认知小课堂-储能

储能，简单讲就是把发的电存起来，等到要用的时候再用。

而电从生产出来到，到最后使用，大概经过的流程是：

生产电（发电厂，电站）---传输电（电网公司）----使用电（用户）

而以上这三个环节里，都可以建立储能，所以储能根据应用场景就分为：发电侧储能；电网侧储能；用户侧储能。

储能产业链相对来说是比较简单的，上游是设备厂商，中游是集成厂商，下游是各种应用端，其中上游环节是需要重点研究的方向。

储能系统成本中，电池占比最高，达到了60%，其次是PCS（变流器）、EMS（能量管理系统）和BMS（电池管理系统），占比分别为20%、10%和5%

1）电池环节：行业集中度逐渐提升，未来向高安全、长寿命、低成本发展，磷酸铁锂将是主流路径，预计由动力电池龙头厂商领跑；

2）PCS环节：关注三大核心竞争力（迭代降本能力、品牌力&可融资性、渠道能力），判断未来竞争格局与光伏逆变器趋同；

3）EMS环节：需与电网进行交互，现有EMS公司主要是国网系，未来EMS核心竞争力看软件开发能力和能量优化策略设计能力；

4）BMS环节：当前技术成熟度较低、缺乏行业标准、竞争格局分散，未来储能电池BMS大概率延续动力电池BMS市场格局；

5）系统集成环节：国内系统集成商玩家众多，兼具集成能力、运维服务、当地渠道和品牌力的公司会胜出。

2. 为什么要储能？

从当前以火电为主的用电环境来看，时发时用仍旧是主流。也就是：电厂发出电---传到电网---传给用户使用掉，中间是没有储能这个环节的。少部分电网公司会用抽水蓄能的方式来调峰调频，抽峰填谷。也就是在晚上电量有多的情况下，用电(用水泵)把水电站下游的水再抽到上游发电。

随着能源体系的更新升级，双碳目标的推进，以太阳能、风能为首的可再生能源开始被广泛利用。由于风电、光伏受天气影响较大，具有很大的不稳定性，因此储能技术起到至关重要的作用。有观点认为，风光储结合很有可能成为未来新能源发展趋势。

从全球范围来看：美国2020年储能市场迸发，成为全球第三大储能市场，公共事业储能项目集中落地是2021-2024年的重要增量，同时电力供应不稳定刺激户用储能需求；欧洲2019年开启储能元年，2020年再创新高，跃居全球累计储能的最大市场，其中德英领跑，德国是全球最大户用储能市场，主要是居民电价高企及补贴政策转向家用储能所致，英国则主要是由大型储能项目部署拉动增长；韩国储能电池安全性影响，新增装机下滑，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占比提升，消纳、输配、波动等问题显现，储能的刚性需求逐渐成型，2020年全球新增电化学储能5.3GW/10.7GWh，同比增长57%，这主要就得益于中国和美国储能市场的迸发，其中我国新增1.2GW/2.3GWh，同比增长168%。

有机构认为，储能电池将成为5年20倍、10年近百倍的景气赛道。

以下为K50智库收集整理的15条储能行业研究纪要：

1、电力储能经过十几年的发展已经从实验室到商业化初期，现在逐渐从商业化初期向规模化过渡。这个阶段有几个特征，第一个，在技术发展方面，某些储能装置的性价比已经可以推广应用阶段了。十多年前电力系统需要的储能有三个要素，长寿命、低成本、高安全。现在长寿命和低成本基本上具备了。但是高安全还有最后一公里。在研发方面，我们国家几乎所有储能技术都有涉及。在应用方面，我们在电源、电网、用户侧各种应用都尝试过。在商业模式上，确实是短板，有很长时间需要探索，世界其他国家都存在同样的问题。

