什么是储能? 为什么要储存能量?

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什么是储能?

储能就是储存电能,在需要的时候使用。

电力从生产到最终使用的过程如下:

发电(发电厂、电站)——输电(电网公司)——用电(用户)

以上三个环节都可以建立储能,所以储能可以分为:发电储能; 电网储能; 根据应用场景进行用户储能。

储能产业链相对简单。 上游是设备制造商,中游是集成制造商,下游是各种应用。 上游环节是需要重点关注的方向。

储能系统成本

电池占比最高,达到60%,其次是PCS(转换器)、EMS(能源管理系统)和BMS(电池管理系统),占比分别为20%、10%和5%。

1)电池板块:行业集中度逐步提升。 未来将向高安全、长寿命、低成本方向发展。 磷酸铁锂将是主流路径,有望由动力电池龙头厂商引领;

2)PCS环节:关注三大核心竞争力(迭代降本能力、品牌力&融资能力、渠道能力),判断未来竞争格局和光伏逆变器的趋同;

3)EMS链路:需要与电网交互。 现有的EMS公司主要来自国家电网部门。 未来,EMS的核心竞争力取决于软件开发能力和能源优化策略设计能力;

4)BMS环节:目前技术成熟度低,缺乏行业标准,竞争格局分散。 未来,储能电池BMS很有可能延续动力电池BMS的市场格局;

5)系统集成环节:国内系统集成商玩家众多,具备集成能力、运维服务、本土渠道和品牌力的企业将胜出。

从目前以火电为主的用电环境来看,电厂产生的电能——输送到电网——输送给用户使用,中间没有储能。 少数电网公司将利用抽水蓄能调峰填谷。 也就是晚上电多的时候,用电(用水泵)把水电站下游的水抽到上游来发电。

为什么要储存能量?

随着能源体系的更新升级和双碳目标的推进,以太阳能和风能为主导的可再生能源开始得到广泛应用。 由于风电和光伏受天气影响大,不稳定性大,储能技术发挥着至关重要的作用。 科恒新能源厂商认为,风光储结合很可能成为未来新能源的发展趋势。

从全球看:美国储能市场将在2020年爆发,成为全球第三大储能市场。 2021-2024年公用事业储能项目集中实施将是重要增量。同时,不稳定的电力供应将刺激用户对储能的需求。 ; 欧洲从2019年开启储能元年,2020年再创新高,跃升为全球最大累计储能市场,德国、英国遥遥领先,德国是全球最大用户储能市场,主要是由于居民电价居高不下,补贴政策转向住户。 由于储能,英国主要受大型储能项目部署带动; 韩国受储能电池安全影响,新增装机容量有所下降,但2020年仍是全球第二大储能市场。

从我国发展来看:随着可再生能源发电比例的提高,消费、输配电、波动等问题出现,储能刚性需求正在逐步形成。 近100倍的增长率。

以下是15家储能行业研究报告:

1、电能存储经过十多年的发展,已经从实验室走向商业化初期,现在正逐步从商业化初期向规模化过渡。 这个阶段有几个特点。 首先,在技术发展方面,一些储能器件的性价比已经可以提升和应用。 十多年前电力系统所需的储能具备三个要素:长寿命、低成本、高安全性。 现在基本上可以实现长寿命和低成本。 但高安全性还有最后一公里。 在研发方面,我国几乎所有的储能技术都有涉及。 在应用方面,我们尝试了电源、电网、用户侧的各种应用。 就商业模式而言,确实是个短板,探索的时间还很长,世界其他国家也有同样的问题。

2、抽水蓄能仍是主力军。 新能源存储的发展非常迅速,其增长速度远快于抽水蓄能。 在新的储能技术中,锂离子电池的储能技术占比最高,增长最快。 当然,电动汽车的同步发展也有得天独厚的条件。 然而,储能技术并不局限于锂离子电池。 在应用阶段,有铅碳电池、钠硫电池和液硫电池。 在示范阶段,有压缩空气、钠离子电池、超级电容器和纳米镍电池。 实验室阶段有飞轮、超导、相变氢、非泵浦重力储能,以及一些新型电池。 储能以何种形式存储,分为物理储能、电磁储能、电化学储能、热能储能、化学燃料储能。

