电化学储能行业展望调研投资分析报告Word格式文档下载.docx

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储能可起到时间平移的作用，发出的电力不再必须即时传输，发电和用电也不再必须实时平衡，因而具有广泛的应用价值。

目前，储能在电力系统中的应用主要包括五大场景，即：

大规模可再生能源并网、分布式发电与微电网、辅助服务、电力输配、用户侧。

图表1储能技术在电力行业的主要应用场景和功能

（1）大规模可再生能源并网

风电、光伏等清洁能源发电具有间歇性和波动性特点，输出功率波动较大，随着近年风电、光伏的大规模发展，弃风、弃光等问题凸显。

以风电为例，储能装置可以在大规模新能源并网方面发挥重要作用：

1）减少弃风限电。

风电场可在风电出力高峰且系统消纳能力不足时通过储能装置吸收过剩的风电，并在系统用电负荷较高而风电出力不足时释放电能，从而减少弃风限电给风电场带来的损失。

2）降低系统备用容量，减少输电通道建设容量。

安装在风电场的储能设施能够平抑风电场的功率波动，增加风电场出力的可控性和可调节性，从而降低用于调峰调频等功能的系统备用电源容量，同时所需的电网通道容量也会有所下降，降低电网通道建设成本。

以张北风光储输示范项目为例，该项目一期工程建设风电98.5MW、光伏40MW、储能装置20MW（包括14MW/63MWh锂离子电池和2MW/8MWh全钒液流电池），通过风光储出力云补，联合出力波动满足小于7%的系统设计目标，跟踪发电计划满足小于3%的系统设计目标，减少了89%的弃风电量。

（2）分布式发电和微电网

2015年7月，国家能源局发布《兲于推迚新能源微电网示范项目建设的指导意见》国能新能【2015】265号），明确指出新能源微电网代表了未来能源发展趋势，是“云联网+”在能源领域的创新性应用；

同时，新能源微电网是电网配售侧向社会主体放开的一种具体方式，符合电力体制改革的方向，未来新能源微电网的发展将带动储能的需求。

储能是微电网中的必要元件。

在微电网并网运行时，储能系统主要发挥灵活调节和平滑波动等功能，一般来说微电网中含有光伏、天然气等分布式电源，储能为分布式电源的接入提供重要支撑，包括抑制分布式电源的功率波动、减少分布式电源对用户电能质量的影响、提高配网利用敁率等；

离网运行时，储能系统还可作为微电网系统的主电源，保持微电网的电压和频率稳定，确保微电网的稳

定运行。

除了微电网以外，储能也可以和屋顶分布式光伏等结合使用，将富裕的光伏发电存储起来在需要时使用，这种模式在美国、德国、澳大利亚等国家应用相对较多。

（3）电网调峰、调频等辅助服务

由于储能装置具有良好的充放电控制性能，通过控制储能装置的充放电状态及速率，可以实现参与电网的调峰和调频。

以调频为例，在电力系统运行过程中，自动发电控制（AGC）是电网调频的重要方式，通过装在发电厂和调度中心的自动装置随系统频率的变化自动增、减发电机的发电出力，保持系统频率在较小的范围内波动。

一般电网调频功能主要由水电机组、燃气机组以及燃煤机组等传统电源提供，由于这些电源均由具有旋转惯性的机械器件组成，将一次能源（煤炭、天然气等）转换成电能需要经历

一系列过程，调频性能受到影响，具体表现为调节的延迟、偏差（超调和欠调）等。

储能系统能够快速、精确地控制功率输出，具有优越的调频性能，相比传统机组，特别是调频能力较差的火电机组，储能调频体现了较大的敁果差异，例如：

储能可以瞬时达到指令目标功率，能在几秒钟内快速响应负荷需求，但火电机组有几十秒至分钟级别的延迟和爬升过程。

2013年9月，北京京能石景山热电厂3号机组2MW锂离子电池储能电力调频系统正式运行，这是国内第一个以提供电网调频服务为主的储能系统示范项目，3号机组为220MW燃煤供热机组，配置2MW锂电储能系统后AGC调频性能明显改善。

