我國電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈分析與展望（2022）
羅曼
（中能傳媒能源安全新戰(zhàn)略研究院）
隨著我國碳達峰、碳中和目標逐步推進落實，光伏、風電等新能源在能源結(jié)構中的占比不斷提高，電力系統(tǒng)對靈活性資源的需求愈發(fā)迫切，儲能作為提升系統(tǒng)靈活性的重要選擇，迎來了前所未有的發(fā)展機遇期。其中，電化學儲能憑借其受自然環(huán)境影響小、建設周期較短、安裝便捷、使用靈活等優(yōu)勢，受到市場普遍關注，成為未來主流的儲能技術發(fā)展方向。
電化學儲能是利用化學電池將電能儲存起來并在需要時釋放的儲能技術及措施。從技術路線看，可分為鋰離子電池、鉛蓄電池、液流電池和鈉硫電池等，以技術經(jīng)濟性較為突出的鋰離子電池為主流。從產(chǎn)業(yè)鏈看，可分為上游電池材料、中游儲能系統(tǒng)及集成、下游電力系統(tǒng)儲能應用。
圖1 電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈全景
根據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA）數(shù)據(jù)，2021年我國電化學儲能累計裝機容量為5.51吉瓦，約占我國已投運電力儲能項目裝機容量的12%，同比增長68.5%。CNESA在保守場景下預計，2021-2025年電化學儲能累計規(guī)模復合增長率為57.4%，呈高速增長態(tài)勢。
電化學儲能的高速增長，不僅得益于國家政策的大力支持，更受益于產(chǎn)業(yè)上下游從技術到設備、從國內(nèi)到海外的快速擴容。本文對我國電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的市場格局、技術趨勢等展開分析，并在此基礎上展望產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展，供參考。
一
上游環(huán)節(jié)發(fā)展分析
電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈上游的原材料主要包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜等。以電化學儲能主流技術——鋰離子電池為例，正極材料性能直接影響鋰離子電池各項性能指標，面對其他電池技術路線的興起，目前亟需加速產(chǎn)品迭代；負極材料同樣是電池性能的關鍵決定因素，新型負極材料的規(guī)模化應用仍需解決與其他鋰電材料的匹配問題；電解液是電池四大主要原材料中技術最為成熟的品種，其發(fā)展方向圍繞穩(wěn)定性和安全性進行；隔膜是四大材料中技術含量最高的組件，目前全球市場占有率突破70%。
（一）正極材料
1.市場概況
正極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，在鋰離子電池材料成本中占比達40%以上，是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中規(guī)模最大、產(chǎn)值最高的材料，其性能直接影響鋰離子電池各項性能指標。主流正極材料包括磷酸鐵鋰、三元鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等，其中，磷酸鐵鋰電池在安全性能、循環(huán)使用壽命、成本等方面優(yōu)勢明顯，因此在儲能領域應用更為廣泛。
根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）數(shù)據(jù)，2021年我國鋰離子電池正極材料市場出貨量為113萬噸，同比增長116%，市場規(guī)模達877.1億元。其中，受儲能市場出貨量快速增長影響（同比增長超110%），磷酸鐵鋰正極材料出貨量達48萬噸，同比增長258%，市場占比由24%上升至43%。業(yè)內(nèi)預計，2022年我國正極材料市場規(guī)模將突破千億大關。
數(shù)據(jù)來源：GGII
圖2 我國鋰離子電池正極材料出貨情況
2.市場格局
經(jīng)過近十年發(fā)展，我國鋰離子電池正極材料行業(yè)已形成了京津冀地區(qū)、長江中下游地區(qū)、華南地區(qū)三大產(chǎn)業(yè)基地，行業(yè)上市公司主要集中在中南、東南部地區(qū)，其中廣東、浙江兩省上市企業(yè)數(shù)量居前，二者占比之和接近50%。
