中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：有個(gè)詞叫“垃圾電”，說的是風(fēng)電和光伏電。
不要被那個(gè)音響愛好者能聽得出火電/水電/風(fēng)電的段子帶歪，電不像石油或者礦石，不同產(chǎn)區(qū)和來源有著巨大的品味/品質(zhì)差異，火電/水電/風(fēng)電/核電對(duì)用戶來說并沒有影響，說風(fēng)電/光伏為“電垃圾”是因?yàn)閷?duì)電網(wǎng)不友好。
為什么？因?yàn)殡娋W(wǎng)對(duì)“穩(wěn)定”的要求很高，不穩(wěn)定的供電對(duì)頻率和電壓這兩個(gè)決定供電質(zhì)量的指標(biāo)非常不利。恰好風(fēng)電和光伏電屬于不穩(wěn)定出力的電源，這兩類電都存在波動(dòng)、間歇和隨機(jī)的特點(diǎn)。
比如大的周期方面風(fēng)電受到季節(jié)性風(fēng)力波動(dòng)影響，短的周期如每日不同時(shí)間段風(fēng)力差異也很大，通常出力高峰在凌晨左右，而正午則為低谷，因此波動(dòng)幅度最高可達(dá)80%。光伏發(fā)電日內(nèi)波動(dòng)100%，很明顯夜間光伏發(fā)電完全不出力，而白天的陰晴變化也大幅影響光伏發(fā)電的功率。
因此風(fēng)電和光伏電的發(fā)電穩(wěn)定性無法和火電相提并論，發(fā)電功率不好預(yù)測(cè)，容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。所以很多情況下不得不“棄風(fēng)棄光”，即多發(fā)出來的電只能白白的浪費(fèi)掉。我國2015年的棄光率達(dá)到了12%，故風(fēng)電和光伏電的消納問題很嚴(yán)重。
因此，為了降低浪費(fèi)，提高發(fā)電的穩(wěn)定性和效率，配套儲(chǔ)能技術(shù)就非常必要。
1. 儲(chǔ)能方式與優(yōu)劣
電能不像看得見摸得著的實(shí)物那樣相對(duì)方便儲(chǔ)存，因此只能往能量轉(zhuǎn)化的方向考慮，比如機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能等，但每種儲(chǔ)能都有自己的優(yōu)勢(shì)和局限。
機(jī)械儲(chǔ)能包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。抽水儲(chǔ)能好理解，就是多余的電量驅(qū)動(dòng)水泵，把低處的水抽到高出，需要時(shí)再放水發(fā)電，等于把電能轉(zhuǎn)換為水的動(dòng)能與勢(shì)能，相當(dāng)于一個(gè)可逆過程的水電站。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、可規(guī)?；瘧?yīng)用，但缺點(diǎn)是對(duì)地理?xiàng)l件有要求，且轉(zhuǎn)換過程慢。壓縮空氣和飛輪儲(chǔ)能分別是利用壓縮空氣和高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，但是前者轉(zhuǎn)換效率較低（僅率高于70%），而后者成本高、噪音大。
電磁儲(chǔ)能包括超級(jí)電容、超導(dǎo)磁體環(huán)流儲(chǔ)能等，無需化學(xué)反應(yīng)，效率可超過90%甚至達(dá)到95%，響應(yīng)快，比功率高，但是成本十分高且難以維護(hù)，尤其是超級(jí)電容還不可用于交流電。這些不利因素限制了電磁儲(chǔ)能的規(guī)模。
化學(xué)儲(chǔ)能包括電解水制氫和合成天然氣等，但是工藝和儲(chǔ)運(yùn)要求高。
電化學(xué)儲(chǔ)能即電池儲(chǔ)能。按電池分類，可分為鋰離子電池、鉛酸電池及鈉硫電池、液流電池等。比較成熟的和具有規(guī)模的是鋰離子電池和鉛酸電池，鋰離子電池比能量高、循環(huán)壽命長但成本相對(duì)高、安全要求高，鉛蓄電池成本低、技術(shù)成熟，但是污染嚴(yán)重、壽命短。鈉硫電池、液流電池等性能低于鋰離子電池，優(yōu)點(diǎn)是不需要鋰這樣的珍貴資源，但是有對(duì)溫度敏感等問題，因此應(yīng)用規(guī)模非常小。
