中國儲能網訊：
引言
2021年上半年，國內新增新型儲能（含規(guī)劃、在建和運行）項目個數257個，儲能規(guī)模11.8GW，分別是前年同期的1.6倍和9倍。儲能賽道的快速爆發(fā)給了產業(yè)和投資者結構性的增長機遇，但這其中依舊有諸多疑問困擾著各方：中國究竟為什么需要儲能？儲能會不會受制于政策補貼而朝聞夕死？投資什么儲能技術合適？投資產業(yè)鏈的哪一端合適？什么樣的玩家能在萬億賽道的馬拉松長跑中一騎絕塵？
這些問題都將在《從早期投資視角看中國儲能賽道投資機遇》報告中得到解答。在報告第一篇《萬億儲能賽道爆發(fā)，早期機構入場正當時》中，我們探討了儲能的TAM測算邏輯與儲能爆發(fā)的窗口期。本文為報告第二篇，我們將繼續(xù)探討儲能產業(yè)的問題、挑戰(zhàn)與投資機遇。
儲能賽道的投資邏輯
基于對儲能賽道現有問題和挑戰(zhàn)的梳理，我們認為儲能賽道的投資機遇在以下幾點：
一、從儲能技術角度來看
在成熟的鋰電儲能板塊，其核心成本部件無論是電芯、PCS還是精密溫控、電纜、集裝箱等均是成熟的產業(yè)，而中國仍缺乏專業(yè)的儲能集成商，因而早期資本應當關注鋰電儲能集成商，并重點考察以下特質：
團隊有3-5年以上的儲能集成和運營經驗，并有至少1年以上的IRR或年穩(wěn)定運營天數的數據案例；
對儲能設備的安全問題具備硬件和軟件端的雙重抓手，即全鏈路做好電池一致性的檢測、消防系統(tǒng)的部署、電池壽命管理和AI熱失控預測算法等；
對分布式“光儲充”網絡或“源網荷儲一體化”有基于云端的一體化、智能化、平臺化的能源管理能力，長遠來看能成為覆蓋多個區(qū)域網絡的“虛擬電廠”運營商；
對梯次電池的利用有精準、高效、泛化的檢測能力，結合梯次儲能的安全運營管控能力，降低儲能系統(tǒng)的成本水平，提升用戶或投資方的收益率；
投資多元的新型儲能技術，要著重關注該技術是否在應用場景上或成本上具備鮮明特點或優(yōu)勢。
二、從儲能落地場景來看
早期投資應當重點關注用戶側儲能，因為其經濟價值最高、商業(yè)模式最豐富、市場容量最廣闊，其中的玩家可以通過標準化的產品和解決方案，享受更高的毛利和更快的周轉；且從收益模型角度看，用戶側儲能與通用型企業(yè)服務高度相似，以初始的硬件收入和長期的軟件運營為收益，且服務粘性長達10年以上（若用戶違約不支付折扣電費，可搬走集裝箱給其他用戶使用）
電網側次之，輔助服務市場具備很高的收益，同時輔助服務的復雜性和電網對儲能技術的高要求，也成為了這一細分領域的壁壘和門檻，但初創(chuàng)型企業(yè)也需要考慮電網三產公司的直接競爭；
而發(fā)電側動輒上億的大型項目，則更偏好由大型上市公司主導，才能在犧牲毛利和賬期的基礎上，提供定制化的服務；
用戶側儲能
除了國內市場外，海外市場的儲能發(fā)展也尚在早期階段，同樣是萬億市場有待挖掘；但海外儲能主要以渠道驅動為主，小型便攜儲能或家儲總體而言壁壘較低、產品同質化程度高，在本土或全球品牌形成頭部格局后，初創(chuàng)型企業(yè)較難以品牌商角色切入，不得不卷入OEM代工的價格戰(zhàn)中；總體依舊看好國內成熟的大型儲能企業(yè)，不管是上市公司還是成長期的初創(chuàng)企業(yè)，憑借多年的品牌和經驗積累，順勢滲透海外市場。
圖片
儲能面臨的問題和挑戰(zhàn)
如今的儲能市場處在萬億賽道的爆發(fā)前夜，嗅覺敏銳的各類玩家紛紛涌入市場，推動著產業(yè)的成熟和發(fā)展。但我們無法忽視的是，行業(yè)中依舊有諸多難題困擾著新入局的玩家們，而玩家水平的參差不齊、魚龍混雜也給發(fā)展中的行業(yè)帶來了一波又一波的沖擊。