業(yè)內(nèi)各企業(yè)間產(chǎn)能懸殊，產(chǎn)品布局方向不一。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)，廈門鎢業(yè)、杉杉股份、容百科技和當升科技四家企業(yè)鋰離子電池正極材料產(chǎn)量和營業(yè)收入排名均位居業(yè)內(nèi)前四位。
3.技術趨勢
目前，我國正極材料生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較多，需求旺盛，但市場布局主要集中在低端產(chǎn)品上，產(chǎn)品同質(zhì)化問題凸顯。隨著核心礦產(chǎn)原料價格飆升及實際應用中電池過熱問題頻發(fā)，國內(nèi)外研究機構和下游企業(yè)紛紛推出燃料電池、半固態(tài)電池、固態(tài)電池、金屬電池等新興技術路線，鋰離子電池正極材料不得不加速產(chǎn)品迭代。
提高能量密度仍然是未來鋰離子電池技術發(fā)展的主要方向，通過正極補鋰、摻硅和使用固液混合電解質(zhì)等改進技術，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品單體能量密度有望提升20%。
（二）負極材料
1.市場概況
負極材料把握著電池安全命脈，成本約占電池成本的20%。常見的負極材料有碳負極材料、錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、合金類負極材料和納米級負極材料，其中，碳材料因具有低電化學電勢、良好的循環(huán)性能、無毒、廉價且穩(wěn)定等優(yōu)點，是目前市場中最成熟的鋰離子電池負極材料。碳材料分為石墨與非石墨兩大類，石墨中的人造石墨因優(yōu)異的循環(huán)性能及一致性，近年來在市場中占比持續(xù)提升，2021年市場份額達84%。
2021年，在鋰離子電池市場快速增長的帶動下，鋰離子電池負極材料出貨量大幅增長至72萬噸，同比增長94.6%，市場規(guī)模達159.1億元。此外，受全球鋰離子電池市場需求增長拉動，我國負極材料出口超15萬噸，較上年增長超1倍。業(yè)內(nèi)預計，2022年我國負極材料仍將保持大幅增長態(tài)勢，出貨量將超120萬噸。
數(shù)據(jù)來源：GGII
圖3 我國鋰離子電池負極材料各產(chǎn)品出貨情況
2.市場格局
負極材料領域市場集中度高，就目前情況來看，我國負極材料企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈布局、產(chǎn)品性能、成本等方面優(yōu)勢顯著。但未來3～5年，隨著歐美國家自建材料供應體系的訴求逐漸高漲，海外負極材料產(chǎn)量也將呈現(xiàn)逐步上升態(tài)勢，更多的外資企業(yè)將參與市場競爭。
2021年，國內(nèi)負極材料市場呈現(xiàn)強者恒強局面，出貨量表現(xiàn)搶眼的為貝特瑞、璞泰來、杉杉股份、廣東凱金，四家企業(yè)年度出貨量均突破8萬噸。
3.技術趨勢
石墨類材料技術及配套工藝成熟、原料來源廣泛、價格便宜，綜合性價比具優(yōu)勢，但伴隨市場對鋰離子電池性能需求的提高，石墨類材料的劣勢也開始顯現(xiàn)。比容量成為石墨類負極材料短板，天然石墨比容量基本已達理論上限。
從負極材料技術發(fā)展趨勢來看，硅碳負極材料是未來技術方向。與石墨負極材料相比，硅碳負極材料嵌鋰能力強，理論質(zhì)量比容量高達4200毫安/克，同時具有環(huán)境友好、儲量豐富、成本較低等優(yōu)點。為了盡可能提升電池的能量密度，目前國內(nèi)眾多企業(yè)已開始加大對硅碳負極材料的研發(fā)與應用。但在鋰離子電池充放電過程中，硅的體積變化較大，導致材料粉化、內(nèi)阻增加，失去電接觸，容量衰減較快。此外，新型負極材料與其他鋰電材料存在一定的匹配問題，其規(guī)?；瘧萌匀淮嬖谝欢ㄕ系K。
（三）電解液
1.市場概況
電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證，其成本約占整個鋰離子電池成本的10%～15%。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、添加劑等原料組成。電解質(zhì)鋰鹽是電解液的核心組成部分，常見的電解質(zhì)鋰鹽有六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰等，由于性能、安全性和成本方面優(yōu)勢，六氟磷酸鋰成為市場占有率最高的鋰離子電池電解質(zhì)，約占電解液成本的44%。
研究機構EVTank數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球鋰離子電池電解液出貨量61.2萬噸，其中中國企業(yè)出貨量達50.7萬噸，同比增長88.5%，占全球電解液出貨量的82.8%。