整體來看，截至2020年底，全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模191.1GW，其中抽水儲(chǔ)能172.5GW，占比高達(dá)90.3%；電化學(xué)儲(chǔ)能14.2GW，占比7.5%。國內(nèi)狀況與之類似，總儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模35.6GW，抽水和電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模分別為31.8GW和3.3GW。因此，目前抽水儲(chǔ)能仍是最成熟、占比最高、應(yīng)用最多的儲(chǔ)能方式。
2. 電儲(chǔ)能的風(fēng)吹向哪
但從增速上看，電化學(xué)儲(chǔ)能的增速驚人的高。全球儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模在近五年呈穩(wěn)定小幅增長態(tài)勢(shì)，增速在2%-4%之間。但電化學(xué)儲(chǔ)能的增速均在40%以上，由2015年的1.27GW迅速增至14.2GW（2020年），國內(nèi)由2015年的不足0.16GW迅速增至3.3GW，年復(fù)合增長率高達(dá)81.8%。國內(nèi)2020年新增儲(chǔ)能投運(yùn)設(shè)施中，電化學(xué)儲(chǔ)能占了近一半的份額。顯然，電化學(xué)儲(chǔ)能的風(fēng)吹得正勁。
風(fēng)口中，寧德時(shí)代2020年實(shí)現(xiàn)19.43億元的儲(chǔ)能系統(tǒng)-銷售收入，今年上半年寧德時(shí)代儲(chǔ)能系統(tǒng)業(yè)務(wù)拿到了營收46.93億元的漂亮成績。驚人的增速令我們好奇，電儲(chǔ)能的風(fēng)具體吹到了哪里？
這就要從電儲(chǔ)能的具體應(yīng)用場景說起。按電的上下游環(huán)節(jié)分，電化學(xué)儲(chǔ)能可應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。相對(duì)應(yīng)的，“環(huán)保/限碳”的大環(huán)境、電網(wǎng)儲(chǔ)能的利好政策及5G基站建設(shè)和私人用戶的增長都是電儲(chǔ)能的大風(fēng)口。
（1）發(fā)電側(cè)
即便我們都知道瑞典環(huán)保少女的表演拙劣，但環(huán)保、限碳無可阻擋的成為當(dāng)下以及未來的主題，不論是G20峰會(huì)對(duì)碳排放的“吵”，還是中美格拉斯哥氣候行動(dòng)宣言的“和”，碳排放的限制都已經(jīng)開始對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的影響，首當(dāng)其沖的就是發(fā)電側(cè)的火電系統(tǒng)。
連鎖反應(yīng)之一就是，火電的替代品風(fēng)電和光伏的比重越來越高。我國2020年風(fēng)電和光伏累計(jì)裝機(jī)量已經(jīng)由2015年的131/43GW增至282/252GW，累計(jì)占比已經(jīng)超過20%，隨著風(fēng)電和光伏成本的持續(xù)下降，其占比依然在提升。而前文提到，風(fēng)電和光伏電的消納問題嚴(yán)重，為了減少浪費(fèi)和避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊，風(fēng)電和光伏電需要電儲(chǔ)能的配套，這樣才有利于滿足電網(wǎng)規(guī)定獲取并網(wǎng)資格。
截至2020年，我國的棄光率已經(jīng)從2015年的12%下降至2%，效果顯著。據(jù)估計(jì)，2025年我國光伏累計(jì)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到602GW，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到401GW，相應(yīng)的，儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)需求將達(dá)到54.61GWh。因此，電儲(chǔ)能在此領(lǐng)域有著巨大的市場空間。
（2）電網(wǎng)側(cè)