但唯有能切實解決產業(yè)問題，在技術和供應鏈上建立雙重壁壘的儲能企業(yè)，才能在萬億賽道的馬拉松長跑之中成為最后的贏家。據此，我們一起來梳理一下行業(yè)中目前面臨的困擾和解決路徑。
01
安全問題
過去三年間，全球有公開記錄的電化學儲能站火災或爆炸達30多起，其中有約85%均是由三元鋰電引發(fā)，僅兩起使用的是磷酸鐵鋰電池。
30多起事故中，有2起引發(fā)爆炸：
2019年4月，美國亞利桑那州的公共服務公用事業(yè)公司（APS）發(fā)生大規(guī)模電池儲能項目（三元鋰電池）爆炸，造成8名消防隊員受傷；
2021年4月16日（后簡稱“416”事件），北京國軒福威斯光儲充技術有限公司儲能電站（磷酸鐵鋰電池）發(fā)生起火爆炸事故，造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷；
燃燒時間最久的事故：
2021年8月，特斯拉位于澳大利亞450MWh的“維多利亞大電池”儲能項目在測試階段發(fā)生火災，燃燒了四天才熄滅。
“維多利亞大電池”儲能項目發(fā)生火災
從以上兩則事故統(tǒng)計來看，我們不難得到以下幾個結論：
1）儲能的安全問題至今仍未有效解決，其嚴重的后果制約著儲能的規(guī)?；瘧门c發(fā)展；
2）鋰電池盡管容易發(fā)生熱失控和起火事件，但在管控有效的情況下不至于發(fā)生爆炸；
3）磷酸鐵鋰相比三元電池能大幅降低燃爆風險，但鋰電的化學性質注定了電池的熱失控及燃燒是不可避免的概率性事件；
也因此，不少業(yè)主和投資方對儲能一直持保留態(tài)度，或者寄希望于使用寧德、比亞迪等一線廠商電芯，就能與安全事故完全隔絕。但其實對待儲能的安全問題，既不需要過度焦慮，也不應當過分樂觀電芯的“一好百好”。
首先我們應當厘清：導致儲能系統(tǒng)發(fā)生燃爆的核心原因是什么？把控安全問題的核心環(huán)節(jié)有哪些？有效的措施和手段是否能有效地遏制住風險？
“以鋰電為主的電化學儲能，在化學性質上就不可能將鋰電的’熱失控‘或起火的情形完全消除，而’熱失控‘可由鋰離子電池本身或者外部原因觸發(fā)。一旦鋰電池使用過程中存在不穩(wěn)定因素，比如電池過充、環(huán)境高溫、外部碰撞、導線短路等，就可能誘發(fā)電池內部的熱化學反應，導致熱失控發(fā)生，繼而引發(fā)相鄰電芯的熱蔓延，形成儲能系統(tǒng)的熱失控?！敝袊瘜W與物理電源行業(yè)協會儲能應用分會產業(yè)政策研究中心副主任江衛(wèi)良說。
因此，雖然我們看到“416”事件的直接事故原因是“磷酸鐵鋰電池發(fā)生內短路故障，引發(fā)電池熱失控起火”，但鋰電池內部短路未必是電芯本身質量問題，也可能是外部的充放電操作不當、環(huán)境溫度控制不當等因素引發(fā)；而要讓鋰電池從熱失控上升到爆炸事故層面“冰凍三尺非一日之寒”，即便是三元電池，從冒煙到起火也有至少1小時的時間；而事故發(fā)生最根本的原因還是：
1）儲能集成商對儲能設備的消防預警和應急機制處理不當，以至于“事發(fā)區(qū)域多次發(fā)生電池組漏液、發(fā)熱冒煙等問題”卻不對問題進行監(jiān)督、排查和解決，系統(tǒng)繼續(xù)長期運行；
2）在安裝施工過程中缺乏電氣安全管控常識，“事發(fā)南北樓之間室外地下電纜溝兩端未進行有效分隔、封堵，未按照場所實際風險制定事故應急處置預案?！?
