储能：已然成为能源革命中不可阻挡的力量
一、什么是储能
储能是指通过介质或设备将能量存储起来，并在需要时释放的过程。在电力系统中，储能是一个关键环节，能够应用于“发、输、配、用”的各个阶段。由于电力是即时产生和消费的，无法直接存储，因此配储技术可以平滑电力的波动性，减少资源的浪费。
根据应用场景，储能可分为多个类别：用户侧（如自发自用和峰谷电价套利）、发电侧（如可再生能源并网和减少弃光弃风）、电网侧（如电力调峰和调频）、输配侧，以及辅助服务（如5G基站的备用电源）等。
从装机规模来看，抽水蓄能仍占主导地位，而电化学储能则发展迅速。截至2020年底，全球已投运的储能项目中，抽水蓄能的累计装机占比为90.3%，同比下降2.3个百分点；电化学储能的累计装机占比提升至7.5%，对应装机量达到14.2GW，主要以锂离子储能为主，国内的结构与全球趋势一致。
二. 为什么需要储能
随着可再生能源在发电总量中所占比例的不断攀升，电网在输配电、波动性调控等方面的挑战也随之增大。在全球碳排放标准日益严格和可再生能源平价上网的背景下，光伏、风电、水电等可再生能源的发电比例迅速增加。
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2020年，光伏和风电的发电量达到了7270亿千瓦时，占总发电量的9.5%。然而，这些可再生能源发电方式存在不稳定性、间歇性的特点，这增加了电网在输配电容量、电频波动控制等方面的要求。储能技术的应用，能够形成一种可控、可调度的电网运营模式，以应对这些挑战。
储能也是解决电网消纳能力有限导致的弃风弃光问题的关键。由于电力的即发即用特性，无法直接存储，发电和用电的波动性导致了资源的浪费。2020年，全国的弃光率和弃风率分别为2.0%和3.5%。随着光伏和风电的快速增长，电网消纳能力不足、调峰能力有限、传输容量受限等问题逐渐显现，弃风弃光率有可能回升。这不仅造成了资源的浪费，也凸显了提升储能配置比重和完善输配网络的迫切需求。
此外，新能源汽车保有量的上升和快充电站的快速渗透，也给电网的控制难度和稳定性带来了新的挑战。预计到2025年，全国新能源汽车保有量将达到2676万辆，充电桩保有量将达到815万台。即插即充、大电流快充等新型充电方式对电网运行提出了新的要求。中国电力科学研究院预计，到2025年，电动车、空调机、轨道交通等新兴负荷将达到5.6亿千瓦以上，超过电网最大负荷的35%。因此，电网需要改变其运行方式，推动源-网-荷-储多方资源的智能协同互动，以适应这些新变化。
三、储能的分类
1. 抽水蓄能：通过在电力需求低时使用多余电力抽水至高位水库，在电力需求高峰时释放水进行发电，是最成熟且应用最广泛的储能技术之一。
2. 压缩空气储能（CAES）：在电力需求低时压缩空气储存于地下洞穴或容器中，在高峰时段释放压缩空气发电。
3. 电化学储能：
锂离子电池：目前最主流的电化学储能技术，具有高能量密度、长寿命和快速响应的特点。
铅酸电池：成本较低，但能量密度和循环寿命相对较低。
钠硫电池：适用于大规模储能，具有较长的循环寿命。
液流电池：具有长寿命和可扩展性，适合长时间放电的应用场景。
4. 飞轮储能：利用旋转飞轮的动能存储能量，响应速度快，但能量密度相对较低。
5. 超级电容器：也称为电化学电容器，具有高功率密度和长循环寿命，但能量密度较低。
6. 热储能：
显热储能：通过物质温度升高来储存热能。
相变储能：利用物质相变时吸收或释放热量的特性来储存能量。
7. 化学储能：通过化学反应存储能量，如氢储能，即通过电解水制氢，再通过燃料电池或燃烧释放能量。
8. 机械储能：
重力储能：利用重力势能存储能量，如使用重物提升至高处。
弹性储能：利用材料的弹性形变存储能量，如使用弹簧或橡胶。
每种储能技术都有其独特的优势和局限性，适用于不同的应用场景和需求。随着技术的发展，储能技术的选择也在不断扩展和优化。
总体而言，储能作为一种灵活的电力调节资源，在全球化的新能源替代传统化石能源的低碳转型过程中，扮演着具有长期性、积极性和不可替代性的社会角色。其在新能源消纳、调峰调频等辅助服务以及提升电网系统灵活性和稳定性方面的技术必要性已经得到了业界的广泛认可和验证。经济性问题仅是短期内的摩擦性因素，而投资者更应培养“终局”思维，深入关注储能资产长期价值的核心定价逻辑。
四、投资储能应该遵循什么逻辑：
