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研究報告:儲能產(chǎn)業(yè)序幕開啟,全球競爭力可期

2021-03-15 06:52:59 太陽能發(fā)電網(wǎng)
概述:儲能應用場景豐富,電化學儲能潛力大儲能應用場景豐富,大型電力系統(tǒng)中的應用分為發(fā)電側、電網(wǎng)側和用戶側三大類,包含多種子場景。儲能行業(yè)應用場景豐富,在電力系統(tǒng)主要有發(fā)電側/電網(wǎng)側/用戶側 3 大主 場景,此外,還包括微電網(wǎng)、分布式離網(wǎng)等,細分應用如下:發(fā)電側:火儲聯(lián)合調頻,穩(wěn)定輸出功率;新能源發(fā)電配儲,平抑

概述:儲能應用場景豐富,電化學儲能潛力大

儲能應用場景豐富,大型電力系統(tǒng)中的應用分為發(fā)電側、電網(wǎng)側和用戶側三大類,包含多種子場景。儲能行業(yè)應用場景豐富,在電力系統(tǒng)主要有發(fā)電側/電網(wǎng)側/用戶側 3 大主 場景,此外,還包括微電網(wǎng)、分布式離網(wǎng)等,細分應用如下:

發(fā)電側:火儲聯(lián)合調頻,穩(wěn)定輸出功率;新能源發(fā)電配儲,平抑出力波動,提高消納等。

電網(wǎng)側:調峰、二次調頻、冷備用、黑啟動等。

用戶側:峰谷套利、需量管理、動態(tài)擴容。用戶主要分為家庭、工業(yè)、商業(yè)、市政等。

微電網(wǎng):主要為離主電網(wǎng)絡較遠的無電、弱電地區(qū),需要自建電網(wǎng),可采用可再生能源與儲能作為解決方案。

分布式離網(wǎng):4G/5G 基站供電;風景區(qū)驛站供電;森林監(jiān)控站供電;油田采油站供電;高速加油站供電等。

分技術裝機情況:抽水蓄能為主,電化學儲能比例逐漸提升。根據(jù)能量存儲方式的不 同,儲能主要分為物理儲能、電化學儲能、熱能儲能、儲氫與電動汽車儲能。其中物理儲 能在存儲過程中不發(fā)生化學變化,可細分為抽水儲能、壓縮空氣儲能與飛輪儲能,電化學 儲能根據(jù)不同的儲能介質可分為鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池等 6 種細分種類。目前 抽水儲能占據(jù)累計裝機主要份額,但逐年下降。2017-2020 3Q 全球和中國抽水儲能累計 裝機占比分別為96%/94%/93%/92%和99%/96%/94%/92%。而電化學儲能成長趨勢明顯, 2017-2020 3Q 年全球和中國累計裝機占比分別為 1.7%/3.7%/5.2%/5.9%和 1.3%/3.4%/ 5.3%/6.8%。

儲能技術:電化學儲能成為新增主流,鋰電池響應快、壽命長、適應場景多,優(yōu)勢凸 顯。由于電化學儲能的可適用場景更多,受地理環(huán)境等外部因素影響較小,2017-2019 年 電化學儲能占全球和中國新增儲能裝機比例分別為 14%/66%/80%和 3%/28%/58%,呈現(xiàn) 逐年上升趨勢。電化學儲能成為新增儲能項目中的主流技術,預計 2020 全年該趨勢繼續(xù) 維持。電化學儲能中,鋰電儲能由于能量/功率密度更高、使用與循環(huán)壽命更長、響應時間 更快、適應場景多等優(yōu)勢,2017 年至今占全球新增電化學儲能 90%以上,國內鋰電儲能 占新增電化學儲能的比例亦從 2017 年 51%上升到 2020 3Q 的 99%,而 2020 3Q 新增規(guī) 劃/在建電化學儲能項目幾乎全部應用鋰電池。預計鋰電池儲能技術將成為未來主流儲能技 術。

市場:商業(yè)化爆發(fā)前期,政策和成本雙輪驅動

儲能處于從 0 到 1 階段,臨近商業(yè)爆發(fā)期拐點,有望從示范性應用轉向運營性應用。 根據(jù) CNESA 數(shù)據(jù),截至 2020 Q3,全球/中國儲能累計裝機總功率為 186/33GW,而 2020 年全球/中國發(fā)電功率機組總并網(wǎng)功率為 6,675/2,201GW,儲能滲透率僅為 2.8%/1.5%左 右,仍有較大上升空間。從可再生能源發(fā)電角度看,截至 2020 3Q,全球/中國電化學儲能 累計裝機功率為 10.98/2.25GW,2020 年全球/中國風光發(fā)電累計裝機總功率約為 1,398/ 446GW,新能源配儲功率比例僅為 0.8%/0.5%,相比目前新增新能源配儲功率的比例區(qū)間 (10%-15%)仍有廣闊成長空間。