這也是為什么“416”事件最后的責任認定的結果與電芯廠商本身無關，而是“負責項目投資建設以及光伏、儲能、充電設施等設備采購及安裝的業(yè)主單位——福威斯油氣公司法定代表人、后勤主管、運營與維護崗員工，對事故發(fā)生負有直接責任，涉嫌重大責任事故罪，已經被豐臺區(qū)人民檢察院批準逮捕?！?
所以，當我們看待儲能安全問題的時候，不應該把問題和責任一味地推給電池，而應當全盤考慮儲能系統(tǒng)集成與運營的專業(yè)性與安全性——畢竟，論對鋰電電池的品控和管理，全世界恐怕沒有能超越特斯拉的；但是特斯拉依舊創(chuàng)造了儲能系統(tǒng)最久的燃燒紀錄，而這起燃燒事故的真正原因同樣是系統(tǒng)層面的“冷卻液泄漏造成的” 。
如果客觀地看待儲能安全問題，就會發(fā)現儲能系統(tǒng)的設計、生產、測試、安裝、運營的全鏈路把控，才是儲能安全問題的核心環(huán)節(jié)；而這一系列的核心環(huán)節(jié)，又與儲能系統(tǒng)集成商的專業(yè)“Knowhow”和長期實戰(zhàn)經驗息息相關，即廠商的壁壘和門檻。
其實，參看海外儲能市場的發(fā)展歷程，便會發(fā)現缺乏獨立的第三方系統(tǒng)集成商，是中國市場與海外市場的最大不同點。好的系統(tǒng)集成不是簡單的把PCS、電池、集裝箱等部件拿過來拼湊在一起，而是要在對各部件性能充分了解的基礎上，最大化地釋放電池的潛能，涉及到電池管理系統(tǒng)（BMS）、PCS、能源管理系統(tǒng)（EMS）、安全消防等一系列問題。這需要的是對一種系統(tǒng)性的架構思維和軟件算法運營策略。
這也是為什么，盡管上市的光伏、鋰電電芯和PCS企業(yè)在供應鏈或渠道上看，具備在光儲賽道上競爭的絕對優(yōu)勢，但在入局的實戰(zhàn)情況來看，要么審慎入局，要么項目節(jié)奏謹慎又謹慎——畢竟，沒有正兒八經地做過3-5年的儲能系統(tǒng)的生產、運行和管理，這些以電化學或者電力電子器件見長的廠商，很難說自己在老本行之外的通訊控制、軟件算法、工業(yè)設計、消防安全等方面有專注的優(yōu)勢；倒不如趁著儲能之風，穩(wěn)賺一波供應鏈的錢，也省去了在長達10+年的運營過程中憂心末端“熱失控”的煩惱。
那么，當我們知道了儲能的安全問題實則在儲能集成商這端有解之后，便不得不去思考：
具體是哪些模塊的提升、改善與管控，可以有效地預防甚至避免安全問題的發(fā)生？
1）系統(tǒng)集成過程：在儲能系統(tǒng)的硬件端，從①電池成組時的一致性、到②環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的各種傳感器和監(jiān)測設備，再到③事故發(fā)生后儲能系統(tǒng)的“本體安全”與創(chuàng)新消防手段，均能有效提升儲能系統(tǒng)的安全系數
①電池的一致性。單體電池組成電池組后，其電壓、荷電量、容量及其衰退率、內阻及其變化率、壽命、溫度影響、自放電率等參數存在一定的差別。在生產過程中，電池組的一致性主要由Module和Pack生產商控制，與電芯本身的關系相對弱一些；在后期系統(tǒng)運營過程中，電池健康度和儲能充放策略也會對一致性產生影響。