數(shù)據(jù)來源：EVTank
圖4 我國鋰離子電池電解液出貨情況
2.市場格局
從我國主要電解液企業(yè)來看，2021年，天賜材料以出貨量超過10萬噸排名第一，新宙邦和國泰華榮電解液出貨量均超5萬噸，前十家企業(yè)的集中度達到84.3%。電解液的制造環(huán)節(jié)并不需要高投入的設備，其對應吉瓦時鋰離子電池的電解液設備投資額僅需不到500萬元，是鋰離子電池四大材料中最低的。電解液建設周期也較其他環(huán)節(jié)短，如天賜公告的10萬噸產(chǎn)能建設周期僅為一年，因此，規(guī)模不直接構成電解液環(huán)節(jié)的競爭壁壘。
2021年，由于六氟磷酸鋰、溶劑和添加劑等環(huán)節(jié)的供應緊張導致成本大幅度上漲，國內(nèi)電解液企業(yè)逐漸意識到供應鏈安全的重要性，大量電解液企業(yè)開始涉足鋰鹽、溶劑和添加劑領域，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)之間的縱向整合與相互結(jié)盟趨勢日益明顯。
3.技術趨勢
國產(chǎn)電解液經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)成為四大材料中技術最為成熟的品種。下一步，電解液發(fā)展方向?qū)@穩(wěn)定性和安全性進行。雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）具有優(yōu)于六氟磷酸鋰的物化性能，其熱穩(wěn)定性較好，溶解溫度為200攝氏度，高于六氟磷酸鋰80攝氏度的溶解溫度，成為最具潛力的新型鋰鹽。但LiFSI生產(chǎn)成本遠高于六氟磷酸鋰，目前價格近50萬元/噸，約為六氟磷酸鋰價格的五倍，因此LiFSI僅作為添加劑在部分電解液中與六氟磷酸鋰混合使用。此外，固態(tài)電解質(zhì)因能徹底解決高溫分解問題，成為未來鋰離子電池電解材料的重要發(fā)展方向。
（四）隔膜
1.市場概況
隔膜是鋰離子電池四大主要材料中技術含量最高、國產(chǎn)化最晚的組件，主要功能為隔離正負極以防止短路，同時讓電解液中的鋰離子通過，其性能決定了電池的界面結(jié)構、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等，成本約占鋰離子電池的8%。
2021年，我國鋰離子電池隔膜出貨量78億平方米，同比增長超100%，全球市場占有率突破70%。其中，受市場對電池能量密度要求提升影響，疊加產(chǎn)能持續(xù)釋放，濕法隔膜牢牢占據(jù)市場主導地位，出貨量占比上升至74%。
數(shù)據(jù)來源：GGII
圖5 我國鋰離子電池干、濕法隔膜出貨情況
2.市場格局
隔膜市場整體呈現(xiàn)“一超多強”的行業(yè)競爭格局。恩捷股份2021年鋰電隔膜產(chǎn)量超過30億平方米，濕法隔膜市場占有率超過50%，占據(jù)市場龍頭地位。第一梯隊中的中材科技及星源材質(zhì)2021年整體產(chǎn)能增長有限，但產(chǎn)能利用率均處于高位。
3.技術趨勢
隔膜制備工藝主要有干法拉伸和濕法拉伸，其中干法拉伸又分為單向拉伸和雙向拉伸。濕法拉伸主要針對低密度的聚乙烯（PE）材料，目前較多應用于三元鋰電池；干法拉伸工藝主要針對聚丙烯（PP）材料，目前主要應用于磷酸鐵鋰電池。
濕法隔膜相比干法隔膜在力學性能、透氣性能和理化性能方面均具有一定優(yōu)勢，但熱穩(wěn)定性相對較差。而可大幅提升濕法隔膜熱穩(wěn)定性的涂覆技術，是未來發(fā)展趨勢。當前的涂覆材料主要為陶瓷（氧化鋁、勃姆石），通過陶瓷涂覆隔膜提高熱穩(wěn)定性、降低高溫收縮性等，從而使隔膜性能更加優(yōu)良。
二
中游環(huán)節(jié)發(fā)展分析
電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈中游主要為儲能系統(tǒng)的集成與制造，對于一個完整的儲能系統(tǒng)，一般包括儲能電池、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)以及儲能變流器四大組成部分。儲能市場真正成熟壯大離不開儲能系統(tǒng)效率提升、循環(huán)壽命延長和系統(tǒng)成本的降低。
目前，儲能鋰離子電池電芯與模組向大電芯、高集成化方向發(fā)展；儲能變流器向大功率大容量方向發(fā)展；能量管理系統(tǒng)未來發(fā)展重點是儲能電站的智慧化運維和精細化管理；電池管理系統(tǒng)的國內(nèi)廠商已逐步具備產(chǎn)品進口替代能力；標準化設計將成為儲能系統(tǒng)集成的下一步技術方向。
（一）儲能電池
1.市場概況