國內市場:國家戰(zhàn)略,政策支持,蓄勢爆發(fā)

中央:“30·60”目標為錨,可再生能源是國家能源變革的重點戰(zhàn)略。2020 年 9 月 22 日,在第 75 屆聯(lián)合國大會上表示,中國將力爭 2030 年前實現(xiàn)碳排放達峰, 2060 年前實現(xiàn)碳中和;在 12 月 12 日舉行的氣候雄心峰會上進一步宣布“30·60”定量目 標,強調中國在應對氣候變化中的責任和擔當,表明達成目標的決心。12 月 22 日國新辦 發(fā)布《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書,闡述國內推進能源革命的主要措施和重大舉措, 提出大力發(fā)展光伏風電等可再生能源發(fā)電是實現(xiàn)“30·60”目標的重要途徑。綜上,“30·60” 是我國未來發(fā)展的重要目標,而儲能將與新能源“孿生”發(fā)展,共同實現(xiàn)碳中和宏偉藍圖。

地方:近 20 省出臺鼓勵新能源配儲,儲能發(fā)令起跑。為實現(xiàn)“30·60”目標,新能 源發(fā)電在我國的發(fā)電結構中的比例料將逐步提升,最終有望取代化石能源成為主力能源。 新能源發(fā)電機組不具備類似火電的調節(jié)功能,需要通過配置儲能來實現(xiàn)。在該頂層目標的 指引下,目前我國已有近 20 省出臺新能源+儲能配套的鼓勵政策,政策環(huán)境向好。主要可 分成三類:1)優(yōu)先支持新能源配儲項目;2)劃定配儲比例,大致范圍為 5%-20%;3)新 疆、青海兩個可再生能源裝機大省給予儲能補貼。未來隨著頂層設計逐漸清晰,預計更完 善、細致的政策將跟隨落地,保障儲能行業(yè)平穩(wěn)起步。

需求端:新能源配儲打開需求空間。

1)發(fā)電側:國內從 2009 年開始風光進入規(guī);b機階段,隨著累計裝機、發(fā)電量占 比持續(xù)增加,出現(xiàn)棄風棄光現(xiàn)象,并且隨著消納能力與裝機增速波動。2020 年風光新能源發(fā)電功率/發(fā)電量占比僅 24%/9.5%,預計 2025/2030 年非化石能源發(fā)電量占比將提升至 20%/25%,風光發(fā)電預計將貢獻主要增量。未來在光伏風電發(fā)電量占比持續(xù)提升下,為防 止棄風棄光情況惡化和波動性電源對電網(wǎng)的沖擊,配儲滲透率有望提升,拉動儲能需求。

另一方面,光伏近 10 年來 LCOE 降幅 81%,目前全球 LCOE 約為 0.35 元/kWh, 已經(jīng)在發(fā)電側實現(xiàn)平價,預計 2025 年可繼續(xù)下降至 0.2 元/kWh,還有 50%空間。新能 源發(fā)電成本下降將強化裝機動力,持續(xù)打開儲能配置空間。

2)電網(wǎng)側:此前火電機組是調峰主力,在風電光伏并網(wǎng)比例不高時尚能滿足調峰調 頻需求。隨風電光伏并網(wǎng)量增加,電力系統(tǒng)調峰能力不足問題凸顯,對火電深度調峰、 快速爬坡、快速啟停能力要求提升。由于火電機組頻繁進入深度調峰工作狀態(tài),大幅調 節(jié)會降低其使用壽命,增加煤耗,拉低效益。因此需要進行靈活性改造,火電機組自身 的出力特性和較長的響應時間,限制了其在調峰時增大輸出功率的速度,火電+儲能則成 為一種有效的解決方案。以廣東某實際電廠為例,火儲調頻效果指標 K 值提升了 3 倍, 帶來更高收益。存量和增量火電均有望拉動配儲需求。