②環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。在儲能電池發(fā)生熱失控的初期，通過有效的環(huán)境監(jiān)測手段，可以盡早發(fā)現端倪，盡早介入將問題電芯移出倉外，避免事故的發(fā)生。環(huán)境監(jiān)測方式包括但不限于如環(huán)境溫度、特征氣體、煙霧、VOC和紅外熱輻射信息等。
③事后消防系統(tǒng)。熱失控一旦發(fā)生，就不得不提到一項美國UL9540A儲能系統(tǒng)熱失控蔓延的評估測試標準，2017年首次公布后經多次修正補充，被業(yè)界稱之為儲能系統(tǒng)“本體安全”的認證牌照，通過認證的儲能系統(tǒng)通俗意義講就是“抗造”。
我們知道的是鋰電池的燃燒具有以下特性：（1）燃燒劇烈、熱蔓延迅速；（2）毒性強、煙塵大、危險性大； （3）易復燃、撲救難度大 。
但是，UL9540A就要求即使電池發(fā)生了熱失控，以上問題還能“可控”。其測試手段，就是人為制造200-300°C的高溫條件，然后看電芯層面是不是熱失控，模組層面是不是熱蔓延，會不會傳導到電池柜級別，對相鄰機柜的影響等等。目前國內已有寧德、億緯鋰能、陽光電源、南都電源、派能等廠商通過了該認證。
除此之外，在消防手段上做常規(guī)稀釋隔絕氧氣或切斷燃燒鏈之上的創(chuàng)新，也能提升消防安全等級。例如，全氟己酮滅火系統(tǒng)，其中的全氟己酮作為一種惰性氣體，既能隔絕氧氣、切斷燃燒鏈，還能在不破壞電子設備的情況下瞬間降溫，帶走熱失控電芯中源源不斷散發(fā)的熱量。
2）系統(tǒng)運營過程：在儲能系統(tǒng)的軟件端，需要基于對①電池健康度SoH的實時感知，來調整②儲能的充放電深度等控制策略；更優(yōu)秀的廠商還應當在此之上，具備③AI熱失控的預測算法能力，將風險扼殺在搖籃中。
①電池健康度管理（SoH，State of Health）。電化學電池隨著充放次數的增加，勢必造成電池壽命衰減，繼而出現一致性甚至熱失控問題，而SoH則是用來表征電池老化程度的重要指標。
電池的衰減，與耦合的諸多因素相關（如下圖所示），目前普遍的方案是通過電壓、電流、溫度參數，基于SoC-OCV曲線特征來估算SoH。這類計算的成熟度較高，但在細節(jié)處理上廠商之間仍有差異，如數據采集、通訊傳輸、OCV曲線精度等，是否遵循數據的保真性、準確性和實時性。
②儲能充放電策略。在有效測定SoH的基礎上，儲能運營商可以通過合理的環(huán)境溫度控制、充放電策略調整來減緩系統(tǒng)的衰減速度。而在此之外，也有廠商提出“主動均衡”或者“被動均衡”的技術方案，但目前Pack與Pack之間的“均衡”仍需要解決高成本、低空間效率等制約商業(yè)化的問題
③電池熱失控預警。如果說通過了UL9540A的儲能系統(tǒng)是“抗造”，那么能準確做出“熱失控預警”的儲能系統(tǒng)則是通過云端的實時“體檢”來防患于未然，將熱失控的火種掐滅在了搖籃里，最大化地降低了儲能系統(tǒng)風險和可能的經濟損失。
由于電化學發(fā)生熱失控的機理極其復雜，讀者可參閱上述SoH衰減的影響因素看出，電池的外部環(huán)境、接線問題、充放方式、電池內部材料等等均有可能導致熱失控的發(fā)生。因此，當其發(fā)生機理無法通過簡單的物理描述做出預測的時候，以大數據和AI為抓手的電池熱失控預測模型成為了最有效的預測工具。