電網(wǎng)側(cè)電儲(chǔ)能主要起服務(wù)作用，如調(diào)峰、調(diào)壓、調(diào)頻。我國對(duì)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的推動(dòng)非常積極，國家出臺(tái)了大量政策促進(jìn)電網(wǎng)側(cè)的輔助服務(wù)，如《新能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030）》、《關(guān)于創(chuàng)新和完善促進(jìn)綠色發(fā)展價(jià)格機(jī)制的意見》等文件明確促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、峰谷電價(jià)差等方向。
我國工商業(yè)用電已實(shí)施峰谷電價(jià)制，比如北京的工商業(yè)電價(jià)差可達(dá)1.15元/kWh。電儲(chǔ)能既能削峰填谷調(diào)控電網(wǎng)用電負(fù)荷，還能利用峰谷差價(jià)獲取收益，同時(shí)提高了電網(wǎng)整體效率。
電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)原理還決定了發(fā)電小于用電會(huì)導(dǎo)致頻率上升，用電小于發(fā)電則頻率下降，但電網(wǎng)同時(shí)要求頻率穩(wěn)定，因此調(diào)頻系統(tǒng)也非常重要。目前火電廠在調(diào)頻市場占?jí)艛嗟匚?，但一方面火電廠有碳排放的壓力，另一方面火電調(diào)頻系統(tǒng)慣性大、響應(yīng)慢，越來越高比例的風(fēng)電和光伏電并網(wǎng)加劇了電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，因此，調(diào)頻系統(tǒng)也是電儲(chǔ)能的風(fēng)口。
（3）用戶側(cè)
用戶側(cè)的形式主要為分布式能源，可平滑新能源汽車充電樁、體育場等場景的用電負(fù)荷，可成為通信基站、數(shù)據(jù)中心等備用電源，私人用戶還可實(shí)現(xiàn)峰谷套利。
在我國，電儲(chǔ)能在用戶側(cè)的需求主要來自于5G基站建設(shè)。5G因?yàn)轭l譜更高，電磁波衰減大，所以相比4G基站，單個(gè)5G基站的覆蓋范圍更小，因此就需要更高的分布密度，即5G基站的數(shù)量會(huì)大幅增加，有機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)5G基站的密度是4G基站的1.5倍。工信部數(shù)據(jù)表明截止今年上半年，我國有584萬個(gè)4G基站，那么按此推算，5G基站將超過800萬個(gè)。
除了基站數(shù)量的增加，單個(gè)基站的電功率也在增加。AAU (Active Antenna Unit)讓5G基站的功率超過3kW，這大約是4G基站的三倍以上。因此，不論是4G基站的改造還是5G基站得勁建設(shè)，備用電池容量都必須增加。截至2020年底，我國已開通71.8萬個(gè)5G基站，而至2025年底，5G基站的儲(chǔ)能需求將超過60GW。
國外的5G基站建設(shè)或沒有國內(nèi)進(jìn)展迅速，但國外也有國內(nèi)沒有的市場，即家庭分布式電源市場。在我國，大家的住宅以小區(qū)公寓為主，電力系統(tǒng)主要為國家電網(wǎng)供電。而在美國、澳大利亞、新西蘭及部分歐洲國家，有院子的獨(dú)棟house很多，家庭光伏發(fā)電、儲(chǔ)能就有客觀上的可行性。
而在走高的購電成本和政策補(bǔ)貼的雙重驅(qū)動(dòng)下，家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)市場也迅速增大。比如德國家庭購電成本從2015年的29歐分/kWh上升至2019年的31歐分/kWh，安裝30kWp以上的戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)，可免收碳稅和EEG附加費(fèi)，光儲(chǔ)自發(fā)自用具備高的經(jīng)濟(jì)性。特斯拉也在前幾日宣布自家的 Powerwall 儲(chǔ)能電站全球安裝量已經(jīng)超過 25 萬套。
3. 電儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本賬
電儲(chǔ)能系統(tǒng)有電池、雙相變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）以及電柜、熱管理、建設(shè)等成本。其核心是電池，但是雙相變流器負(fù)責(zé)交流直流轉(zhuǎn)換和電池充放電過程，電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)電池的檢測(cè)、評(píng)估、保護(hù)，能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、能量調(diào)度等。