3)用戶側:與日本、德國、澳大利亞等側重居民側不同,國內市場與美、韓類似, 以工商側儲能為主。國內居民側儲能挑戰(zhàn)較大,主要因為:(1)我國居民用電具備一戶 一表條件的可以選則峰谷電價計價,現(xiàn)階段來看大多數(shù)居民仍選擇均一電價計價,沒有 峰谷電價差;且電價便宜、電網(wǎng)穩(wěn)定,按東部沿海約 0.5 元/kWh 電價,僅為德、英等國 的 25%-30%。(2)國內居住特點為高樓密集型,屋頂面積有限而用電需求大,戶用光伏 難以大規(guī)模滲透。國內工商側儲能裝機主要集中在江蘇、廣東等工商業(yè)峰谷電價差超過 0.7 元/kWh 的地區(qū)。

相比于發(fā)電側和電網(wǎng)側,2018 年以來國內用戶側儲能收速。國家發(fā)改委于 2018/2020 年發(fā)布的《關于創(chuàng)新和完善促進綠色發(fā)展價格機制的意見》《關于做好 2020 年能源安全保障工作的指導意見》明確指出要加大峰谷電價實施力度,運用價格信號引 導電力削峰填谷。預計未來部分地區(qū)工商業(yè)峰谷價差有望進一步擴大,市場交易機制被 逐步激活,用戶側儲能市場增長潛力大。

供給:鋰電池成本近六年下降 71%,未來還有 40%空間。動力電池系統(tǒng)方面,以磷酸 鐵鋰電池系統(tǒng)為例,其價格已下探至 0.7-0.8 元/Wh,預計 2025 年可繼續(xù)下降至 0.5 元 /Wh,還有 40%左右空間。得益于動力領域對鋰電池降本的貢獻,儲能系統(tǒng)方面,用于配 套光伏發(fā)電的儲能系統(tǒng)亦從 2019 年平均 2.2 元/Wh 下降至 2021 年初近 1 元/Wh,近三年 下降超 50%。預計未來還將有年均 10%左右降幅,將在供給側持續(xù)降低儲能系統(tǒng)成本。綜 上,供給側成本持續(xù)下降將為儲能市場提供長期動力。

海外市場:各場景均衡發(fā)展,用戶側引領全球

國內從用戶側轉向新能源發(fā)電側,海外分場景裝機均衡。2017-2020 3Q,國內新增電 化學儲能裝機結構經(jīng)歷從以用戶側和電網(wǎng)側裝機為主轉變?yōu)橐孕履茉窗l(fā)電側為主,其中 2020 3Q 新能源發(fā)電側占比 67%。海外方面則相對均衡,截至 20Q3,海外電化學儲能累 計裝機中新能源發(fā)電/輔助服務/電網(wǎng)側/用戶側占比為 22%/32%/19%/28%。

歐洲、澳洲、非洲等地區(qū),居民側儲能快速發(fā)展。主要原因有:

1)歐洲等地區(qū)居民高電價,疊加上網(wǎng)電價補貼(Feed-in tariff,F(xiàn)iT)帶來電價下降,光 儲自發(fā)自用經(jīng)濟性凸顯。以德國為例, 2019 年光儲/光伏度電成本為 15.9/9.6 歐分/kWh, 居民電價為 30.5 歐分/kWh,光儲/光伏度電成本分別是居民電價 52%/31%。未來隨著光 儲成本的下降,居民電價與光儲 LCOE 剪刀差增大,促進居民戶用側需求提升。

2)歐洲、澳大利亞等發(fā)達國家可再生能源占比高,例如歐洲戶用儲能裝機Top1 德國 的風光發(fā)電占比約 33%,導致電網(wǎng)不穩(wěn),用戶側儲能有明顯需求。

綜上,以歐洲為例,根據(jù) Solar Power Europe 數(shù)據(jù),2019 年歐洲居民側儲能新增裝 機 744MWh(+56.4%),截至 2019 年底累計居民側儲能裝機近 2GWh,對應歐洲 2019 年底戶用光伏配儲滲透率約 7%。而歐洲目前還有 90%建筑物沒有加裝屋頂光伏裝置,按 目前裝機情況可外推出全歐洲戶用光伏配儲空間為 285GWh,需求空間巨大。

3)非洲等地區(qū)的電網(wǎng)基礎設施建設較差,無法接入電力的家庭比例較高,集中式發(fā)電 無法滿足居民用電需求,而當?shù)毓庹諚l件好,光儲市場發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/div>

空間:市場蓄勢待發(fā),2025 年規(guī)模超千億

第一類:非平價驅動的市場,5G 基站、IDC 備電

5G 基站:其功耗相比 4G 基站提升 2 倍,因此新建 5G 基站備用電源需要相應同比擴 大,疊加基站備電還能發(fā)揮削峰填谷以減少電網(wǎng)波動對基站沖擊作用,根據(jù)國內三大運營 上披露的建站計劃,按照備電配儲功率比例 100%、備電時長 4h 測算,未來 5 年 5G 基站 配儲容量年均需求約 8GWh。

