内电力服务实际情况， 我们 分析 了 储能 五 大重点应用的市场前景 ： 电网电力辅助服务： 1100-1410 亿元 & 25.9-26.4GW 市场规模预测： 根据国内抽水蓄能电站建设规划、每年的电力辅助支出以及线损电量估计， 储能在该领域的市场规模可于 2020 年达到 100-160 亿元，累计装机容量 0.9-1.4GW。 市场机会：传统抽水蓄能电站规模大，在电力辅助服务中仍然发挥着重要作用。 抽水蓄能电 站启动迅速，运行灵活、可靠，除调峰填谷外，还可用于调频、调相、事故备用等任务。截 止到 2016 年 4 月，全国抽水蓄能电站装机容量为 50.32GW；国家能源局规划到 2025 年， 全国抽水蓄能电站总装机容量达到约 100GW。根据测算，从 2016 到 2020 年，抽水蓄能电 站累计新增装机 约 25GW，按每千瓦 4000-5000 元造价计算，累计投入约 1000-1250 亿元。 图 13： 2016-2020 年抽水蓄能电站累计装机规模（ GW）预测 资料来源： 中国电力企业联合会， 华泰证券研究所 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 0 20 40 60 80 100 2016 2017E 2018E 2019E 2020E 2025E 抽水蓄能电站装机规模（ GW） 同比增长（ %） 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 10 10 新型储能技术凭借灵活、高效和快速响应的优势有望取代传统的火力发电参与辅助服务。 国 内 电力辅助服务 分为基本辅助服务和有偿辅助服务两种，储能在各类的辅助服务中都具有优 势，应用范围广。根据电网公司辅助服务及并网运行考核补偿清单估算，国内每年电力辅助 服务支出为 90-120 亿元。 表格 3： 国内电力辅助服务分类 服务种类 主要参与者 补偿标准 储能优势 有偿辅助服务 自动发电控制 所有发电机组 容量或电量 快速响应、高效率 有偿调峰 火力机组 容量或电量 高效率、能耗和碳排放少 旋转备用 火力、水力、核电机组 电量 灵活、快速响应 有偿无功调节 所有发电机组 电量 - 黑启动 所有发电机组 容量或次数 快速响应 冷备用 火力发电机组 电量 灵活、能耗和碳排放少 自动电压控制 所有发电机组 台数 灵活、快速响应 资料来源：国家能源局，华泰证券研究所 输配电侧接入储能减少输电线损。 国内每年线损电量近 2 500 亿千瓦时，线损率稳定维持在 6%-7%的水平。通过配网接入分布式储能电源，可以减少或避免超供电半径供电的情况， 从而达到减少线损的效果。每年挽回 5%的线损电量，即有大约 70-100 亿元的收入。 图 14： 历年供电线损电量和线损率 图 15： 供电线损减少 5%电量价值估计 资料来源： 中国电力企业联合会， 华泰证券研究所 资料来源： 中国电力企业联合会， 华泰证券研究所 基站备用电源： 400-500 亿元 & 18-21GW 市场规模预测： 根据国内基站建设速度估算，预计到 2020 年，储能在基站备用电源应用的 市场规模为 400-500 亿元，累计装机容量为 18-21GW。 市场机会 ： 基站储能升级，锂电加速替代铅酸 。通信基站的储能装置为通信设备、空调等负 载提供持续稳定的电力供应，保证整个系统安全稳定。传统储能装置采用铅酸蓄电池，存在 寿命短、耐热性差、可能造成环境污染的问题。随着锂离子电池性能提升和成本大幅下降， 高性能锂电开始逐渐取代传统铅酸电池。根据高工锂电产业研究所预测， 2016 年国内通信 基站锂电市场规模将达 40 亿元，较 2013 年增长 150%。通信基站领域总体规模较大，锂电 在该领域的应用尚处于起步阶段，未来五年内仍有望保持 40%-50%的增速。 0% 2% 4% 6% 8% 10% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 线损电量（亿千瓦时） 线损率 62.39 65.72 74.55 83.64 90.54 99.19 97.02 0 500 1000 1500 2000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 线损电量价值（亿元） 线损减少 5%可收获电量价值（亿元） 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 11 11 图 16： 2016-2020 年通信基站备用电源升级规模（亿元）预测 资料来源： 高工锂电产业研究所 ， 华泰证券研究所 规避峰电支出： 100-150 亿元 & 0.9-1.3GW 市场规模预测： 根据国内 各行业 用电量估算， 预计到 2020 年， 储能在 规避峰电支出应用 的 市场规模 为 100-150 亿元 ， 累计装机容量为 0.9-1.3GW。规模预测具体算法： 市场规模 =储能渗透率 x 工商业年用电量 x 峰电节省比例 x 峰谷电差价 x 成本收回年限 市场机会 ： 商业写字楼和工业厂房最有可能率先引入 储能系统 。这主要是由于国内部分地区 实行“峰谷电价”，用户可以通过储能替代峰值电量，减少额外电费支出。