儲能電池是儲能系統(tǒng)中的能量存儲單元，屬于儲能產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。作為目前市面上主流的電化學儲能技術，當前鋰離子電池儲能裝機約占電化學儲能總裝機的九成。
在一系列利好政策的推動和海外市場需求持續(xù)旺盛的拉動下，2021年我國儲能鋰離子電池市場呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，儲能型鋰離子電池產(chǎn)量32吉瓦時，同比增長146%，儲能鋰離子電池企業(yè)普遍進入訂單爆滿、產(chǎn)能不足與計劃大幅擴產(chǎn)的狀態(tài)。GGII預測，“十四五”期末我國儲能鋰離子電池出貨量將達到180吉瓦時，與2020年相比增長十倍以上，五年復合增長率將超60%。
數(shù)據(jù)來源：GGII、CNESA
圖6 我國儲能鋰離子電池出貨量和裝機增長情況
2.市場格局
從全球來看，儲能鋰離子電池市場供貨商主要集中在中日韓等國家及地區(qū)。近幾年各大企業(yè)出貨量排名此起彼伏，尚未形成穩(wěn)定的競爭格局。EVTank數(shù)據(jù)顯示，2021年全球儲能鋰離子電池總體出貨量66.3吉瓦時，同比增長132.4%。全球鋰電出貨量快速增長的驅(qū)動因素主要來自中國企業(yè)。其中，寧德時代以接近25%的市場份額排名全球第一，其次分別為比亞迪、韓國三星SDI、韓國LGES，四家企業(yè)儲能鋰離子電池出貨量合計占全球市場份額接近70%。
訂單暴增促使龍頭企業(yè)頻繁募資擴充電池產(chǎn)能，儲能電池環(huán)節(jié)整體按下擴產(chǎn)的加速鍵。然而鋰離子電池上游原材料并未完全準備好迎接下游的擴產(chǎn)，中短期內(nèi)鋰鹽等原材料仍將處于緊缺狀態(tài)。為建立自身競爭優(yōu)勢，未來一段時間龍頭企業(yè)將加大布局上游原材料和設備環(huán)節(jié)。
3.技術趨勢
從產(chǎn)品趨勢看，當前我國儲能鋰離子電池以方形磷酸鐵鋰電池為主，因大電芯電池體積能量密度相較于小電芯更具優(yōu)勢，而電池PACK端零部件使用量的減少有利于降低成本，儲能鋰離子電池電芯與模組正朝著大電芯、高集成化方向發(fā)展。鋰電生產(chǎn)企業(yè)和系統(tǒng)集成商研究從100安時電芯逐漸切換到200安時以上電芯，刀片性磷酸鐵鋰電池、CTP工藝等技術將有望從動力電池領域推廣至儲能領域。
（二）電池管理系統(tǒng)
1.市場概況
電池管理系統(tǒng)作為實時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電子部件，在儲能系統(tǒng)中發(fā)揮著保障安全、延長電池壽命、估算剩余電量等重要作用。
從2004年起，我國企業(yè)開始布局電池管理系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)制造，近幾年，國內(nèi)電池管理系統(tǒng)行業(yè)技術快速發(fā)展，應用范圍不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計，2012年我國電池管理系統(tǒng)市場需求規(guī)模僅1億～2億元，隨著新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，2021年市場需求規(guī)模已達108億元。業(yè)內(nèi)預計，2022年我國電池管理系統(tǒng)市場需求規(guī)模將超120億元。
2.市場格局
受益于國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移以及我國產(chǎn)業(yè)政策的大力支持，我國電池工業(yè)及配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，疊加下游電池市場需求高速增長，共同推動國內(nèi)電池管理系統(tǒng)廠商加大自主開發(fā)力度。目前國內(nèi)電池管理系統(tǒng)廠商已開發(fā)出不同應用領域的電池安全管理產(chǎn)品，部分產(chǎn)品參數(shù)達到了國際先進水平。相較于國外電池管理系統(tǒng)廠商，國內(nèi)企業(yè)具備應用靈活、本土化服務水平高等優(yōu)勢，近年來逐步開展產(chǎn)品進口替代。
現(xiàn)階段，我國有近百家企業(yè)進軍電池管理系統(tǒng)領域，銷售市場競爭激烈，但技術性領跑企業(yè)屈指可數(shù)。從地域分布看，我國電池管理系統(tǒng)廠商主要分布在廣東省和長三角地區(qū)。從出貨量情況看，2021年我國企業(yè)在國內(nèi)儲能電池管理系統(tǒng)市場中出貨量排名前三的廠商依次是高特電子、科工電子、協(xié)能科技；我國企業(yè)在全球儲能電池管理系統(tǒng)市場中出貨量排名前三的廠商依次是協(xié)能科技、高特電子、科工電子。