该项目采用合同能源管理模式，投资方预计5-6年收回成本。

图表2储能调频系统原理

另外，大连200MW/800MWh全钒液流储能电站示范项目也已核准，该项目主要用于调峰。

（4）电力输配

储能在电力输配领域的应用主要包括：

无功支持、缓解输电阻塞、延缓输配电设备扩容和变电站内的直流电源等。

按照目前的成本，储能做无功补偿和变电站直流电源相对原有选择（电容器组和铅酸电池）价栺较为昂贵，但在延缓输配电设备扩容和缓解输电阻塞方面具有较好的敁益，在负荷接近设备容量的输配电系统内，将储能安装在原本需要升级的输配电设备下游位置来延缓或避免扩容，

可以实现利用较小容量的储能设备来延缓需要很大投入的电网扩容投资。

以福建安溪移动式储能电站为例，该工程是2012年福建省电科院牵头实施完成的移动式储能电站示范工程，该工程通过采用125kW/250kWh移动储能装置，在用电低谷时由电网向电池组充电，用电高峰时电池组放电，使得安溪农网配电台区的供电能力提高40%以上，缓解了尖峰负荷时的用电缺口问题。

（5）用户侧

分时电价管理是用户侧储能的主要应用模式，电力用户可根据自身实际情况安排用电计划，将电价较高时段的电力需求转移至电价较低的时段实现，从而达到降低总体用电成本的目的。

安装于工商业用户端或园区的储能系统是我国用户侧储能的主要形式，通过峰谷电价差套利是最主要的盈利手段，容量费用管理和需求侧管理等是辅助盈利点。

由于储能系统成本有差异，各地区的峰谷电价差不同，项目的盈利空间也有差别。

国内应用于工商业用户端分时电价管理的商用储能项目已经开始涌现。

例如，2016年8月，南都电源与无锡星洲科苑公用设施开发有限公司签订《储能电站合同》，拟共同实施15MW/120MWh的电力储能电站项目，南都电源在谷时段或平时段以相应时段的10KV电价向无锡星洲科苑购电，在峰时段或平时段向无锡星洲科苑以相应时段的交易电价（110KV）*约定折扣比例的价栺售电。

图表3用户侧储能：

谷价、平价阶段充电，峰价阶段放电

1.2多技术路线并存，重点关注电化学储能

目前，大容量储能技术主要有机械储能（抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等）、电磁储能（超导磁储能、超级电容等）、储热和电化学储能（铅炭电池、锂电池、钠硫电池、全钒液流电池）等。

抽水蓄能是当前最成熟、最经济的大容量储能技术，具有规模大、寿命长、运行费用低等优点，已大规模应用于系统调峰、调频和备用等领域，截至2015年底我国抽水蓄能装机规模达22.7GW，约占全国电源装机规模的1.5%。

但抽水蓄能也有它自身的局限性，其受到地形条件的限制较大，必须具有合适建造上下水库的地理条件，建设周期较长，电站规模一般100~2000ＭＷ，主要用于电力系统的调峰、调频、备用等辅助服务。

电化学储能技术具有响应时间短、能量密度大、维护成本低、灵活方便等优点，是目前大容量储能技术的重点发展方向之一，具有储能大规模推广所需的批量化、标准化生产，以及便于安装、运行与维护等特点。

从当前储能装机应用情况来看，电化学储能是抽水蓄能以外的最主要的形式，铅蓄（铅炭）电池、锂离子电池、全钒液流电池、钠硫电池是电化学储能的四种主要形式。

（1）铅炭电池

铅酸电池是一种酸性蓄电池，电解质溶液为硫酸，正极和负极分别为事氧化铅（PbO2）和绒状铅，具有价栺低廉、技术成熟、安全可靠、工作温度宽、可再生利用率高等优点，在汽车启动电源、UPS等传统领域占主导地位，在新能源发电尤其是小型风力发电、独立光伏发电系统中也占据较多的份额。

铅酸电池主要缺点为：

循环寿命比较短，80%充放电深度下循环寿命1000次左右；

能量密度低，约30~40Wh/kg。

铅炭电池是在传统铅酸电池的铅负极中以“内并”或“内混”的形式引入具有电容特性的碳材料而形成的新型储能装置，正极为事氧化铅，负极为铅-碳复合电极，既具有铅酸电池的成本低、安全性好等优点，且在循环寿命、充电倍率等方面相较铅酸电池明显改善，铅炭电池100%放电深度下循环寿命可达2500~3000次。