3、锂离子电池技术进步最快,性价比接近普及应用阶段。 这主要是受电动汽车需求的推动。 锂电池研发团队最大,投入最多,效果最明显。 锂电池的性能几乎可以覆盖电力系统的所有应用场景,也可以在大部分应用场景中使用。 无论是用电计量、电网计量、用户计量、调峰、调频、用电、应急施工、后备、黑启动。 但主要缺点是消费时间不够。 容量一般是四个小时,在无风的季节是不够的。 安全问题,韩国这么多火灾,人们有时候有点怕锂电池,电动自行车也时不时起火,但全世界都在努力解决这件事,包括固态电池作为主要方向,一些综合技术、管理技术、消防技术、预警技术等使其更加安全,这是可以解决的。

4、铅碳电池的使用广度位居第二。 产业链非常完整,很多铅酸电池厂很快就能生产铅酸电池。 安全性还是水性的,不容易燃烧爆炸。 这有优势,是一种过渡技术。

5、三是液硫电池,安全、不燃、循环寿命长。 功率和容量可以独立。 配置时,如果场景需要大功率,可以有意减少一些不必要的投资。 锂离子电池的电量和小时数基本是固定的,这个是可以调整的。 短板是效率比较低,热量和辅机消耗比较多。 能量密度比较低,液硫电池储能站占地大,价格无法降低,成本难以确定,因此不能用于电动汽车。 但是,国际上的研发并没有停止,也没有放弃,甚至把美国作为主要的研发方向。 造成这种现象的原因之一是该系统中有许多材料可供选择。 研发空间没有天花板,在长期规模上比锂离子电池更有优势。

6.其他电池处于实验室阶段,包括液态金属空气和有机电池,可能成本低,能量密度高。 一些系统仍有探索空间,仍处于基础研究阶段。 但钠离子电池的进展比较快,从实验室到示范应用需要几年的时间。 因为其体系与锂电池的氧化还原反应机理基本相同。 让锂离子电池改用钠离子电池的团队没有太大的障碍。 在锂资源受限、碳酸锂价格不确定、钠离子资源缺乏太多约束的情况下,可能会出现这样的突出收益。 应该说,这是储能技术的重要战略。 备胎在国家层面肯定是有的,但是由于产业链还不成熟,材料体系还没有完全聚焦和定型,理论上比锂离子电池更安全,所以它的研究方向是也有点类似于锂离子电池。 我们必须对固体和电解质大惊小怪,所以这条路可能还需要一段时间。

7. 压缩空气可用于我们整个电力系统的所有需求。 它的特点是依赖机电速度,因为它使用发电机、压缩机等,响应速度比较慢。 另外,它有很多旋转键和一些不可恢复的损失,所以效率比较低。 此外,降价空间有限。 但它有一个特别大的优势,那就是洞穴的用途可以非常大。 如果我们高比例的能源需要大规模、大规模地消耗,电化学电池就会遇到困难。 但它有地域限制。

8、飞轮的使用空间比较小,主要体现在用户电能质量的提升和部分展台的供电支撑。 能量密度确实太低了。 此外,旋转键所需的技术门槛非常高。 因为它所储存的能量是由飞轮的速度和质量决定的,所以要想达到高能量密度,就需要非常高的转速,而数以万计的已经启动了。 质量和安全是矛盾的要求。 如果质量过大,可以提高速度,而提高速度后的安全性是否具有很高的技术门槛。 此外,应用空间也有限,主流应用场景也不能依赖。

