中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從2021年開(kāi)始，疊加雙碳政策和俄烏事件，風(fēng)光裝機(jī)量持續(xù)增長(zhǎng)（有部分政策搶裝的原因），2022年上半年我國(guó)光伏新增裝機(jī)量同比增長(zhǎng)119%，各地“10-20%，2h-4h”的儲(chǔ)能配套需求逐漸剛性儲(chǔ)能需求端GWh的訂單已成為日常。從投資角度，我們觀察到的是需求快速增長(zhǎng)帶來(lái)的嚴(yán)重供需矛盾。
01需求：
儲(chǔ)能主要是用來(lái)解決新能源發(fā)電（如風(fēng)電、光伏）不穩(wěn)的問(wèn)題。這里說(shuō)的不穩(wěn)，主要是發(fā)電量受季節(jié)、天氣影響不穩(wěn)定，由此就會(huì)和社會(huì)用電量形成錯(cuò)配，此時(shí)就需要儲(chǔ)能來(lái)保障電力供應(yīng)穩(wěn)定。
全社會(huì)用電量7-9月和12月是高峰，2-4及11月是低谷。而風(fēng)電和光伏發(fā)電量3-5月及11月是高峰，兩者峰谷錯(cuò)位。
未來(lái)光伏風(fēng)電發(fā)電量占比提高的背景下，由于存在供需錯(cuò)位，在新能源發(fā)電的低谷月份，需要大量火電機(jī)組保證電量供應(yīng)。
而在新能源發(fā)電高峰，由于火電機(jī)組開(kāi)機(jī)數(shù)量大幅下降，但是新能源調(diào)節(jié)能力弱，火電機(jī)組難以滿足調(diào)頻、調(diào)峰需求，所以需要更多儲(chǔ)能設(shè)施來(lái)維持電網(wǎng)穩(wěn)定。
另一方面儲(chǔ)能可以解決西部地區(qū)棄風(fēng)棄電問(wèn)題。我國(guó)風(fēng)光電資源最豐富的地區(qū)是西部，但是用電大戶都在東部，這就有一個(gè)資源與需求逆向分布的現(xiàn)象，所以過(guò)去為了保證“西電東送”的順利成功，國(guó)家大力建設(shè)了高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，如今“送”已經(jīng)不是困擾新能源消納的主要原因，調(diào)峰能力不足才是關(guān)鍵因素，而且隨著新能源裝機(jī)量的持續(xù)增長(zhǎng)這個(gè)問(wèn)題逐步加劇。
風(fēng)電光伏越是發(fā)展，對(duì)儲(chǔ)能的需求越高：
基于《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，到2025年我國(guó)需要將非化石能源的比重提高到20%，到2030年提高到25%。
我們以2025年能源消費(fèi)總量55.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，20%的非化石能源對(duì)應(yīng)11億噸標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電量（約等于393萬(wàn)GWh發(fā)電量）。這其中水電核電約占一半，剩下一半是風(fēng)電光伏，也就是風(fēng)電光伏發(fā)電量需要達(dá)到195萬(wàn)GWh才能滿足需求。
根據(jù)國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)，2021年風(fēng)電發(fā)電量6526億千瓦時(shí)，光伏發(fā)電3259億千瓦時(shí)，合計(jì)98萬(wàn)GWh。因此，也就意味著現(xiàn)有的風(fēng)電光伏裝機(jī)量需要翻倍才能滿足25年碳達(dá)峰的要求。
可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著可再生能源發(fā)電增加，火電減少，此消彼長(zhǎng)下，我國(guó)的發(fā)電曲線將變得更加陡峭。
■ 調(diào)峰需求計(jì)算：
由上圖可知，2025-2030年灰色部分（供需錯(cuò)配的部分）面積將大幅上升（灰色面積即儲(chǔ)能調(diào)峰的需求量）。通過(guò)測(cè)算，到2025年預(yù)計(jì)調(diào)峰需求下的儲(chǔ)能需求量大約為472GWh。從投資角度，我們需要拆分不同儲(chǔ)能方式下的需求量，因此在剔除傳統(tǒng)抽水蓄能裝機(jī)量的情況下，將是更具投資機(jī)會(huì)的電化學(xué)儲(chǔ)能需求量。
以2025年為例：
? 灰色面積（調(diào)峰缺口）=472GWh
? 抽水蓄能裝機(jī)量62GW
? 電化學(xué)儲(chǔ)能充放電深度90%
? 平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)6小時(shí)