2、抽水蓄能仍然是主力。新型储能发展非常迅速，它的增长速度是远超过抽水蓄能的。在新型储能技术中，锂离子电池的储能技术占比是最高的，增长也是最快的。当然有和电动汽车同步发展这个得天独厚的条件。但是储能技术我们不仅仅限于锂离子电池，在应用阶段还有铅碳电池、钠硫电池和液硫电池，在示范阶段有压缩空气、钠离子电池、超级电容和纳镍电池等。实验室阶段有飞轮、超导、相变氢，还有一个非抽蓄重力储能，还有一些新型电池。储能以什么能量形式储存起来，又分成为物理储能、电磁储能、电化学储能、热储能、化学燃料储能。

3、锂离子电池技术进步最快，性价比也接近可推广应用的阶段，主要借力于电动汽车的需求的拉动，锂电池研发队伍最庞大、投入的资金也最多，效果也是最明显。锂电池的性能几乎可以覆盖电力系统所有的应用场景，或者说大部分应用场景都可以用它。不管是电源测、电网测、用户测，调峰、调频、消纳、紧急施工、备用、黑启动。但是重大短板就是在消纳时候时长不够。容量一般是四小时，无风季就无法胜任了。对于安全问题方面，韩国这么多着火，大家对锂电池有时候还真有点害怕，电动自行车的着火也时有发生，但是这个事儿全世界都在努力攻关，包括固态电池是主攻方向，还有一些集成技术、管理技术、消防技术、预警技术等让它的安全性更高，这个是有解决可能性的。

4、铅碳电池运用的广度排第二位。产业链是很完整的，很多铅酸电池厂很快就能转成能生产铅酸电池。安全性现在仍然是水系，不易燃烧、爆炸，这一点有优势，是个过渡性的技术。

5、第三个是液硫电池，安全性好，不燃烧，循环寿命比较长，功率和容量可以独立，在配置的时候，如果这个场景需要功率大，可以有意的减少一些不必要的投入。锂离子电池功率和小时数基本是定死了，这个是可以调节的。短板在于效率比较低，有很多发热和辅助电机消耗。能量密度比较低，液硫电池储能站占地比较多，价格降不下来，成本很难判定，不能用在电动汽车。但是国际上研发没有停顿，没有把它舍弃，美国甚至还作为一个主要研发方向。之所以出现这种现象，一个是他这种体系上还有可多材料可选，研发空间没有看到天花板，长时间尺度方面有超过锂离子电池的优势。

6、其他的电池都在实验室阶段，包括液态金属空气、有机电池，可能会低成本，高能量密度，有些体系还有探索空间，还处于基础研究阶段。不过有一个电池现在确实进展比较快就是钠离子电池，从实验室到示范应用就是几年的时间很快。因为它体系基本和锂电池氧化还原反应的机理相同。做锂离子电池的团队转行做钠离子电池没有太大障碍，随着锂资源的约束，碳酸锂价格的不确定性，钠离子资源不受太多约束，这一点突出的好处可能会显现出来，应该说这个是储能技术的一个重要战略。备胎从国家层面中必须有，但是因为这个产业链还不太成熟，材料体系也没有完全聚焦和定型，理论上没有锂离子电池更安全，所以它的攻关方向也和锂离子电池有点相似，要在固体啊、电解质上做文章，所以这个路可能还是有一段时间，但是有想象的空间。另外我们资源受控的话，他就可能会顶上来。

7、压缩空气，最近大容量的投产包括在江苏、山东等。不像锂离子电池那样，在我们整个电力系统各个使用需求上都能用，特点是依赖机电速度，因为他用发电机、还有压缩机等，响应速度相对来说比较慢，进入平衡状态才能充分发挥作用，时间都是分钟级的。另外它旋转键多，还有一些不可回收的损耗，所以效率相对比较低。另外降价空间有限，都是金属的件。但是它有个特别大的好处，就是利用岩穴可以做到超大规模。如果我们高比例能源需要大幅度、大规模消纳的时候，电化学电池这些就有困难了。它虽然有地理条件限制，但也不是说地理条件就找不到了，还是容易找的，所以这个技术仍然值得关注。