3.技術趨勢
電池系統(tǒng)熱管理是儲能安全的關鍵環(huán)節(jié)。儲能電站起火爆炸事故大多發(fā)生在充電中或充電休止過程中，這一階段電池活性較大，電芯處于過充狀態(tài)，電壓升高易形成內(nèi)短路，造成局部熱失控從而引發(fā)自燃。電化學儲能溫控系統(tǒng)冷卻包括風冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻等方式，其中風冷和液冷為當前主流方式，熱管冷卻和相變冷卻設計復雜、成本高昂，當前尚未在儲能溫控方案中實際應用。由于空氣的比熱容低、導熱系數(shù)低，風冷一般用于通信基站等功率密度較低的場景。而液冷散熱效率高、能耗較低且占地面積小，隨著儲能系統(tǒng)規(guī)模逐步增長，其綜合優(yōu)勢將進一步顯現(xiàn)。
此外，電池管理系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)的評估高度依賴電池的基礎數(shù)據(jù)采集，電池基礎數(shù)據(jù)具有采集量大、精度要求高、內(nèi)部電路復雜等特點，基礎數(shù)據(jù)采集精度的提升將會是下一步重點研究方向。例如美國凌力爾特公司推出一款LTC6813-1多節(jié)電池堆棧監(jiān)控器，可實現(xiàn)單體電壓采樣精度達到微秒級，單體電壓采樣誤差小于1.2毫伏。
（三）能量管理系統(tǒng)
1.市場概況
能量管理系統(tǒng)又稱電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)，是運用自動化、信息化等專業(yè)技術，對儲能系統(tǒng)的能源供應、存儲、輸送等環(huán)節(jié)實施動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理的系統(tǒng)，可分為電網(wǎng)層級能量管理系統(tǒng)和微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)中的能量管理系統(tǒng)主要指的是微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。
現(xiàn)階段，我國電化學儲能能量管理系統(tǒng)應用比例偏低，2021年市場規(guī)模僅為6億元。隨著能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化水平提升，能量管理系統(tǒng)應用比例將逐步加大。預計“十四五”期間，我國能量管理系統(tǒng)市場規(guī)模年均復合增長率將超過100%，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。
2.市場格局
相較于電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈中游其他子系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)成本最低，市場需求較小。以10兆瓦時的儲能系統(tǒng)項目為例，僅需一套能量管理系統(tǒng)，成本約50萬元，僅占系統(tǒng)總成本的3%左右。能量管理系統(tǒng)相對其他儲能系統(tǒng)部件市場規(guī)模較小，目前行業(yè)尚未形成龍頭企業(yè)，且由于能量管理系統(tǒng)與電網(wǎng)配合密切，廠商需要對電網(wǎng)運行特點有全面的了解，才能針對性地解決電網(wǎng)運行中的需求，因此國內(nèi)能量管理系統(tǒng)提供商主要為國網(wǎng)系公司。
3.技術趨勢
通過電源側(cè)設定儲能設施配置比例及補貼等方式可短暫刺激儲能裝機，但市場真正成熟壯大離不開儲能系統(tǒng)效率提升、循環(huán)壽命延長和系統(tǒng)成本的降低。儲能電站的智慧化運維和精細化管理是能量管理系統(tǒng)未來發(fā)展的重要方向。
儲能電站運維大致分為三個層面：一是設備監(jiān)測，采用線上監(jiān)控+線下巡檢的運維方式，通過運維系統(tǒng)對集裝箱內(nèi)安防、制冷、消防、電池組、儲能逆變器、配電柜等系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，對系統(tǒng)進行提前預判。二是數(shù)據(jù)分析，通過監(jiān)測平臺收集儲能電站運行的海量數(shù)據(jù)，對電池性能演變規(guī)律進行研究，優(yōu)化系統(tǒng)設計。三是控制策略，根據(jù)運行數(shù)據(jù)判斷是否需要對電池PACK的容量重新標定、調(diào)整原有的控制策略甚至做出硬件層面的改動等，通過控制策略進行有效協(xié)調(diào)，在最大程度跟蹤發(fā)電出力計劃的同時實現(xiàn)儲能電池的最優(yōu)運行，延長儲能電池在役壽命，實現(xiàn)儲能設備利用率最大化。