電化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)峰容量=（調(diào)峰缺口-抽水蓄能容量）/充放電深度=（472-62*6）/0.9=111GWh
■ 調(diào)頻需求計(jì)算：
目前火電機(jī)組調(diào)頻容量配比為額定功率的2.5%，新能源發(fā)電配比為5%。由此計(jì)算得到2025年和2030年的調(diào)頻儲(chǔ)能空間約30GWh和45GWh。
■ 需求總結(jié)：
到2025年和2030年，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能的調(diào)峰、調(diào)頻缺口將分別達(dá)到141GWh和731GWh，相比于2021年數(shù)據(jù)，CAGR可達(dá)48%。
02供給：
（來(lái)源：2022儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告）
目前，短時(shí)儲(chǔ)能的鋰離子電池和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的抽水蓄能方案在市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位非常明顯。根據(jù)《2022儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》的數(shù)據(jù)，在2021年中國(guó)新增儲(chǔ)能裝機(jī)結(jié)構(gòu)中，抽水蓄能占據(jù)71%的份額，而在新裝機(jī)的電化學(xué)儲(chǔ)能中，鋰離子電池占據(jù)了91%的份額。
鋰離子電池中，磷酸鐵鋰電池是最主流的儲(chǔ)能技術(shù)路線。
磷酸鐵鋰電池不光在儲(chǔ)能中是主流路線，在新能源車(chē)中也是。在近幾年新能源車(chē)和儲(chǔ)能的強(qiáng)勢(shì)合攻下，上游碳酸鋰價(jià)格已經(jīng)從2020年的4.3萬(wàn)元/噸上漲到了如今的46萬(wàn)元/噸，并維持在高位。
上游漲價(jià)讓磷酸鐵鋰電池的電芯價(jià)格已經(jīng)超過(guò)0.9元/Wh，同比漲幅超過(guò)50%，大幅抬升了下游儲(chǔ)能系統(tǒng)成本，而儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)端受制于資金成本的剛性約束，價(jià)格承受能力有限。
供需矛盾，由此凸顯。
03破局：
鋰電在近期內(nèi)看不到價(jià)格拐點(diǎn)，即使未來(lái)碳酸鋰價(jià)格回落，也很難回到前期低點(diǎn)。同時(shí)，鋰電有一個(gè)被很多人忽略的缺點(diǎn)也限制了它進(jìn)一步的大規(guī)模推廣——無(wú)法長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。
一套理想的低碳電力系統(tǒng)需要不同的時(shí)長(zhǎng)方案相互組合。
在雙碳背景下，伴隨風(fēng)電、光伏等可再生能源裝機(jī)量劇增，全球電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性加劇，這就需要長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)發(fā)揮作用，而目前的主流長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方案——抽水蓄能，由于極大的受限于地理位置因素，可發(fā)展的空間已經(jīng)不大。所以，找到一個(gè)成本可控，適合大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的方案勢(shì)在必行。
液流電池也許是一個(gè)破局的方案。
液流電池介紹
液流電池是由Thaller于1974年提出的一種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。由電堆單元、電解液、電解液存儲(chǔ)供給單元及控制單元組成。
原理是通過(guò)正負(fù)極電解液中的活性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)（電解液之間循環(huán)）來(lái)儲(chǔ)存和釋放電能。
（下圖以全釩液流電池結(jié)構(gòu)舉例）
優(yōu)點(diǎn)：
1. 電解質(zhì)存在于水溶液中，不會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象