成本構(gòu)成方面，毫無疑問電池在成本最大的部分，當(dāng)下（2020年數(shù)據(jù)）約占整個(gè)系統(tǒng)的65%左右，其次分別是雙相變流器和電池管理系統(tǒng)，分別占比12%和8%。彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）的數(shù)據(jù)表明，至2030年，電儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本有望從2018年的364美元/kWh逐步下降至165美元/kWh，因此電儲(chǔ)能系統(tǒng)的盈利能力會(huì)逐步增強(qiáng)。
電儲(chǔ)能系統(tǒng)成本構(gòu)成——
電池的供應(yīng)商方面則是我們比較熟悉的巨頭們，如寧德時(shí)代、LGC、松下、SDI及比亞迪等。各家自2019至今，在規(guī)模上都大幅增長，松下較為保守，只翻了大約兩倍，LGC、SDI和比亞迪都大約是三倍，最夸張的是寧德時(shí)代，翻了30倍還多。
各家在鋰電池的技術(shù)路線上也分為兩派，寧德時(shí)代和比亞迪堅(jiān)定地走磷酸鐵鋰路線，而其余三家均在走三元鋰路線，特斯拉則從三元鋰切換成磷酸鐵鋰。這或與各家自身優(yōu)勢(shì)和對(duì)電儲(chǔ)能市場判斷及投入力度有關(guān)。
不同于新能源車的動(dòng)力電池，電儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電池的成本和安全性更為敏感。在電儲(chǔ)能系統(tǒng)中，磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命更高，運(yùn)行6000-8000次才至60% SOC，壽命大約是三元鋰的1.5倍，同時(shí)三元鋰的熱穩(wěn)定性不如磷酸鐵鋰也是不爭的事實(shí)。因此，單從技術(shù)上來看，磷酸鐵鋰確實(shí)更適合電儲(chǔ)能系統(tǒng)。
4. 電儲(chǔ)能的煩惱和隱憂
市場大環(huán)境、政策、成本及收益方面都表明電儲(chǔ)能的風(fēng)口就在當(dāng)下，除了電儲(chǔ)能這個(gè)宏觀系統(tǒng)，電池供應(yīng)商、逆變器等供應(yīng)商都廣闊天地大有所為。但這也不代表電儲(chǔ)能的發(fā)展非常成熟。事實(shí)上，很多方面問題都影響著電儲(chǔ)能的發(fā)展路徑，有業(yè)內(nèi)人員坦言電儲(chǔ)能還有很多不確定性。
第一，就是鋰的價(jià)格。雖然總的來看，隨著新能源車等規(guī)模化崛起，鋰電池的成本在下降，但隨著電儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模不斷增加，那么鋰的價(jià)格可能會(huì)存在波動(dòng)性，這對(duì)價(jià)格敏感的電儲(chǔ)能系統(tǒng)來說影響很大。
第二，鋰是金屬資源，在不同國家地區(qū)分布極度不均勻，那么鋰資源的供應(yīng)是否面臨部分國家卡脖子問題？
第三，電儲(chǔ)能系統(tǒng)不同于kW級(jí)別的汽車動(dòng)力鋰電池，如果儲(chǔ)能電池發(fā)生了事故，短時(shí)間誰來替代？
第四，電儲(chǔ)能系統(tǒng)中鋰電池的循環(huán)壽命長于電動(dòng)車的動(dòng)力電池，但是仍然面對(duì)報(bào)廢電池的處理問題。鋰電池對(duì)環(huán)境的污染如何？如何拆解和回收利用？中間成本大約多少？
第五，其他儲(chǔ)能方式是否會(huì)興起，比如不同地區(qū)之間的電力調(diào)度方式優(yōu)化后，在適當(dāng)?shù)貐^(qū)進(jìn)行抽水儲(chǔ)能是否是更低成本的方案？進(jìn)而一定程度上與電儲(chǔ)能形成競爭？
這些問題確實(shí)制約著電儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的速度和上限，諸多不確定也讓我們很難對(duì)發(fā)展過程作出比較明確的判斷。但顯而易見的是，電儲(chǔ)能的巨大成長空間就在眼前，風(fēng)口就在當(dāng)下，入局更早的或有更大的優(yōu)勢(shì)。
文｜Mon-mon