（四）儲能變流器
1.市場概況
儲能變流器是連接儲能電池系統(tǒng)和電網(wǎng)的雙向電流可控轉(zhuǎn)換裝置，作為儲能裝置和電網(wǎng)連接的關鍵器件，可在電網(wǎng)和儲能系統(tǒng)中快速、精確調(diào)節(jié)功率、電壓、頻率，提升電能質(zhì)量和傳輸效率，保障電網(wǎng)穩(wěn)定安全。
我國儲能變流器行業(yè)于2012年起步，多以建設示范項目為主，隨著示范項目的成功探索、儲能技術的成熟和儲能系統(tǒng)成本的下降、政策上的補貼引導，儲能變流器市場逐漸走向成熟。近幾年電化學儲能規(guī)模不斷增長，帶動儲能變流器市場需求攀升，市場規(guī)模持續(xù)擴大，2021年我國儲能變流器市場規(guī)模為36.7億元。
2.市場格局
由于儲能逆變器與光伏逆變器在技術原理、使用場景、上游供應商和下游客戶上都有較高的重合度，因此儲能變流器企業(yè)大多來自光伏逆變器廠商，行業(yè)競爭格局也類似。作為儲能變流器核心設備，IGBT等功率器件對電能起到整流、逆變等作用，由于其性能直接影響充放電效率，客戶對其性能和可靠性的要求高，因此過去儲能變流器企業(yè)在器件選用中往往偏好性能更優(yōu)、穩(wěn)定性更好的國外產(chǎn)品，我國IGBT市場長期被歐日廠商主導。而近兩年受疫情影響，海外芯片交付期限延長，疊加中美貿(mào)易摩擦等因素，國內(nèi)廠商的市場占有率逐步提升。
從企業(yè)區(qū)域分布集中度看，我國儲能變流器制造企業(yè)主要分布在華南、華東地區(qū)。其中，廣東省儲能變流器制造企業(yè)數(shù)量最多，占比約39%。2021年，我國企業(yè)在國內(nèi)儲能變流器市場中出貨量排名前三的廠商依次為上能電氣、科華數(shù)能、索英電氣，我國企業(yè)在全球市場中出貨量排名前三的廠商依次為陽光電源、科華數(shù)能、比亞迪。
總體而言，我國儲能變流器市場處于提質(zhì)降本、規(guī)?；l(fā)展的初期階段，現(xiàn)有競爭者數(shù)量不多，尚未出現(xiàn)行業(yè)龍頭，不同應用場景對應的變流器之間存在一定技術壁壘，短期行業(yè)競爭程度較低，但長期將面臨來自儲能行業(yè)各細分領域企業(yè)的競爭壓力。
3.技術趨勢
儲能變流器的產(chǎn)業(yè)發(fā)展受電池儲能系統(tǒng)發(fā)展需求的推動，隨著未來儲能電站容量逐漸上升，儲能變流器將由分布式儲能路線（即多臺小功率變流器匯流升壓后接入電網(wǎng)和負荷），向大功率大容量方向發(fā)展。從應用方面看，具備光儲充一體化的儲能變流器應用將逐步增多。
（五）儲能系統(tǒng)集成
1.市場概況
儲能系統(tǒng)集成，是按照用戶需求，選擇合適的儲能技術和產(chǎn)品，將儲能電池、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、儲能變流器等各個單元組合起來，為戶用、工商業(yè)、發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)等各類場景打造“一站式”解決方案，使儲能電站整體性能達到最優(yōu)。
2021年，全球新型儲能新增裝機10.2吉瓦，同比增長117%，我國新型儲能新增裝機2.4吉瓦，同比增長54%，均創(chuàng)下了歷史紀錄。儲能正進入規(guī)?；l(fā)展新時期，帶動儲能系統(tǒng)集成市場飛速發(fā)展。
數(shù)據(jù)來源：CNESA
圖7 2021年全球新型儲能新增裝機地區(qū)分布
2.市場格局
目前，國內(nèi)的儲能系統(tǒng)集成商主要分三類：第一類布局儲能全產(chǎn)業(yè)鏈，儲能系統(tǒng)的主要部件均由自己生產(chǎn)，代表廠商為陽光電源、中天科技等；第二類為專業(yè)集成企業(yè)，可針對不同應用場景提供定制化集成服務，代表廠商為多益能源；第三類依托自身產(chǎn)品，從單純的設備供應商轉(zhuǎn)型為系統(tǒng)集成商，如寧德時代等，此類儲能系統(tǒng)集成商隊伍正隨著電池企業(yè)和光伏企業(yè)的加入而日漸龐大。此外，作為儲能項目業(yè)主方的國有發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等也開始布局儲能系統(tǒng)集成領域。