IDC:全球 IDC 市場呈現(xiàn)大型化和集約化趨勢,數(shù)據(jù)中心數(shù)量減少,機架數(shù)量增多。 截至 2020 年,全球 IDC 機架數(shù)量為 498 萬架。按單機架平均功率 8.4kW/架、上架率 55% 計算,全球 IDC 日耗電量為 552GWh。假設備電時長為 4h,對應 IDC 儲能總需求空間為 92GWh。假設 10 年全部替換成鋰電池儲能系統(tǒng),對應年均儲能需求約為 9.2GWh。未來 隨著上架率和機架數(shù)量增加,IDC 儲能需求空間有望持續(xù)拓寬。


第二類:平價驅動的市場,成本和滲透率是核心彈性變量

電源側:主要需求驅動為新能源發(fā)電配儲,按 2025 年全球風/光中配儲滲透率悲觀-樂 觀情形下預計為 25%-35%/35%-45%、配儲功率比例為 15%、備電時長為 2h 測算,2025 年全球風光配儲容量預計需求為 23.6-31.1GWh。

電網(wǎng)側:主要考慮輔助服務市場產(chǎn)生的需求,分存量和增量市場測算,其中存量市場 驅動為儲能替代輔助電廠容量,增量市場驅動為新增化石能源發(fā)電機組配儲。按 2025 年 存量/增量配儲滲透率悲觀-樂觀情形下預計為 12%-18%/70%-90%、配儲功率比例 3%、備 電時長 2h 測算,預計 2025 年電網(wǎng)側儲能容量需求為 10.5-16.9GWh。

用戶側:主要考慮戶用光伏配儲需求,其中考慮經(jīng)濟性和高樓聚居的居住條件,國內主要是 工商業(yè)光伏配儲為主。海外則包括居民用和工商用。按 2025 年國內居民/國內工商/海外戶用光 伏配儲滲透率悲觀-樂觀情形下預計 4%-6%/15%-30%/30%-50%、自發(fā)自用場景下配儲功率比 例 100%、備電時長 4h 測算,預計 2025 年全球用戶側儲能容量需求為 67.3-114.3GWh。

綜上,預計 2025 年全球儲能需求中性情形下為 136GWh,市場空間超千億,5 年 CAGR28%。

鋰電、逆變器價值量最大,有望率先受益

中游鋰電池/逆變器價值占比高,率先受益儲能需求爆發(fā)

鋰電池/逆變器占儲能系統(tǒng)價值量達 60%/20%。鋰離子電池儲能行業(yè)上游為電力電子 元件與鋰電材料等原材料,中游為儲能系統(tǒng)及其集成、安裝與運維,下游為應用端。其中, 儲能系統(tǒng)主要由儲能逆變器(Power Conversion System,PCS,主管電流轉換)、電池管 理系統(tǒng)(Battery Management System,BMS,主管電池狀態(tài))、能量控制系統(tǒng)(Energy Management System,EMS,主管能量調度)、儲能電池組成,價值量占比約為 20%、5%、 10%、60%。

玩家種類多,頭部尚未形成

目前行業(yè)玩家包括電池企業(yè)、PCS 企業(yè)、系統(tǒng)企業(yè)三類。國內方面,

1)電池企業(yè): 一類是寧德時代、國軒高科、億緯鋰能、力神電池等動力鋰電池企業(yè);另一類是猛獅科技、 圣陽能源等從鉛酸電池儲能切換到鋰電池儲能的企業(yè)。

2)PCS 公司:一類是逆變器企業(yè), 利用同源技術切入到儲能 PCS 環(huán)節(jié),如陽光電源、固德威、上能電氣等;一類是 UPS 電 源企業(yè),如科華恒盛、科士達等。

3)系統(tǒng)公司:一類是全環(huán)節(jié)整合的企業(yè),例如比亞迪、 中天科技、派能科技;另一類是電池或 PCS 企業(yè)延伸到系統(tǒng)環(huán)節(jié)的時代星云(寧德時代與 星云股份合資)、陽光電源等。海外市場,主要是 Fluence、Tesla、LG 等的系統(tǒng)企業(yè)。

儲能電池:頭部領先,動力電池企業(yè)漸多。2018 年儲能電池 Top10 中僅寧德時代、 中航鋰電兩家動力電池廠商。2019 年則新增國軒高科、億緯鋰能、力神電池、比克電池等 動力電池廠商,前十占據(jù)五席。從出貨量上看,2019 年排名第一的寧德時代領先第二名 2 倍,領先地位漸顯。