筆者通過與行業(yè)專家和頭部企業(yè)的交流，總結出了AI熱失控預測模型的幾個關鍵成功要素：
①海量、有效、優(yōu)質、可靠的數據源。此處對數據源加了4個定語，就是因為AI模型的訓練集樣本，幾乎決定了算法本身的預測準確度天花板。
海量的數據，意味著覆蓋各種形態(tài)、各種廠商、生產批次的上百萬顆電芯的數據，畢竟一個兆瓦級的儲能站上就有上萬顆電芯，還要有效對市面上各類電池做泛化；
有效的數據，意味著至少是模組級別，甚至電芯級別，在真實工況下連續(xù)3-5年以上循環(huán)充放電，否則過短或不連續(xù)的數據集很難對儲能系統(tǒng)做全生命周期的狀態(tài)預測；
優(yōu)質意味著數據集中應當包含已知發(fā)生了熱失控的電芯的在事故前后的所有數據采樣，否則對熱失控數據樣本的標注就不真實；
可靠是說，市面上大部分的數據都是通過BMS或者傳感器獲取的，那么如果探測到的數據因為傳感器品質、數量、采樣位置等，有失真情況存在，那么數據集本身的可靠性也就打了折扣。
②精耕AI算法并多年專注于電化學領域的團隊。筆者曾親歷AI四小龍的成長歷程，因此理解在神經網絡算法開源、團隊科班名師出身的情況下，如何對數據做變換處理、進而觀察出數據特征中的“Pattern”，隨后不斷迭代更新訓練集數據樣本、對算法參數做調優(yōu)、簡化模型降低算力成本等，都需要以月為單位，逐步演進和升級。因此，優(yōu)秀的算法離不開優(yōu)秀團隊長期專注的努力，而準確率/召回率的突破，有時也是算法工程師“靈感”的結晶。
③長期大規(guī)模的部署應用及若干準確預測案例。若安全相關的算法無法在真實工況中做大量投放并證明自己，這就好比“名醫(yī)”無法通過“問診治病”來展現自己水平，那這便于“江湖郎中”別無二致。因此，我們認為有效的AI熱失控算法，必須在兆瓦級的儲能系統(tǒng)上，有過若干次真實的熱失控預測案例。
做到了上述的儲能系統(tǒng)集成和運營階段的六大點，基本就實現了鋰電儲能的全流程安全管控，做到了“主動安全”（主動預測安全問題的發(fā)生，核心在于電池熱失控的預警）和“被動安全”（通過消防手段，對發(fā)生熱失控的電池做應急消防處理）的雙保險，從而全方位消除電化學儲能的隱患。
目前來看，多數有儲能經驗的廠商，在硬件端對電池組、電池柜、電池簇、高壓箱、控制柜、空調、風道等的結構設計和接線方式都大同小異，一線廠商也大多可以實現電池的簇級啟停管理，以應對潛在的電池故障風險；從海外認證的通過率情況來看，也基本能印證這一點。
但在軟件層面上的監(jiān)測和控制水平則拉開了差距，這也直接影響了除安全問題以外的年穩(wěn)定在運營天數、IRR收益情況等；而更上層的AI熱失控算法則是整個儲能領域極為稀缺的能力，畢竟無論是數據端、人才端還是案例論證上，都有很高的門檻與壁壘。
02
成本問題
1）成本更低的儲能技術。受益于電動汽車的普及，鋰電電芯廠的產能擴張，鋰電電芯成本逐步降到了0.6-0.8元/Wh的水平，鋰電儲能系統(tǒng)成本迎來了1500元/KWh的拐點。但目前的儲能系統(tǒng)大多用于調峰調頻等服務，距離在經濟效益上真正“劃得來”的大容量長時儲能還有一定距離。除了靜待鋰電成本的進一步下探，清新認為原材料價格更低、可得性更強的鈉離子電池，其電池結構形態(tài)、電芯生產線與鋰電高度相似，具備較好的產業(yè)配套基礎，因而在大規(guī)模量產后可能成為最具潛力的新型儲能電池。目前已有鈉創(chuàng)新能源、中科海納等廠商正在籌備量產產線。