在需求端，储能的长期增长逻辑显得尤为清晰。在碳中和的宏大背景下，全球政策对清洁能源的发展给予了强有力的支持，这直接推动了储能需求的增长。当前，碳减排已成为全球共识。据ECIU统计，已有超过20个国家针对碳中和立法或提出目标，顶层设计的推动促使下游政策陆续出台。风能和太阳能作为技术成熟且安全可靠的清洁能源，将成为各国推进的重点。储能作为稳定清洁能源发电波动、提高系统消纳能力的关键手段，将在政策推动下与新能源发电系统配套，得到大规模应用。
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从市场空间来看，到2025年全球储能市场规模将超过千亿元，5年的成长空间超过10倍，成为碳中和领域弹性最大的赛道。2020年全球新增装机量达到4.7GW，同比增长62%，2016-2020年的复合年增长率（CAGR）为46%，市场规模呈现高速增长。根据我们的测算模型，预计到2025年中国储能新增装机量将达到45GWh，“十四五”期间装机CAGR为70%，对应市场规模约为499亿元人民币。全球储能预计新增装机量将达到172GWh，5年CAGR为75%，对应市场规模约为2370亿元人民币。中国及全球的5年增长空间均超过10倍，显示出巨大的增长潜力。
政策层面，国内外多国实施了多项推动和鼓励储能发展的政策。2017-2021年间，得益于电价定价体系、能源结构的差异性以及政府的适当补贴，国内外储能发展迅速。中国在2021年7月提出，到2025年国内装机量将达到3000万千瓦以上，到2030年实现新型储能全面市场化发展，利好政策不断出台。
从技术路线上看，电化学储能已进入商业化阶段，可能成为未来发展的重点。其中，磷酸铁锂将成为主流技术方向，钠离子电池可能成为后续技术方向。由于成本低、寿命长、技术成熟，物理机械储能，尤其是抽水蓄能得到广泛应用，但受到地理环境制约、投资高、建设周期长等因素的影响，发展渐缓；电磁储能和光热储能综合效率高，但尚处于技术开发阶段。电化学储能性价比高，已进入商业化阶段，随着成本的逐渐降低，我们认为电化学储能，尤其是锂离子电池，将成为储能的主要应用类型。
从2015-2020年电化学储能电池的发展来看，锂离子电池，尤其是磷酸铁锂电池，在安全性、能量密度、成本、发展路径等方面显示出最高的性价比。据测算，2021年磷酸铁锂储能的系统成本已达到1.5元/Wh，储能经济性的拐点已经到来。随着电池成本和BOS成本的进一步降低，有望打开庞大的潜在市场。
钠电池成本低，循环寿命有待提高，可能成为未来的技术方向。钠电池实现了材料体系的创新，2021年研究逐渐成熟。由于钠离子储量是锂储量的420倍，存量丰富、价格低廉，理论上BOM成本较锂电池可降低30%-40%，且钠电池在安全性、高低温、快充性能方面更优异，因此在储能市场具备广阔的应用空间。但钠电池的循环寿命和能量密度相较锂电池偏低，一般在1000次左右。宁德时代在2021年7月底发布的第一代钠电池，循环次数可达到3000次以上。我们测算，若循环次数提升到4500次，则将具备经济性。
“新能源+氢储能”是未来能源发展的大方向。氢能能量密度高，运行维护成本低，可适用于极短或极长时间的供电能量储备，是少数能够储存上百GWh以上的储能形式，被认为是极具潜力的新型大规模储能技术。氢气发电建设成本仅为580美元/kW，远低于光伏、风能、天然气、石油等多种方式，能量密度是其他化石燃料的3倍多。我们预计，“新能源+氢储能”将是未来能源发展的大方向。氢能产业链包括制氢、储运、加氢、氢能应用等方面，2021年多家企业开始布局氢能氢储产业链。
从储能产业链来看，电池与逆变器环节系统成本占比最高，分别为60%和20%，是产业链中高景气度的方向，相关企业有望充分受益于行业红利。
从弹性测算结果看，逆变器环节的弹性相比锂电池更大。储能系统是以电池为核心的综合能源控制系统，主要包括电芯、EMS（能量管理系统）、BMS（电池管理系统）、PCS（双向变流器）等多个部分。其中，电芯是储能系统的核心，成本占比约67%，2021年锂电池主要包括磷酸铁锂和三元电池两类。BMS主要负责电池的监测、评估、保护及均衡等；能量管理系统（EMS）负责数据采集、网络监控和能量调度等；储能变流器（PCS）可以控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。
通过本文我们对储能的深入探讨与分析，我们可以清晰的了解到储能发展已成为必然，储能不仅响应了全球对于可持续发展的迫切需求，更在新能源领域扮演者重要的角色，未来储能无疑将成为连接清洁能源与现代电网的桥梁，为全球能源结构的转型提供坚实的支撑。
文章来源：储能人