儲能逆變器:高成熟度帶來高集中度。從集中度上看,2018/2019 年國內新增電化學 儲能逆變器 CR10 均超過 90%,相比于儲能系統(tǒng)環(huán)節(jié)處于較高水平。2019 年儲能逆變器 出貨第一為陽光電源,超第二名 83%,占 32%份額。儲能逆變器環(huán)節(jié)目前格局相對系統(tǒng)更 佳,主要系產(chǎn)品與光伏逆變器同源,已有較高成熟度。

系統(tǒng):集中度較低,頭部尚未形成。從集中度上看,2018/2019 年國內新增電化學儲 能系統(tǒng) CR10 約為 42%/65%,仍處于相對較低水平。


從位次上看,2019 年相比于 2018 年儲能技術提供商、逆變器供應商、系統(tǒng)集成商均 有較大變化,格局尚不穩(wěn)定。

商業(yè)模式持續(xù)創(chuàng)新,產(chǎn)業(yè)鏈有望形成全球競爭力

商業(yè)模式持續(xù)創(chuàng)新,中長期看性價比是核心競爭力

商業(yè)模式:持續(xù)創(chuàng)新,提升設備利用率是方向。儲能最初期的商業(yè)模式是合同能源管 理,即儲能企業(yè)向單一用能單位提供節(jié)能服務,按節(jié)能效益獲取利潤的模式。2019 年 5 月 國家發(fā)改委印發(fā)《輸配電定價成本監(jiān)審辦法》明確電儲能設施不得計入輸配電價,作為此 前增長主力的電網(wǎng)側儲能增速放緩。為解決合同能源管理模式依賴單一收益來源而項目收 益易受沖擊、投資主體單一的瓶頸,行業(yè)中陸續(xù)出現(xiàn)了共享儲能、租賃、代理運營商等新 商業(yè)模式,其核心方向是:1)投資主體多元化,分擔投資風險和成本;2)下游的多場景 疊加與儲能的多功能復用,提高設備利用率以增加收益。

儲能 vs 動力:儲能電池對一致性、壽命、成本要求更高,且具備投資品屬性。儲能 鋰電池與動力鋰電池由于使用環(huán)境和目的不同,因此其性能和設計上各有側重。實際上, 一座典型光儲電站容量相當于 100 余輛純電動車電池容量之和,因此對一致性要求比動力 電池更高;在使用壽命上,動力電池要求系統(tǒng)循環(huán)壽命達 2000 次以上,而儲能電池系統(tǒng) 要求循環(huán)壽命 4000 次以上,對壽命要求更為苛刻。儲能電池門檻不比動力電池低,落后 產(chǎn)能將會逐漸被淘汰。另一方面,配套新能源車的動力電池具備消費品屬性,而儲能本質 是獲利,因此儲能電池具備投資品屬性,相比于動力電池更強調性價比。在天然強調性價 比的屬性下,儲能電池行業(yè)在進入大規(guī)模商業(yè)化階段后集中度料將會快速提升,呈現(xiàn)強者 恒強的局面。

動力電池巨頭紛紛入局,資本助力儲能行業(yè)爆發(fā)

動力電池巨頭入局,性價比+資源整合優(yōu)勢有望快速占據(jù)頭部位置。寧德時代、BYD、 億緯鋰能、國軒高科等亦通過內生外延等方式進入儲能行業(yè)。動力電池巨頭們加速儲能布 局,一方面將向儲能行業(yè)輸送強力資本推動成長,另一方面將憑借自身性價比和資源整合 優(yōu)勢在能源變革浪潮中占據(jù)領跑地位。

類比汽車電動化供應鏈,儲能產(chǎn)業(yè)鏈有望形成全球競爭力

類比汽車電動化供應鏈,儲能產(chǎn)業(yè)鏈有望形成全球競爭力。當前,中游設備增長確定 性更高,例如,電池環(huán)節(jié),技術成熟、壽命更長、成本更低的磷酸鐵鋰電池是首選;逆變 器方面,同樣兼具成本、技術、響應速度等優(yōu)勢,有望打破海外競爭對手的客戶壁壘。類 似過去 5 年中國汽車電動化供應鏈,電池和 PCS 等環(huán)節(jié)的發(fā)展進步,有望推動中國儲能 產(chǎn)業(yè)鏈形成全球競爭力。


作者:宋韶靈、華鵬偉、董雨翀 來源:未來智庫 責任編輯:jianping

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