電化學儲能系統產業現狀及發展分析

申屠驍

（浙江浙能能源服務有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

構建新型電力系統是實現碳中和的基本路徑，儲能是構建新型電力系統不可或缺的關鍵環節。構建新型電力系統需從“源網荷”轉向“源網荷儲”，新型儲能是能源結構轉型的關鍵環節和重要推手，加快新型儲能產業的發展對構建清潔穩定的能源供給體系和健康安全的能源消費體系至關重要。作為當前新型儲能技術發展主流，電化學儲能擁有更高的能量密度，產業鏈配套更加成熟，相較于其他儲能技術在場景應用、技術、成本、建設周期、轉換效率及選址要求上更具優勢，具有高度的靈活性，增長潛力較大。隨著電池成本的快速下降，電化學儲能營利性逐步顯現，國家及地方也出臺了多個儲能相關政策文件，推動了儲能向規?；l展。

1 電化學儲能簡介

儲能的本質是實現能量時間和空間上的移動，讓能量更加可控。按技術角度分，儲能可分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱儲能等多種路線，如圖1所示。目前，國內可投入商業化應用的儲能技術有抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、鋰電池儲能、鉛酸電池儲能、蓄熱儲能等[1]。抽水儲能和壓縮空氣儲能容量大且放電時間長，適用于大規模可再生能源并網、電網調峰等能量型應用場景；飛輪儲能擁有較高的轉換效率且能提供短時功率輸出，適用于需要快速響應的領域，如調頻等功率型應用場景；抽水儲能占據電力儲能裝機主要份額；電化學儲能是最具潛力的技術路線。電化學儲能本身性能優勢明顯，一方面，相較于壓縮空氣儲能，電化學儲能具備更優的響應速度和功率密度；另一方面，電化學儲能對地理條件限制較低，初期投資成本較低，可緩解抽水儲能等傳統儲能開發接近飽和的現狀。隨著成本不斷下降以及補償機制的實施，電化學儲能的規模將會實現兩次飛躍：一是在2022年突破10 GW，二是在2023年接近或突破20 GW[2]。

圖1 儲能技術分類

2 電化學儲能系統構成

電化學儲能是利用化學元素做儲能介質，充電與放電過程伴隨著儲能介質的化學反應，主要包括液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池等[3]。鋰離子電池儲能的裝機占比在全球和中國分別為92.0%和88.8%，是電化學儲能中的絕對主力和發展方向[4]。電化學儲能系統主要由儲能電池、電池管理系統（BMS）、儲能變流器（PCS）、能量管理系統（EMS）及其他電氣設備構成。儲能電池是儲能系統最主要的構成部分，以鋰離子電池儲能為例，儲能電池成本占總成本的60%以上，電池管理系統主要負責電池的監測、評估、保護以及均衡等，儲能變流器負責控制儲能電池組的充電和放電過程及交直流的轉換，能量管理系統負責數據采集、網絡監控和能量調度等。

3 電化學儲能產業現狀

隨著電化學儲能技術快速發展、企業多方參與、應用日趨完善，已經形成了由上游產業、中游產業、下游產業組成的應用產業鏈，具體如圖2所示。

圖2 電化學儲能系統產業鏈

從市場占有率及調研情況來看，產業現狀及主要代表企業如下：

（1）上游產業主要為高端技術制造企業，主要包括儲能電池、電池管理系統、儲能變流器、能量管理系統等。儲能電池大多由動力電池廠商利用原有動力電池生產線技術改造后生產儲能電芯，主要代表為寧德時代、比亞迪等。電池管理系統主要由專業電子控制元件制造企業進行生產，主要代表為高特電子、協能科技、科工電子等，而隨著系統成套技術的發展，電池制造企業也逐步開始采用自主研發的“BMS+PACK”模式。儲能變流系統大多由光伏逆變器廠家研發生產，也有部分系統集成廠家自主研發，主要代表為陽光電源、南瑞繼保等。能量管理系統相較于PCS、BMS等環節，在新型儲能系統中所占成本較低，價值量相對較小，一般由設備廠商或系統集成商提供。

（2）中游產業主要為儲能系統集成、運營及渠道商。儲能系統集成是指把包括電池組、儲能變流器、電池管理系統、能量管理系統和集裝箱及艙內設備進行多維集成。儲能系統集成商是儲能產業鏈的重要環節，起到承上啟下的重要作用，向上銜接儲能電池等上游設備材料生產廠家，向下按照應用側需求，選擇具備用戶適應性的儲能技術和產品，將各個單元組合起來，為戶用、工商業、發電側、電網側等各類場景打造“一站式”解決方案。儲能系統集成商主要有三種模式：一是自給自足模式，也稱全鏈發展模式，從主要部件的制造到系統集成服務，業務均有覆蓋，主要代表是寧德時代、比亞迪等；二是部分集成模式，主要由儲能電池、儲能變流器等廠商以自身產品為中心，提供綜合方案的附加服務，主要代表是陽光電源、國軒高科等；三是全集成模式，也稱專業化集成模式，依靠從外部采購部件進行系統集成，主要代表是融合元儲、海博思創、平高等。