2. 電堆和電解液分開(kāi)放置，根本上克服了傳統(tǒng)電池自放電現(xiàn)象。且增加容量和功率很簡(jiǎn)單（增加罐子和電堆就行）
3. 循環(huán)壽命非常長(zhǎng)，維護(hù)成本低，非常適合大規(guī)模儲(chǔ)能
缺點(diǎn)：
1. 能量密度相比鋰電池更低
2. 需要用泵來(lái)維持液體流動(dòng)所以能量轉(zhuǎn)化效率不高（80%）。
種類(lèi)：
根據(jù)電極活性物質(zhì)的不同，可分為全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、鉛酸液流電池等。其中全釩液流電池商業(yè)化進(jìn)展最快，鐵鉻、鋅溴還在商業(yè)化初期。
政策利好
2022年6月：國(guó)家能源局發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）征求意見(jiàn)稿》
——文件對(duì)新興的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的安全性提出了具體要求，明確將三元鋰離子電池、鈉硫電池從中大型電化學(xué)儲(chǔ)能可選方案中剔除。
2022年3月：發(fā)改委、能源局印發(fā)《"十四五”新型儲(chǔ)能新型儲(chǔ)能施發(fā)展方案》
——推動(dòng)多元化技術(shù)開(kāi)發(fā)。開(kāi)展鈉離子電\新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫（復(fù)）儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。
2021年7月：發(fā)改委、能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》
——到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬(wàn)千瓦以上
可以看到，2020年之后10MW以上的液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。尤其是國(guó)家能源局批準(zhǔn)建設(shè)的首個(gè)國(guó)家級(jí)大型化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目——大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站（全釩） 的建設(shè)規(guī)模達(dá)到了200MW，總投資38億元。第一期工程已建設(shè)完成，于今年5月正式接入遼寧電網(wǎng)，正式進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行階段。
目前商業(yè)化進(jìn)展最快的是全釩液流電池，其次是鐵鉻液流電池和鋅溴液流電池，本文將以全釩和鐵鉻電池作為例子來(lái)讓大家對(duì)液流電池有個(gè)更具象的認(rèn)識(shí)。
全釩電池
我國(guó)的液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目中，全釩電池占了大多數(shù)。全釩相比其他液流電池的優(yōu)勢(shì)是正負(fù)極均為釩離子，充放電是均相反應(yīng)，不涉及復(fù)雜的固態(tài)相變，所以不容易發(fā)生容量衰減。循環(huán)壽命可達(dá)2萬(wàn)次以上，維護(hù)得當(dāng)?shù)那闆r下，運(yùn)行壽命可達(dá)20年以上（電解質(zhì)的使用壽命理論上是無(wú)限的）。
釩電池目前最為人詬病的就是其高昂的初裝成本（比鋰電池高一倍），根據(jù)已有的全釩電池電站項(xiàng)目信息可以算出，項(xiàng)目總投資成本集中在3.8-6元/Wh。與之相比的鋰電池單位投資成本約2元/Wh。
但是從全生命周期角度看，全釩的成本約0.32-0.4元/Wh，成本依然低于鋰電池（鋰電池成本0.5-0.7元/Wh）。
另外，從資源可控角度看，中國(guó)釩儲(chǔ)量全球第一，且中國(guó)是釩產(chǎn)量最大的國(guó)家（68%），資源自主可控。
全釩的初裝成本能下降嗎？
上文說(shuō)到全釩的痛點(diǎn)在于初裝成本，目前釩電池成本中，電堆占35%，電解液占40%，其他器件如膜、控制器等占25%。電解液是成本大頭，而電解液成本又主要由釩構(gòu)成，所以釩的價(jià)格是影響電池成本的最大因素。未來(lái)釩電池價(jià)格能否下降，取決于釩價(jià)能否下降。
從五氧化二釩的歷史價(jià)格走勢(shì)來(lái)看，價(jià)格長(zhǎng)期維持在10.8萬(wàn)元/噸附近（僅在2017-2018年出現(xiàn)了大幅上漲的情形，主要是環(huán)保嚴(yán)查、進(jìn)口釩渣被禁止以及鋼筋指標(biāo)變化釩需求增加多重利好因素疊加導(dǎo)致）。