2021年，國內(nèi)市場儲能系統(tǒng)出貨量排名前三的儲能系統(tǒng)集成商依次為海博思創(chuàng)、電工時代、新源智儲；海外市場儲能系統(tǒng)出貨量排名前三的儲能系統(tǒng)集成商依次為陽光電源、比亞迪、沃太能源。
3.技術趨勢
隨著風光等新能源大規(guī)模并網(wǎng)，部署大規(guī)模儲能的需求也越來越多，而大規(guī)模儲能電站快速建設與系統(tǒng)集成設計標準體系不足，造成標準不統(tǒng)一、維護不便、接入不便等一系列問題。標準化設計將成為儲能系統(tǒng)集成的下一步技術方向。
三
下游環(huán)節(jié)發(fā)展分析
電化學儲能產(chǎn)業(yè)鏈下游的應用場景主要有發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲能等。近幾年間，我國發(fā)電側(cè)電化學儲能裝機占下游應用領域總裝機的比重不斷增長，而用戶側(cè)的電化學儲能裝機占比呈現(xiàn)下降趨勢，此外，由于成本疏導等問題，電網(wǎng)對電化學儲能的熱衷度并不如抽水蓄能。隨著新能源的快速發(fā)展，儲能電站的需求規(guī)模越來越大，電化學儲能應用場景將越來越豐富。
（一）發(fā)電側(cè)
在發(fā)電側(cè)，儲能是發(fā)電廠用來促進電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的配套設施，主要應用場景包括可再生能源并網(wǎng)、電力調(diào)峰、輔助動態(tài)運行、系統(tǒng)調(diào)頻等方面。2021年以來，國家密集出臺相關政策，為發(fā)電側(cè)電化學儲能發(fā)展創(chuàng)造了充足的市場空間。
數(shù)據(jù)來源：CNESA
圖8 我國儲能市場裝機情況
數(shù)據(jù)來源：據(jù)公開資料整理
圖9 我國電化學儲能下游應用領域裝機結(jié)構
2018-2021年，我國發(fā)電側(cè)電化學儲能裝機占下游應用領域總裝機的比重不斷增長，由28.1%提升至67.3%，而用戶側(cè)的電化學儲能裝機占比呈現(xiàn)下降趨勢。據(jù)中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會統(tǒng)計，2022年上半年我國并網(wǎng)投運的電化學儲能項目為51個，新增裝機39.2萬千瓦。其中集中式新能源項目13個，新增裝機15.2萬千瓦；電源側(cè)輔助服務項目4個，新增裝機11.6萬千瓦。業(yè)內(nèi)預計，2022年全年發(fā)電側(cè)電化學儲能裝機占比將達72%。
（二）電網(wǎng)側(cè)
在電網(wǎng)側(cè)，儲能可以提高電力系統(tǒng)安全性，具體表現(xiàn)為能夠緩解電網(wǎng)阻塞，延緩輸配電設備擴容升級，還能參與系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻或是充當備用容量。
表2 儲能在電網(wǎng)側(cè)的主要用途
雖然《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出，因地制宜發(fā)展電網(wǎng)側(cè)新型儲能。在負荷密集接入、大規(guī)模新能源匯集、大容量直流饋入、調(diào)峰調(diào)頻困難和電壓支撐能力不足的關鍵電網(wǎng)節(jié)點合理布局新型儲能；在供電能力不足的偏遠地區(qū)合理布局電網(wǎng)側(cè)新型儲能或風光儲電站；在輸電走廊資源和變電站站址資源緊張地區(qū)支持電網(wǎng)側(cè)新型儲能建設。但目前，由于成本疏導等問題，電網(wǎng)對電化學儲能的熱衷度并不如抽水蓄能。2022年上半年，我國新增并網(wǎng)投運電網(wǎng)側(cè)電化學儲能項目4個，新增裝機80.3兆瓦/173.6兆瓦時。
（三）用戶側(cè)
在用戶側(cè)，儲能主要發(fā)揮削峰填谷、需求側(cè)響應、動態(tài)增容和應急備用等作用，當前主要收益模式為峰谷價差套利、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務補償、需求響應補償、基本電費節(jié)約等。
用戶側(cè)儲能曾是我國最具潛力的儲能應用場景，然而2018和2019連續(xù)兩年執(zhí)行降低一般工商業(yè)電價10%的政策，峰谷價差空間縮小，壓縮了用戶側(cè)儲能盈利空間。2020年起，用戶側(cè)儲能市場占比不斷下降。目前我國華中、華南、華東等經(jīng)濟發(fā)達、負荷集中度高的地區(qū)用戶側(cè)儲能經(jīng)濟效益較好，而部分省份峰谷價差較低，無法通過單一的峰谷套利方式實現(xiàn)用戶側(cè)儲能規(guī)?；l(fā)展。2022年上半年，我國新增并網(wǎng)投運用戶側(cè)電化學儲能項目24個，新增裝機34.7兆瓦/79.8兆瓦時，新增分布式及微網(wǎng)電化學儲能項目6個，新增裝機9兆瓦/15.5兆瓦時。