以上海市某写字 楼为例，通过储能设备重新分配用电，该写字楼每年预计可以减少 20%-40%的电费支出， 5-7 年收回储能设备成本。 规避峰电支出可以最直接的实现储能 的 价值 （详见经济性分析） 。 图 17： 上海两部制分时电价图 （纵轴：电价（元 /kWh） ） 图 18： 储能设备谷时充电、峰时放电（纵轴：用电量（ kWh）） 资料来源： 上海市发改委 ， 华泰证券研究所 资料来源： 上海市发改委， 华泰证券研究所 风光发电并网： 160-220 亿元 & 1.3-1.7GW 市场规模预测： 根据国内 风力和光伏发电量估算，储能在风光发电并网领域的市场规模可于 2020 年达到 160-200 亿元 ，累计装机容量 1.3-1.7GW。规模预测具体算法： 市场规模 =储能消纳占比 x 每 年未并网的风光发电量 x 上网电价 x 成本收回年限 市场机会 ： 国内“弃风、弃光”现象严重，储能可用于“风光”消纳 。 2016 年一季度，全 国风电上网电量 552 亿 kWh，弃风电量 192 亿 kWh，弃光电量 19 亿 kWh， 预计全年弃风 、 弃光电量突破 400 亿 kWh 和 100 亿 kWh。配套储能 消纳 10%的 弃 电量，预计 需要 1.7GW 的储能装机容量， 5~7 年收回储能投入成本。 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 50 100 150 200 2013 2016 2017E 2018E 2019E 2020E 储能规模（亿元） 同比增长（ %） 时段： 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 12 12 图 19： 中国 2015-2020 年光伏发电与配套储能新增装机量预测 资料来源： 中国电力企业联合会， 华泰证券研究所 家庭光储系统： 30-50 亿元 & 0.4-0.7GW 市场规模预测 ： 根据国内 光伏渗透率和家庭用电情况估算，家庭光储系统的市场规模有望在 2020 年达到 30-50 亿元，累计装机容量 0.4-0.7GW。规模预测具体算法： 市场规模 =储能渗透率 x 自有屋顶住宅数 x 日均用电量 x 光储系统平均投入成本 市场机会：部分农村家庭、城中村自建房和城市别墅安装光伏储能系统替代大电网供电。 根 据国家住建部最新数据估计，国内农村家庭住宅数量大约为 9500 万栋，城中村自建房和城 市别墅保守估计为 1000 万栋。不计入并网收益，家庭安装光储系统需要 6-8 年收回成本。 考虑到国内高楼层住宅在物业管理和屋顶使用权的问题，高楼层住宅短期内尚缺乏市场空间。 技术路线：电池技术进步，提升商业化预期 三大储能类型中，电化学储能前景最佳 。 储能通常特指电储能，按能量转换形式的不同，分 为物理储能 、电化学储能以及电磁储能。 在储能技术路线中，电化学储能的商业前景最被看 好，主要得益于电池技术的快速进步，以及在汽车动力电池的带动作用 ； 抽水蓄能和压缩空 气储能因地理环境的制约，应用范围受到限制；电磁储能仍处于技术研发阶段 。 表格 4： 各种储能技术 特性和商业化前景比较 优势 劣势 储能 商业化前景 物理储能 抽水蓄能 技术成熟 ，寿命长 场地要求特殊 ， 建设 成本高 受 地理环境 制约 压缩空气 技术成熟 ，成本低 场地要求特殊， 响应 慢 受地理环境制约 飞轮 响应快 ， 寿命长 能量密度 低， 自放电率高 有待技术成熟 电化学储能 锂 离子 电池 能量密度高，寿命长 成本略 高 受动力电池带动 ，前景最被看好 钠硫电池 能量密度高，寿命长 运行温度高，安全隐患 被 日本垄断，其他国家应用不足 铅酸电池 技术成熟，成本低 寿命短，能量密度低，有污染 存在环境污染风险， 前景不 乐观 液流电池 容量大，寿命长 能量密度低，体积大，成本高 有待技术改进降低成本 电磁储能 超级电容器 充放电快，寿命长 能量密度低， 制造 成本高 有待新型材料 技术突破 超导 效率高，响应快 技术不成熟，成本高 有待超导技术突破 资料来源： CNESA，华泰证券研究所 0 100 200 300 400 500 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 2015 2016E 2017E 2018E 2019E 2020E 光伏安装量（ MW） 光伏配套储能安装量（ MW） 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 13 13 图 20： 相 比于传统储能技术， 锂 离子 电池 、钠硫电池以及液流电池的 规模 仍然较小 资料来源： BNEF， 华泰证券研究所 电化学储能：锂离子电池应用领先 电化学储能，又称电池储能，包括锂离子电池、钠硫电池、铅酸电池和液流电池四种主流类 型。 对比物理储能而言，电化学储能具有使用方便、环境污染少、效率高等优点。不同的电 池类型性能各异，其中锂离子电池发展最为迅速，储能应用前景最佳。 电化学储能中， 锂离子电池无明显短板，领跑电池技术之争。 锂电池性能大幅提升，与铅酸 电池相比优势明显，且有逐步取代钠硫电池和液流电池在大容量储能领域的历史垄断地位。 在 2016 年全球电化学储能新建项目中，锂电池装机占比约为 90%，成为应用最广泛的新型 储能技术。 