2022中国(青岛)国际储能技术及设备展览会
2022中国(山东)国际可再生能源发电装备大会暨展览会
2022年11月23--25日        中国·青岛国际博览中心

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2022中国(青岛)国际储能技术及设备展览会

储能行业研究报告:电化学长时储能将迎来爆发期

2022-05-23

2021年,席卷全球“缺电”让人们感受到了低碳化转型过程中的不易,也让更多人认识到储能特别是大规模的长时储能在电力供给系统中的重要性。在不久前发布的《“十四五”现代能源体系规划》中,新型储能(除抽水蓄能和熔融盐储热外的其他储能技术)被认为有望规模发展,“并带动能源系统形态根本性变革”。

中国的储能市场发展历史始于2010年,部分技术路线如:铅酸电池、抽水蓄能等,已在中国初具规模。然而,面对未来更高比例的可再生能源发电系统,其不稳定性带来的消纳问题,需要通过技术和商业模式上的探索和创新,才能发挥储能在“碳中和、碳达峰”过程中的支撑作用。

依据中关村储能产业联盟的数据,中国2021年全年新增电力储能装机首次突破10GW,同比增长220%,累计装机容量达到45.74GW,同比增长29%。对于储能市场来说,新能源配置储能和独立的储能已经成为了这个市场中的主要动力,并将在未来继续推动中国的储能装机规模快速增长。

短期来看,新能源配置储能和独立储能的装机规模增长,有赖于政策的要求和扶持,以及一二级市场资本带来的标杆项目建设,在政策和资本的争议中前行。从长期来看,我们认为储能发展的势能在目前已经具备,一些目前装机容量较小的新兴储能技术,将会快速从目前的市场探索期过渡。

01 新兴储能技术将有更大的成长空间

如何判断某一类或者某一种技术未来的市场空间?其实答案很简单:我们只这一类技术目前的劣势和痛点,能够通过研发和创新带来多大的提升。提升越大,说明潜在的市场规模越大;如果其劣势是完全无法依靠研发和创新进行提升(例如资源限制、地理限制等),那么该技术的应用前景自然会有瓶颈。

总体来看,经过十年的技术研发、示范应用和商业化尝试,中国储能行业在技术应用方面走在了世界前列。不过,这也形成了中国一个比较突出的行业特点——各项技术都在并驾齐驱,没有一种技术已经实现了全方位的绝对优势。

这里边既包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超级电容等物理储能技术,也包括如锂离子电池、铅碳电池、液流电池、钠硫电池等电化学储能技术,这些技术各有优势也各有劣势,适用范围也有比较大的差别。因此,我们首先需要的就是甄别哪一类技术在未来更具备潜力。

数据来源:CNESA

上图所示可以清晰的看到不同储能技术目前在应用中所体现出的优缺点。以不同的优缺点来看,规模大、寿命长的技术更适合在电网侧应用;安全、功率密度高和响应快的技术更适合在电源侧应用;用户侧则更适合成本低、回收性好、安全且响应时间快的技术。

从各个技术的发展阶段来看,目前应用范围比较广的分别是抽水蓄能和锂离子储能(三元锂、磷酸铁锂和钛酸锂等)。

在中国市场的累计装机容量中,抽水蓄能占比高达86.3%,而在新型储能技术中,锂离子电池占比高达89.7%。2021年新增装机中,锂离子电池(电化学储能技术)和压缩空气储能(物理储能技术)均有百兆瓦级项目并网运行,特别是压缩空气储能在2021年实现了跨越式增长,新增投运规模170MW。

以目前应用规模最大的抽水蓄能为例,该技术已经相当成熟,本身通过研发的提升空间就比较小;另外,由于抽水蓄能项目需要配套大型的水库,对于当地生态环境和水资源禀赋的要求就更高。也是因此,抽水蓄能无法通过研发带来的技术进步获得太多的红利,长期来看市场空间受限严重。

反观在新型储能技术中目前一骑绝尘的锂离子电池技术,可以通过产品创新和工艺创新,不断降低原材料生产成本、产品制造成本,并提升产品的性能,包括安全性和使用寿命等,一旦某一项痛点取得了技术突破(例如循环次数等),或者某一种材料实现了国产替代等,就能迅速提升市场空间。

因此,在目前百舸争流的新型储能技术赛场,核心材料的自主程度和涉及寿命、效率和安全性的工艺技术进展,是投资者需要关注的关键所在。

02 哪些技术具备提前押注的可能性

在电力系统中,储能的角色相对特殊:对于发电企业来说,储能是用户;对于电网侧来说,储能是电网系统的重要部分;而对于用户侧来说,储能承担了一部分发电企业的作用。

因此,评价某项技术或者材料,也应该采用不同的视角:该技术的创新带来成本的降低,是否能够帮助电网更加平稳的运行,是否能够为用户提供更稳定、清洁的电力。

目前,不同技术路径目前的市场应用状态不同,我们尝试以阶段为划分标准,根据前述优缺点选取应用场景更广的五类技术路线,看看不同新兴储能技术路线的关键技术节点,以及对应公司。