8、飞轮使用空间相对狭小，主要是在用户的电能质量改善和一些展台功率支持、支撑上可以起作用，能量密度确实太低了。另外旋转键要求的技术门槛很高。因为它储存的能量是靠这个飞轮的速度和质量来定义的，你要做到高能量密度要求转速非常高，上万都是起步了。质量和安全性都是矛盾的要求，质量大了转速能不能上去，转速上去以后的安全性是不是可靠，都有很高的技术门槛。另外应用空间也有限，主流的应用场景是靠不上它的。

9、超级电容相对飞轮好的多，仍然贵。问题也一样，功率密度高、能量密度偏低，控制什么的都有较高的要求。所以市场空间也有限，但是这个技术进步还是比较快。

10、另外两个技术将来还有很大潜力的。一个是热土，国际的储能发展路线图，注意到他在20、30年或者更以后这种高比例。长时间尺度的储能技术是不可或缺的，英国就特别注重热储能，因为它海上风电受季节的变化。我们国家条件不大一样，以光伏为主的话，白天、黑夜，还不至于季节性的储能。所以我们现在对他的重视程度不太高，现在主要是在太阳能热发电上，我们能源的消耗中，比如空调这种制热占的比例相当高，这些都可以用储热技术来解决问题。这个空间还是很大，但是因为电和热之间的时间特紧张，差距太大，这个应用空间似乎大家还没看到有多大市场，所以研究的人员相对较少一点，过几年以后，可能逐渐会有大有相当一批的研发人员投入到这部分研究中。另一个就是氢，可以跨季节存储，可以液体燃料和气体燃料替代，传统的气燃机、发动机都可以用，但是技术门槛、资金门槛，人们对它安全性的恐惧，都会是他发展研究过程中的壁垒。我们国家氢上一定要梳理发展的技术路线图，因为氢涉及到发、储、输、用四大环节技术，路线可能有上百种，到底我们的国情、我们基础设施的状态、我们的需求，哪几条技术路线是值得重点研究的，应该做好顶层设计，否则的话上百种精力太分散了，投资回报的效果也不好。

11、总的看各种储能中抽水蓄能仍然是主力，但是新型储能会加大发展。蓄电池是最具备推广价值的储能技术，长时间尺度也将会成为研发和应用的重点。就锂电池产业来说，存在矿产、材料、单体、pack和系统集成、应用、回收等环节，产业链很长。但是我们国家在珠三角、长三角、环京津冀三个产业圈，呈现出人才聚集、产链完整、扩产能力强的特点优势。我们原来产线装备方面是落后的，基本上高端产线都是进口日本或者韩国，现在我们逐渐都替代。这个瓶颈已经几乎不存在了，下一步可能有些部分还需要关注，就是退役电池的回收、材料的再生方面，这部分现在的关注点还是不够，投入还是比较少，将来的空间比较大，而且这个也是必须的。我们在十三五期间，国家重点研发计划盯住了锂离子电池、液流电池和梯次利用，还有压缩空气。对于前瞻性技术超电、固态、液态、金属、飞轮、海抽都做了一些布局，通过十三五的工作基本上达到。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。但是安全性仍然存在短板。十四五期间国家重点研发计划，主要盯着安全性有突破性进展，另外循环寿命要更加，回收这个部分也开始关注。

12、在储能的硬技术上几个方面，前面都是本体技术，其实有集成技术，还有安全技术、运行管理技术，这些方面我们都有上升的空间，包括集成的拓扑结构、通信架构、冷却系统、安全性的诊断、预警、阻隔、消防、运维管理的数字孪生、云管理、虚拟与聚合、多场景复用等，都有上升的空间。这方面国际上尤其以欧盟为代表的，在这方面是他的研发重点。我们在应用方面，电源侧、电网侧、用户侧都体现了不同的关注点，比如电源侧我们更关注可再生能源消纳，电网侧希望保安全上储能要发挥作用，还有调峰。用户侧我们希望和多网融合时候，他作为一个重要的buff。交通网、气网，时空尺度上进行互相转换的纽带。