9、超级电容比飞轮好很多,但还是很贵。 问题也是一样,功率密度高,能量密度低,对控制有更高的要求。 因此,市场空间有限,但技术进步还是比较快的。

10. 其他两项技术未来潜力巨大。 一是热土,国际储能发展路线图,注意到他在20年、30年甚至更长时间内拥有如此高的比例。 长期规模的储能技术必不可少,英国对热能储能尤为重视,因为其海上风电受季节变化影响。 我们国家的情况不一样。 如果以光伏为主,白天和晚上就没有季节性储能。 所以,我们现在不太关注他。 现在主要是太阳能热发电。 在我们的能源消耗中,比如空调,供暖占了非常高的比例。 这些都可以通过蓄热技术来解决。 这个空间还是很大的,但是因为电热之间的时间很紧,差距也太大了,看来大家还没有看到这个应用空间有很大的市场,所以研究的人比较少。 几年后,可能会逐渐有相当数量的研发人员投入到这部分研究中。 另一种是氢气,可以跨季节储存,可以用液体燃料和气体燃料代替。 传统的燃气发动机和发动机都可以使用,但技术和资金门槛,以及人们对其安全性的担忧,都将是他的开发和研究过程。 我们必须理清我国发展氢能的技术路线图,因为氢能涉及到产生、储存、传输和使用四大环节,可能有数百条路线。 最后,我们的国情,我们的基础设施状况,我们的需求,哪些技术路线值得重点研究,顶层设计要做好,否则几百元的能量太分散了,效果不好。投资回报不会很好。

11、总体来看,抽水蓄能仍是各类储能中的主力军,但新能源储能的发展将会加大。 电池是最具价值的储能技术,也将成为长期规模化研发和应用的重点。 就锂电池产业而言,有矿产、材料、单体、pack及系统集成、应用、回收等环节,产业链很长。 但我国具有人才聚集、产业链完整、拓展能力强的优势。 我们原有的生产线设备比较落后,高端的生产线基本上都是从日本或者韩国进口的,现在我们正在逐步更换。 这个瓶颈几乎消失了。 下一步可能还有一些地方需要注意,那就是报废电池的回收和材料的再生。 这部分目前的重点还不够,投入还比较小,未来空间比较大,这也是需要的。 “十三五”期间,国家重点研发计划主要集中在锂离子电池、液流电池及梯级利用、压缩空气等领域。 对超电、固态、液态、金属、飞轮、海抽等前瞻性技术进行了一些布局,通过“十三五”工作基本实现。 我们当时设定的目标,锂电池的循环寿命、成本、效率等指标都达到了预期。 但在安全方面仍存在不足。 国家重点研发计划主要侧重于安全方面的突破,此外,循环寿命更长,回收部分也开始受到重视。

12、在储能硬技术方面,最前面是本体技术。 其实有集成技术、安全技术、运营管理技术。 我们在这些方面都有改进的空间,包括集成拓扑和通信架构。 、冷却系统、安全诊断、预警、隔离、消防、运维管理、云管理、虚拟化与聚合、多场景复用等,都有提升的空间。 在这方面,欧盟在国际上的代表性尤为突出,这也是他研发的重点。 在应用方面,电源、电网和用户都反映了不同的关注点。 例如,电源更加关注可再生能源消耗,电网希望安全储存能量,以及调峰。 当用户想要与多个网络集成时,它是一个重要的增益。 交通网络、航空网络、时空尺度上的相互转换链接。

13、应用目前的困境还是商业模式,能不能赚钱。 现状、商业模式和电价限制。 其背后的问题是身份和地位不确定,政策有些断断续续。 此外,还需确定退货机制,这是世界上普遍存在的问题。 当然,我们还有电力体制和电力电力市场改革的动态。 事实上,我国从2017年开始就在国家层面发布了储能指导意见。回顾这些文件,可以看出当时对形势的判断是比较准确的,是国家鼓励的行业。

14、在投资方面,主要有两个方面:一是做一个非常成熟的动力电池龙头厂商,二是做一个非常成熟的光伏逆变器厂商。

储能市场无疑将大大增加对电池的需求。 这是比较确定的,所以我们可以主要关注已经非常成熟的相关赛道。 一方面是高品质、低成本的电池供应商,如宁德时代、比亚迪、亿纬锂业、派能科技(更纯粹的储能标的)等; 另一方面,擅长电流转换管理的逆变器厂商,如阳光电源、固德威、金浪科技等。

同时,储能市场也将为其他行业带来大量增量市场。 一是储能产业链中相对集中的环节,如电池原材料企业龙攀科技、德方纳米、富临精密等,储能系统集成商永福股份、科鲁电子等; 另一个是储能研究所。 赛道的拓宽带来的,如可以想象的储能热管理公司三花智控、银轮等。 当然,增量市场更难把握,是否需要新技术路径的支撑也需要与产业链不断验证。

更多电池知识: 科恒电池

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