（3）下游產業是電力系統儲能應用需求側，主要包括發電側、電網側、用戶側，終端用戶有獨立發電商、電網公司、工商業用戶、家庭用戶等。發電側儲能主要由發電集團或新能源發電企業投資建設，采用“火電+儲能”“新能源+儲能”等傳統能源和新能源搭配儲能的形式。電網側儲能主要由發電集團、電網企業等投資建設，實現負荷削峰填谷，對電網調度和穩定運行提供幫助。用戶側儲能主要由工商業用戶、家庭用戶投資建設，或采取合同能源管理模式，主要圍繞峰谷電價套利、削峰填谷、優化容量電費、備用電源、提高電能質量等需求進行盈利，主要應用場景有工業儲能、家用儲能、5G基站等。

4 電化學儲能發展分析

4.1 上游產業發展分析

電池是未來降本的核心環節。對比三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池熱穩定性強，具有更好的安全性和更長的循環壽命，雖然電池能量密度低于三元鋰電池，但儲能應用場景相對固定，尺寸和重量設計相對靈活，因此能量密度不是儲能系統設備選型的優先考量因素。綜合考慮兩種技術路線的優勢和劣勢，磷酸鐵鋰電池更加貼合儲能場景的應用需求，預計在未來三年為儲能的主流技術路線。另外，鈉離子電池在成本、環境友好性、安全性方面較鋰電池都有一定優勢，但能量密度和循環次數與磷酸鐵鋰電池仍存在一定差距，鈉離子電池材料成本較磷酸鐵鋰可下降30%，在規?；当竞螅瑩碛休^大產業化潛力。

4.2 中游產業發展分析

儲能系統集成商重要性不斷提高，系統安全性設計至關重要。儲能系統集成需要按照用戶需求，根據運行場景和場站需求，基于自身對各種類型設備性能的充分了解，從而完成電池組、電池管理系統、儲能變流器等設備選型及系統控制策略的設計，最大化釋放系統性能。從國外儲能發展來看，儲能應用場景豐富，定制化系統集成服務能契合多樣的場景需求，專業的第三方系統集成是今后發展的大勢所趨。另外，由于鋰離子電池的安全事故誘發機制，亟需發展鋰離子電池火災防控技術及產品，滿足儲能行業安全需求。許多儲能系統集成商已經意識到儲能系統安全性設計的重要性，模塊化分倉全液冷方式、全氟己酮消防系統等新技術已經運用于商業項目，如何實現儲能系統的本質安全，是今后系統集成商需要重點關注的內容。

4.3 下游產業發展分析

發電側儲能主要目的在于消納棄風棄光，平滑發電輸出。以光伏配置儲能為例，在目前儲能系統集成平均成本下，光伏+儲能系統的項目收益率IRR低于原有光伏不配置儲能的水平，但從長遠來看，隨著儲能系統成本不斷降低，發電側輔助服務和共享儲能機制的完善，光伏+儲能+調峰/調峰模式的項目收益率IRR已顯著提高，發電側儲能收益有望進入自發性快速增長階段。

電網側儲能作為電網中優質的有功/無功調節電源，它的主要功能是有效提高電網安全運行水平，實現電能在時間和空間上的負荷匹配，增強可再生能源消納能力，在電網系統備用、緩解高峰負荷供電壓力和調峰調頻方面意義重大[5]。調峰目前在我國的經濟性一般，已有多個省份將電儲能納入交易體系，儲能調峰補償價格普遍在0.4～0.6元/（kW·h），在部分地區具備盈利空間。調頻目前在部分省市已具備較好的經濟性，但是由于調頻輔助服務市場存在“先建設收益高，后建設收益迅速降低”的特點，率先建設的儲能調頻項目會獲取較高的收益。

用戶側儲能是最具潛力的應用場景，相對發電側和電網側儲能項目，用戶側儲能具有更廣闊的市場。根據測算，按照每日2充2放的充放電策略，在峰谷價差超過0.7元/（kW·h），且電化學儲能循環次數超過4 500次時，電化學儲能通過峰谷套利收益足以覆蓋自身增加的成本，我國多個省區的一般工商業和大工業峰谷價差超過0.7元/（kW·h），廣東、浙江等地區的工商業峰谷價差甚至超過1元/（kW·h）。從長期來看，隨著儲能系統成本的不斷降低，電力現貨市場的推廣以及虛擬電廠等商業模式的開發，用戶側儲能有望迎來進一步的突破。

5 結語

能源結構低碳化將是中國低碳轉型的必然要求，一方面，隨著新能源及核電等不可調峰電源裝機規模的大幅度增加，調峰需求和調峰能力的缺口將越來越大；另一方面，新一輪電力體制改革配套政策的落實，電力市場化交易機制、發電和售電企業的多元化發展及需求側管理手段的革新都為儲能技術的大規模應用提供了契機。電化學儲能是構建新型電力系統不可或缺的調節資源，大力發展電化學儲能是構建新型電力系統的大勢所趨。當前，電化學儲能產業處于示范試點向規?；虡I應用的過渡階段，其規模極有可能在“十四五”期間爆發，將在調峰調頻、電力輔助服務、虛擬電廠等各方面都體現出巨大的價值。