全球范圍來看，目前戶用儲能主要集中在高電價國家或地區(qū)。據(jù)IHSMarkit統(tǒng)計，2020年德國、美國、日本、澳大利亞四國戶用儲能合計占比達74.8%。2021年下半年以來多國電價暴漲和能源安全隱憂使用戶側(cè)儲能持續(xù)升溫，但是受上游碳酸鋰等原材料價格上漲影響，戶用儲能企業(yè)普遍增收不增利。
四
電化學儲能行業(yè)展望
（一）產(chǎn)業(yè)鏈核心元器件國產(chǎn)化水平不斷提升
電池管理系統(tǒng)和儲能變流器作為電化學儲能的感知和決策核心，行業(yè)核心技術壁壘相對較高。其中，電池管理系統(tǒng)中主要用到的芯片包括AFE、MCU、ADC等主要由國外企業(yè)供應，國內(nèi)發(fā)展相對滯后，需要大量專有技術經(jīng)驗積累。儲能變流器的核心在于拓撲結(jié)構和IGBT，其IGBT技術與光伏逆變器技術同源，行業(yè)內(nèi)的供應商大多為光伏逆變器廠商，國內(nèi)包括陽光電源、華為等占據(jù)一定市場份額。長遠來看，隨著“十四五”國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)迎來新變革，儲能產(chǎn)業(yè)作為萬億級的潛在藍海市場，未來在電池管理系統(tǒng)、儲能變流器等核心元器件環(huán)節(jié)將率先迎來國產(chǎn)化需求的爆發(fā)。
（二）主流技術路線出現(xiàn)迭代
現(xiàn)階段，商業(yè)化鋰離子電池已不能完全滿足能量存儲所需的性能、成本和其他要求。為適應移動式儲能和大中型儲能應用需求，電化學儲能技術正逐步從鋰離子電池拓展至更多技術路線，如固態(tài)鋰電池、鈉離子電池、鉀離子電池、鋅離子電池等領域，并有望于2025年后實現(xiàn)市場化應用。其中，鈉離子電池具備高安全性，適用于極端環(huán)境和長時儲能場景，是鋰離子電池的有益補充。
（三）安全管理標準規(guī)范進一步健全
安全是電化學儲能行業(yè)發(fā)展的底線，近年全球多起電化學儲能電站安全事故為行業(yè)發(fā)展敲響了警鐘，相關標準規(guī)范的制定、完善成為行業(yè)安全健康發(fā)展接力賽的第一棒。今年4月，《電化學儲能電站應急演練規(guī)程》《電化學儲能電站危險源辨識技術導則》《電化學儲能電站生產(chǎn)安全應急預案編制導則》三項國家標準開始征求意見；6月，住房和城鄉(xiāng)建設部就《電化學儲能電站設計標準（征求意見稿）》公開征求意見?？梢灶A見，接下來一系列標準規(guī)范的正式出臺，將為電化學儲能行業(yè)發(fā)展保駕護航。
（四）市場機制不斷完善打通盈利瓶頸
越是成熟的電力市場，儲能發(fā)展越為繁榮。去年7月，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關于進一步完善分時電價機制的通知》，要求完善峰谷電價機制，合理確定峰谷電價價差。這將引導市場充分發(fā)揮電價信號作用，推動儲能在更大空間發(fā)展。今年5月，國家發(fā)展改革委辦公廳、國家能源局綜合司印發(fā)《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運用的通知》，明確新型儲能可作為獨立儲能參與電力市場。6月，南方先行先試，在《南方區(qū)域電力并網(wǎng)運行管理實施細則》《南方區(qū)域電力輔助服務管理實施細則》及配套專項實施細則中首次明確獨立儲能電站參與電力輔助服務補償標準。市場機制的豐富完善，將推動電化學儲能在源、網(wǎng)、荷各端的潛力加速釋放，為新能源消納作出貢獻。
（五）數(shù)字技術助力電化學儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展
儲能電池管理系統(tǒng)硬件源于電動汽車系統(tǒng)，不具備本地邊緣計算能力，通訊效率較低、數(shù)據(jù)刷新較慢，與儲能變流器、能量管理系統(tǒng)等“各自為政”。隨著百兆瓦級乃至吉瓦級項目時代的到來，電化學儲能各系統(tǒng)間信息孤島難題導致的安全風險也隨之放大。數(shù)字技術的發(fā)展應用，在儲能系統(tǒng)原有子系統(tǒng)基礎上增加了協(xié)調(diào)控制功能，可以支持百萬級的數(shù)據(jù)采集，控制決策速度由秒級提升至毫秒級，還可以實現(xiàn)對運行參數(shù)和各項性能的全過程管控。