100MW 级高性能锂离子电池储能有望在 2020 年之前完成技术攻关、 2025 年开 始推广应用，带来更广阔的市场空间。 图 21： 锂电池领跑电池技术路线之争，占电化学储能新增装机量（ MW）份额超九成 资料来源： IHS, 华泰证券研究所 锂离子电池是一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作 。锂电池的关键 部件包括正 /负极材料、电解液和隔膜。目前用作锂电池的正极材料主要常见的有 镍钴锰酸 锂（ Li(NiCoMn)O2）、 磷酸锂铁（ LiFePO4）、 锰酸锂（ LiMn2O4）、 钴酸锂（ LiCoO2） ；负 极材料多采用石墨，新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料；电解液溶质常采用锂盐，如高 氯酸锂（ LiClO4）、六氟磷酸锂（ LiPF6）、四氟硼酸锂（ LiBF4）。 0% 20% 40% 60% 80% 100% 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016E 锂电池 钠硫电池 铅酸电池 液流电池 其他 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 14 14 图 22： 锂离子电池构造图 资料来源： OFWeek, 华泰证券研究所 从电池整体应用来看，储 能电池发展潜力大， 潜在 规模 远超 消费电池 ，与 动力电池 相当 。电 动汽车的快速崛起已经证明电池技术在规模化、可靠性和成本方面的潜力。动力电池需求量 年均复合增长 40%，远超消费电池的需求增速。随着经济性提升，电池将逐渐进入电网级 大容量应用。长期来看，储能电池的市场规模与动力电池相当，远远大于消费电池的规模。 图 23： 储能电池、动力电池与消费电池容量（ GWh）对比（美国） 资料来源： DOE， EPRI， Avicenne， 华泰证券研究所 物理储能：传统技术受环境制约，新技术有待成熟 抽水蓄能电站是目前最常用的大规模储能技术 。它在电力负荷低谷期将水从下水库抽到上水 库，将电能转化成水的势能储存起来，在电力负荷高峰期，释放上水库中的水发电。抽水蓄 能主要用于电力系统削峰填谷、调频调相和紧急事故备用等，具有技术成熟、效率高、容量 大、储能周期不受限制等优点。但抽水蓄能电站需要合适的地理条件建造水库和水坝，建设 周期长且初期投资 较大 。 0.6 5 8 40 176 789 741 0 100 200 300 400 500 600 700 800 储能电池 动力电池 储能系统 消费电池 动力电池 (2025年 ) 动力电池 100%渗透率 储能电池 100%渗透率 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 15 15 图 24： 抽水蓄能电站示意图 资料来源： DOE， 华泰证券研究所 压缩空气储能（ CAES）是另一种能够实现大容量和长时间电能存储的技术 。它在电网负荷 低谷期用电能将空气高压密封在矿井、气井、山洞或储气罐中，在电网负荷高峰期释放压缩 空气推动汽轮机发电。压缩空气储能技术成熟，在规模上仅次于抽水蓄能，如德国一座电站 的规模达到 290MW。 传统的压缩空气储能系统必须同燃气轮机电站配套使用，依赖燃烧化 石燃料提供热源 ，而 且需要特定的地理条件建造大型储气室，从而限制了其应用范围。 2020 年前，超临界压缩空气储能关键技术（ 10MW/100MWh 和 100MW/800MWh）有望实现突 破，并进行产品示范应用， 2025 年之前实现应用推广。 图 25： 压缩空气储能示意图 资料来源： Rocky Mountain Power， 华泰证券研究所 飞轮储能依赖材料和技术突破。 飞轮通过电动机带动高速旋转，将电能转化成动能，在需要 的时候再用飞轮带动发电机发电。与其他储能方式相比，飞轮储能具有大容量、高效率、无 限循环寿命、零排放、无污染和装置对环境无要求等优点。飞轮储能的研究主要着力于研发 提高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术。飞轮储能阵列机组技术（ 1MW/1000MJ） 有望在 2020 年前完成攻关， 2025 年实现示范推广， 2030 年进行市场化应用。 行业研究 /深度研究 | 2016 年 09 月 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 16 16 图 26： 飞轮储能示意图 资料来源： Solar Thermal Magazine， 华泰证券研究所 电磁储能：尚处于技术验证阶段，未来或大有可为 超级电容器储能用电荷的方式将电能直接储存在电容器的极板上 。超级电容器充放电快 , 能 量密度高。常规电容器电容存储量较小，仅能满足小负荷的电路需求；而超级电容器的电容 量级别可达到法拉级，适合更复杂的电路运行需要。其目前主要用于改善电能质量 ,或与其 他储能装置联合使用。 10MW 级超级电容器储能技术有望在 2021 年完成技术攻关， 2023 年进行试验示范， 2025 年投入应用推广