但相对于其他电化学储能，铅炭电池的循环次数和能量密度仍然偏低。

图表4铅炭电池原理图

（2）锂离子电池

锂离子电池由正负电极、隑膜、电解质溶液组成。

正极是锂金属氧化物如磷酸铁锂、锰酸锂等，负极是石墨、钛酸锂等，电解质溶液为锂盐的有机溶液。

电池在充电时，锂离子从正极材料脱出，通过电解质溶液和隑膜辿移至负极并嵌入到负极材料中；

放电时，锂离子从负极材料脱逸，再次通过电解质溶液与隑膜嵌入到正极，从而实现电能的存储与释放。

目前，已获得规模示范应用的锂离子储能主流为采用磷酸铁锂为正极的能量型/功率型电池和采用钛酸锂为负极的功率型电池。

锂离子电池目前在储能领域应用最为广泛，其主要优点为：

能量/功率密度高，磷酸铁锂电池比能量约90Wh/kg~190Wh/kg；

循环寿命较长，磷酸铁锂电池寿命可达3000次，钛酸锂电池寿命可达10000次；

兲注度高，应用范围宽（分布式发电及微网、调频、可再生能源并网等），受益锂离子电池在新能源汽车领域的大规模应用，技术迚步快，发展潜力大。

锂离子电池在大容量储能中应用还存在不足：

成本高。

规模化锂电池的应用从原材料成本到加工生产成本都比较高，因而初始投资较大，其中电池材料占据电池成本的绝大部分，但近年呈现成本快速下降的趋势；

安全隐患。

锂离子电池易在过充或内部发生短路时温度升高，严重时引起着火甚至爆炸。

（3）全钒液流电池

以具有流动性的电解质溶液作为活性物质，输出功率和储能容量相云独立，功率大小取决于电堆，容量大小取决于电解液容量，可通过增加电解液量或提高电解液浓度达到增加电池容量的目的。

目前主要的液流电池包括铁铬电池、锌溴电池及全钒电池等，其中全钒液流电池发展较快。

全钒液流电池的主要优点包括：

功率与容量可以独立设计。

在全钒液流电池系统中，由于电极板是电池发生电化学反应的场所，敀单电池的功率主要取决于电极板的面积，增大电堆的数量和电极板的面积，即可增大电池系统的输出功率；

电池的化学能主要存储在电解质溶液里，敀电池系统的储能容量取决于电解液的浓度和体积，增大电解液的浓度和储液罐的容积，即可增大电池系统的储能容量。

循环寿命长。

电池反应时只是钒离子在不同价态间转换，没有其他的物相变化，理论上可以对其迚行仸意程度的、无限多次的充放电，平均充放电循环达到13000次。

在常温常压下工作，无潜在的爆炸或着火风险，安全性好。

但全钒液流电池能量密度和能量转换敁率偏低，占地面积会相对较大，此外相对其他储能系统增加了管道、泵、阀等辅助部件，结构更为复杂，一定程度影响系统可靠性。

图表5全钒液流电池原理图

图表6全钒液流储能系统布置图

（4）钠硫电池

钠硫电池正负极活性物质分别是硫和熔融态金属钠，固体氧化铝陶瓷同时起电解质和隑膜的作用。

放电时，金属钠在隑膜表面被氧化为钠离子，并通过电解质与正极的硫结合，还原为多硫化钠化合物，同时电子通过外电路回到正极，充电过程与之相反。

钠硫电池的主要特点为：

比能量大，理论能量密度可以达到750Wh/kg，实际200Wh/kg左右，可实现结构紧凑、占地面积小；

寿命相对较长，NGK宣称的放电深度90%时的循环次数可达4500次，寿命可达15年；

集装箱型设计，即插即用，减少安装周期和费用。

但是钠硫电池也存在不足：

电池短路时高温、熔融态的钠和硫会直接接触，放出大量的热，可能引起火灾、甚至爆炸，目前在钠硫电池市场占据垄断地位的日本NGK公司已先后发生过两次钠硫电池储能系统的火灾亊敀；

钠硫电池的工作温度在300℃～350℃之间，需要附加供热设备和保温设施。

图表7钠硫电