2）有效利用梯次鋰電池。新能源汽車動力電池退役后，一般仍有70-80%的剩余容量，可降級用于儲能、備電等場景，實現余能最大化利用。過去發(fā)生過的梯次電池事故，實則多是無量小作坊的無序濫用導致的。
但其實，梯次利用檢測、拆解、重組利用等技術已較為成熟，工信部也已公布了~30家梯次電池利用的白名單廠商，并在2021年8月《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》，其中明確提出—— 第七條 鼓勵梯次利用企業(yè)研發(fā)生產適用于基站備電、儲能、充換電等領域的梯次產品。鼓勵采用租賃、規(guī)?；玫缺阌谔荽萎a品回收的商業(yè)模式。
數據顯示，2015-2020年，我國全年動力電池裝機量從16GWh增至63.6GWh，年復合增長率超過50%。中國汽車技術研究中心數據顯示，2020年國內累計退役的動力電池超過20萬噸（約25GWh），并將在2023年迎來大規(guī)模退役的拐點。若能有效利用梯次電池，儲能系統(tǒng)的成本可大幅下降20-30%，進一步提升全生命周期的經濟性。
在實際走訪市場的過程中，筆者發(fā)現梯次電池在兩輪低速場景的應用已經較為成熟，但是在大規(guī)模儲能中的應用仍面臨一些技術門檻和壁壘，因而“敢于”大規(guī)模梯次利用的儲能廠商市場上寥寥無幾。
這其中的門檻，一是要對梯次電池的剩余壽命和一致性檢測有精準高效的檢測手段，二是在梯次儲能電站的運營過程中，對電池的SoH管理和充放策略有了更高的要求，甚至最好能有AI熱失控算法的“雙重保險”來把控梯次儲能的安全性。
03
盈利問題
在盈利表現上面，總體而言要依靠政策的不斷放開，以及市場化交易機制的成熟。其表現形式在于，一是讓儲能有更多靈活的途徑去賺錢，如有償地參與輔助服務、隔墻售電等交易類型，二是讓儲能在現有途徑之下賺到更多的錢，如電力的市場化交易對峰谷價差的進一步擴大。
目前上述的幾類政策和價格機制都已在試點和起草過程中，相信隨著政策和機制的完善，不管是發(fā)電側、電網側還是用戶側儲能，都能展現出越來越高的經濟價值。
04
長期運營
儲能作為光伏的“好伙伴”，其在使用場景和銷售通路上都有著相似之處。但是筆者訪談了若干名光伏“老將”后，他們普遍提到了“儲能不好做”，而“不好做”最大的癥結在于——光伏是純粹的硬件設施，安裝并網后的10年間只需要簡單的運維檢修即可；但儲能是一套電力電子系統(tǒng)，安裝后如何根據業(yè)主動態(tài)變化的用電曲線、儲能電池的SoC/SoH狀態(tài)來做充放電的控制，實現收益的最大化，需要多項技術的支持；管理一套儲能不難，云平臺上同時差別化地管理成百上千套分布式光儲充系統(tǒng)，則又帶來了云端架構問題。
因此，我們期待的儲能系統(tǒng)集成商，應當不僅僅具備“硬實力”，更要能在“軟實力”上呈現出十年管理上萬套“光儲充”系統(tǒng)的一體化、智能化、平臺化的能源管理能力。
本文參考資料：
南方能源觀察，陳儀方，《儲能政策2021：從分散支持到全面管理》