目前按11萬(wàn)元/噸的價(jià)格計(jì)算，全釩電池的初裝成本約3500-4500元/kwh，大幅高于鋰電池。未來(lái)釩原料成本下降空間不大，只能寄希望于產(chǎn)業(yè)鏈成熟讓整體成本下降，但即使電堆和其他部件成本下降50%，整體成本依然高于鋰電池。
鐵鉻液流電池
鐵鉻電池分別采用Fe3+/Fe2+電對(duì)和Cr3+/Cr2+電對(duì)作為正極和負(fù)極活性物質(zhì)，通常以鹽酸作為電解液。
原理：
充放電過(guò)程中，電解液通過(guò)循環(huán)泵進(jìn)入兩個(gè)半電池中，F(xiàn)e3+/Fe2+電對(duì)和Cr3+/Cr2+電對(duì)分別在電極表面進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，正極釋放電子通過(guò)外電路傳遞到負(fù)極，電池內(nèi)部通過(guò)離子在溶液內(nèi)移動(dòng)，并與離子交換膜進(jìn)行質(zhì)子交換，形成完整回路。
成本：
成本最大頭在于膜，其次是石墨氈和電解液。
鐵鉻電池相比全釩電池的優(yōu)勢(shì)：
1. 初裝成本低：目前成本約為全釩的1/2
2. 成本更低：鐵鉻相較釩來(lái)說(shuō)資源更加豐富，成本低，不會(huì)出現(xiàn)資源限制發(fā)展情況
3. 安全性更高：釩的化合物有強(qiáng)烈毒性和腐蝕性（價(jià)態(tài)越高，毒性越大），而鉻3+對(duì)人體無(wú)毒（6價(jià)有毒，但是溶液中是2+和3+鉻）
鐵鉻電池目前存在的問(wèn)題及解決方法：
目前鐵鉻電池存在的主要問(wèn)題是：
1. 鉻離子在電極上的反應(yīng)活性不高，導(dǎo)致能量密度比較低。解決的辦法是采用人造纖維石墨氈（RAN-GF）或者聚丙烯腈基石墨氈（PAN-GF)來(lái)替代碳?xì)帧煞N方式各有優(yōu)勢(shì)，具體哪種更好目前沒(méi)有定論。
2. 離子傳導(dǎo)膜太貴。從成本結(jié)構(gòu)中可以看出，鐵鉻電池中的膜占據(jù)了40%的成本。膜因?yàn)橹荒苁褂每颇焦镜腘afion系列膜所以非常的貴?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有團(tuán)隊(duì)可以低成本做出低成本的磺化聚醚醚酮膜（SPEEK)可做Nafion的替代，將顯著降低膜的成本（降低到5%）。
各類(lèi)電池的一圖對(duì)比
液流電池總結(jié)：
? 適合大型儲(chǔ)能的解決方案：基于大型儲(chǔ)能電站的特點(diǎn)，工作溫度和安全性是首要關(guān)注的方面。液流電池為水系電解質(zhì)，基本不會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象；-20-40℃的工作溫度是日常四季的溫度范圍，也正好落在液流電池的工作范圍內(nèi)。其次是循環(huán)壽命（全生命周期成本）、環(huán)保性、靈活性 ，液流電池也可以完美符合。液流電池的缺點(diǎn)在于較低的能量密度，所以更適合大規(guī)模的公用事業(yè)級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目。
? 技術(shù)路線多，投資判斷難：液流電池目前還處于商業(yè)化發(fā)展的早期，技術(shù)方向非常多，除了商業(yè)化走的比較快的全釩路線，其他流派還有鐵鉻、鋅溴、鐵硫等。
以上就是我們針對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的初步研究，從投資角度，我們看到中國(guó)整體能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型大背景下帶來(lái)的系統(tǒng)型機(jī)會(huì)，儲(chǔ)能需求量在快速擴(kuò)張；從技術(shù)創(chuàng)新角度，不同技術(shù)路線仍處于快速迭代進(jìn)程中，降低成本、提高效率成為持續(xù)追求的目標(biāo)。最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)和商業(yè)融合是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，我們欣喜地看到技術(shù)在不斷突破，有一些也已經(jīng)從商業(yè)化運(yùn)營(yíng)角度得到有效的推進(jìn)，我們也將持續(xù)關(guān)注不同技術(shù)路線的發(fā)展，持續(xù)挖掘投資機(jī)會(huì)。