1)市场培育阶段(尚无规模化应用)

钠离子电池

钠离子电池可以达到的理论性能与锂离子电池相近,同时具备在用户侧(包括消费电子产品)、发电侧和电网侧的应用潜力,在钠离子电池上的创新也更加接近“根本性创新”。由于钠资源的地壳丰富度远高于锂,且正负极材料需要的金属也便宜很多,该技术的突破能够彻底摆脱锂资源的限制,极大程度降低电池成本。

目前,已经公开宣布对在钠离子电池方面研发出现进展的上市公司是宁德时代(300750.SZ);一级市场中的公司则是中科海钠,也是目前创立最早的初创企业,产业化走得也比较远。中科海钠拥有来自中国工程院、中国科学院物理研究所的研发团队,是国际少有拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业之一。公司在2021年获得梧桐树资本的数亿元A轮投资。

其余钠离子电池产业初创企业包括:贲安能源(2020年获软银中国投资,研发无机水系钠盐电池)、钠创新能源(2021年获得战略轮融资)、星空钠电和众钠能源(2022年获得碧桂园创投的天使+轮融资)。

2)市场成长初期

全钒液流电池

在全球范围内,该技术相对比较成熟,但从国内来看,该技术还处于不完善的阶段,产业规模比较小,国产化率相对较低。其中全氟磺酸树脂膜及树脂的国产化替代,将会对该电池的国内产业链完整度有比较显著的提升作用。同时,由于全钒液流电池在长时间的储能工作中,其电解液成本占比相对较高(41%),核心材料在国内处于垄断地位。

在二级市场中,目前已经公开生产全钒液流电池树脂材料的企业包括东岳集团(00189.HK)和巨化股份(600160.SH);电解液材料则掌握在攀钢钒钛(000629.SH)手中。一级市场部分,创始团队具备大连物化所背景的大连融科是全钒液流电池电堆生产的龙头企业,已经开始在全球最大的液流电池项目中提供技术和产品。

压缩空气储能

我国压缩空气储能技术起步比较晚,但进步神速,2021年国内有多个已签约的代建项目,密度较往年有大幅提升。目前新型的压缩空气储能技术包括:绝热压缩空气储能、液态空气储能和超临界压缩空气储能。相比于传统技术具备规模大、成本低、清洁及更少依赖化石能源和地理条件的特点,从经济性和市场空间上看,是目前最具潜力的物理储能技术。

在二级市场方面,有国内透平机械(压缩空气储能技术上不可或缺的设备)龙头陕鼓动力(601369.SH)和东方电气(600875.SH)、空气膨胀机设备制造商金通灵(300091.SZ)。

一级市场方面,压缩空气储能系统解决方案提供商中储国能在国内走得相对靠前,背景是中国科学院工程热物理研究所,目前已突破了1—100MW级压缩空气储能系统关键技术,在2021年获得来自联想之星等机构的1.8亿元Pre-A轮投资。

3)市场成长中期

锂离子电池

无论是在包括消费电子产品的用户侧,还是电力、电网侧的规模应用,锂离子电池走得相对靠前,其技术进步的难度也更大。在二级市场中已经能够拼凑出一整条完整的锂电池储能产业链。

图片来源:前瞻产业研究院,Wind,光大证券研究所

在一级市场来看,由于先发者已经彻底站稳了脚跟,想要在锂电池产业链中实现突破的难度较高。

铅碳电池

作为铅酸电池的一种,铅碳电池同样具备目前铅酸电池拥有的优势和困境。其优势在于,技术应用时间长(超过50年),技术非常成熟;劣势在于瓶颈非常明显,在大规模储能领域中的应用,相比锂电池来说寿命明显更短,且用得越多寿命越短。

目前,国内二级市场的龙头包括天能股份(688819.SH)和超威动力(00915.HK),需要重点观察这些龙头企业对于铅碳电池寿命的公开信息,一旦实现单体寿命大于1万次,系统寿命4000次以上,且放电深度提升至60%-80%,就会极大程度改善目前的铅碳电池的竞争力。

无论是何种技术路线,其最终都必须要达到能够应对跨天、跨周的长时储能,同时具备更高的安全性和更低的成本,可以在规模部署之后,有效帮助风电和光伏成为未来中国能源系统中的主力能源。随着风电和光伏装机规模的大幅度提升,储能行业在潜在市场规模的刺激之下,将迎来一段相当长时间的“黄金发展期”。

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