13、国际上主要的热点，美国有长时间尺度储能大挑战，主要是和联邦、先进电池联盟等，这些是在锂离子电池这个产业链，他觉得被中国控制了，实际上这个大挑战是对中国的一个挑战。之前欧盟是这个技术的主要支撑，现在它是后发者，他是希望先把所有构成电池技术研发的要素都给掌握好，包括计算、设计、制备、评估这些。当然还有装置技术、机械、煤技术也要跟上。后边储能几大热点，随着30、60这个提出，我们在大规模、可再生能源消纳、弹性电网和多场景复用这三方面可能是热点。长时间尺度，现在这个定义没有准，一般来说我们说六到一千小时都可以算长时间使用，因为我们的离子电是一般都是四小时之内，现在这个技术本身是什么样说不清，除了氢和储热似乎比较明确外，其他的技术还有没有可能达到这个目标还不太清楚。这是个相对来说基础、前瞻的研究。弹性电网就是我们存在高频电磁燃烧人数、有极端天气或者网络攻击的时候，都可能造成大面积的电网崩溃，过去的思路就是我要硬扛、我要电网系统非常强才能应对，但是投入产出太大。现在的思路是说你这个过来了，可能我扛不住，但是我的恢复力、抗打击能力，我消解了、崩溃了，但是我能迅速恢复也是一种技术，就是弹性电网技术。在这些技术中，储能都会扮演重要角色。多场景复用就是现在不能说储能系统只应用一个场合，只调峰，不能调频，希望通过配置技术和管理技术让他复用。

14、现在应用的困局还是商业模式，能不能赚着钱。地位、商业模式、还有电价的约束。背后的问题就是身份、地位不确定、政策有些不延续性。另外回报机制有待确定，这是世界共性的问题。我们当然更存在一个电力体制和电动、电力市场改革在动态中。我们国家实际上从17年开始，国家层面就对储能发布了指导意见，回顾这些文件也看出当时对形势的判断还是比较准确的，是国家鼓励的一个产业。经过这么多年不停发布一些，当然也有起起伏伏，有时候因为市场上的行为，国家也出台过一些感觉负面的文件，但是总的趋势还是向上。最近文件就是发改委和能源局的，3000万千瓦的发展目标，还有容量、电价，有积极作用。也明确了新能源配置储能的痛点，后续可能还会有具体的措施。在安全上公众关注，所以国家也出了相应的文件来强调，尤其针对锂离子电池着火这些问题。再就是和可再生能源的关联等也出了文件。这些文件就是讨论这些事情，不能期望说全国有没有一个储能电价，或者说全国财务补贴的政策。因为储能的应用、技术路线差异太大，应用的环境各一，所以出全国统一很难平衡的，肯定会有人钻空子，有很多后患。国际上是怎么弄？美国联邦政府只管规则、管地位，州政府管操作具体的激励政策推广政策，逐渐带动起来。我们国家有点儿是这个方向，就是省级别根据它应用场合、电网架构、需求，定各种政策，包括经济激励或者强配，这些在美国都适用过，美国也有强配，也有税收减免，市场机制都有，是各州根据自己情况定的，我们国家可能也要走这种方向。

15、落实到投资层面，现在能看得清楚的都是具有成熟经验的赛道龙头，主要是两个方面：一是做动力电池已经非常成熟的头部厂商，二是做光伏逆变器已经非常成熟的厂商。

储能市场无疑将极大提升电池需求，这个是相对比较有确定性的，因此主要可以关注已经很成熟的相关赛道。一方面，高确定性且低成本的电池提供商，比如宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、派能科技（更偏纯储能标的）等等；另一方面，擅长电流变换管理的逆变器厂商，比如阳光电源、固德威、锦浪科技等等。

同时，储能市场也会给其他环节带来不少增量市场。一块是储能产业链中比较集中的环节，比如电池原材料企业龙蟠科技、德方纳米、富临精工等，再比如储能系统集成商永福股份、科陆电子等；另一块是储能所带来的赛道增宽，比如能想到的储能热管理企业三花智控、银轮股份等等。当然，增量市场是比较难把握的，是否需要新技术路径的支持也需要不断和产业链去验证。