我國電化學(xué)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(gòu)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(xué)儲能憑借其受自然環(huán)境影響小、建設(shè)周期較短、安裝便捷、使用靈活等優(yōu)勢，受到市場普遍關(guān)注，成為未來主流的儲能技術(shù)發(fā)展方向。
電化學(xué)儲能是利用化學(xué)電池將電能儲存起來并在需要時釋放的儲能技術(shù)及措施。從技術(shù)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(shù)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(yīng)用。
圖1 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈全景
根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）數(shù)據(jù)，2021年我國電化學(xué)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(yù)計，2021-2025年電化學(xué)儲能累計規(guī)模復(fù)合增長率為57.4%，呈高速增長態(tài)勢。
電化學(xué)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(shù)到設(shè)備、從國內(nèi)到海外的快速擴容。本文對我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的市場格局、技術(shù)趨勢等展開分析，并在此基礎(chǔ)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(xué)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(xué)儲能主流技術(shù)——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(shù)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(guān)鍵決定因素，新型負極材料的規(guī)模化應(yīng)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(shù)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(shù)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(guān)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(lǐng)域應(yīng)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(yù)計，2022年我國正極材料市場規(guī)模將突破千億大關(guān)。
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(shù)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(yīng)用中電池過熱問題頻發(fā)，國內(nèi)外研究機構(gòu)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(shù)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(shù)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(shù)，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(xué)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(yù)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(lǐng)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(yīng)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(shù)趨勢
石墨類材料技術(shù)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(shù)發(fā)展趨勢來看，硅碳負極材料是未來技術(shù)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(yīng)用。但在鋰離子電池充放電過程中，硅的體積變化較大，導(dǎo)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)模化應(yīng)用仍然存在一定障礙。
（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(gòu)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(shè)備，其對應(yīng)吉瓦時鋰離子電池的電解液設(shè)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(shè)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(shè)周期僅為一年，因此，規(guī)模不直接構(gòu)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(yīng)緊張導(dǎo)致成本大幅度上漲，國內(nèi)電解液企業(yè)逐漸意識到供應(yīng)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(lǐng)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(shù)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(shù)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(shù)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(gòu)、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(dǎo)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(shù)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(yīng)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(yīng)用于磷酸鐵鋰電池。
濕法隔膜相比干法隔膜在力學(xué)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(shù)，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(xué)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(shè)計將成為儲能系統(tǒng)集成的下一步技術(shù)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(xué)儲能技術(shù)，當前鋰離子電池儲能裝機約占電化學(xué)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(yù)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(fù)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(shè)備環(huán)節(jié)。
3.技術(shù)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(shù)將有望從動力電池領(lǐng)域推廣至儲能領(lǐng)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(shù)快速發(fā)展，應(yīng)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(yù)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(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用靈活、本土化服務(wù)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(lǐng)域，銷售市場競爭激烈，但技術(shù)性領(lǐng)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(shù)趨勢
電池系統(tǒng)熱管理是儲能安全的關(guān)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(xué)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(shè)計復(fù)雜、成本高昂，當前尚未在儲能溫控方案中實際應(yīng)用。由于空氣的比熱容低、導(dǎo)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(chǔ)數(shù)據(jù)采集，電池基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有采集量大、精度要求高、內(nèi)部電路復(fù)雜等特點，基礎(chǔ)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(shù)，對儲能系統(tǒng)的能源供應(yīng)、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(xué)儲能能量管理系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)用比例將逐步加大。預(yù)計“十四五”期間，我國能量管理系統(tǒng)市場規(guī)模年均復(fù)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(xué)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(shù)趨勢
通過電源側(cè)設(shè)定儲能設(shè)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(shè)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(yù)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(shè)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(shè)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(guān)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(shè)示范項目為主，隨著示范項目的成功探索、儲能技術(shù)的成熟和儲能系統(tǒng)成本的下降、政策上的補貼引導(dǎo)，儲能變流器市場逐漸走向成熟。近幾年電化學(xué)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(shù)原理、使用場景、上游供應(yīng)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(shè)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(dǎo)。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(yīng)用場景對應(yīng)的變流器之間存在一定技術(shù)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(lǐng)域企業(yè)的競爭壓力。
3.技術(shù)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(yīng)用方面看，具備光儲充一體化的儲能變流器應(yīng)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(shù)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)模化發(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(yīng)用場景提供定制化集成服務(wù)，代表廠商為多益能源；第三類依托自身產(chǎn)品，從單純的設(shè)備供應(yīng)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(lǐng)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(shù)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(shè)與系統(tǒng)集成設(shè)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(shè)計將成為儲能系統(tǒng)集成的下一步技術(shù)方向。
三
下游環(huán)節(jié)發(fā)展分析
電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈下游的應(yīng)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(xué)儲能裝機占下游應(yīng)用領(lǐng)域總裝機的比重不斷增長，而用戶側(cè)的電化學(xué)儲能裝機占比呈現(xiàn)下降趨勢，此外，由于成本疏導(dǎo)等問題，電網(wǎng)對電化學(xué)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(xué)儲能應(yīng)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(shè)施，主要應(yīng)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(guān)政策，為發(fā)電側(cè)電化學(xué)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(xué)儲能下游應(yīng)用領(lǐng)域裝機結(jié)構(gòu)
2018-2021年，我國發(fā)電側(cè)電化學(xué)儲能裝機占下游應(yīng)用領(lǐng)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(xué)儲能裝機占比呈現(xiàn)下降趨勢。據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會統(tǒng)計，2022年上半年我國并網(wǎng)投運的電化學(xué)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(wù)項目4個，新增裝機11.6萬千瓦。業(yè)內(nèi)預(yù)計，2022年全年發(fā)電側(cè)電化學(xué)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(shè)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(guān)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(shè)。但目前，由于成本疏導(dǎo)等問題，電網(wǎng)對電化學(xué)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(xué)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(yīng)、動態(tài)增容和應(yīng)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(wù)補償、需求響應(yīng)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(yīng)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)模化發(fā)展。2022年上半年，我國新增并網(wǎng)投運用戶側(cè)電化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)儲能的感知和決策核心，行業(yè)核心技術(shù)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(yīng)，國內(nèi)發(fā)展相對滯后，需要大量專有技術(shù)經(jīng)驗積累。儲能變流器的核心在于拓撲結(jié)構(gòu)和IGBT，其IGBT技術(shù)與光伏逆變器技術(shù)同源，行業(yè)內(nèi)的供應(yīng)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(shù)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(yīng)移動式儲能和大中型儲能應(yīng)用需求，電化學(xué)儲能技術(shù)正逐步從鋰離子電池拓展至更多技術(shù)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(lǐng)域，并有望于2025年后實現(xiàn)市場化應(yīng)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(xué)儲能行業(yè)發(fā)展的底線，近年全球多起電化學(xué)儲能電站安全事故為行業(yè)發(fā)展敲響了警鐘，相關(guān)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(xué)儲能電站應(yīng)急演練規(guī)程》《電化學(xué)儲能電站危險源辨識技術(shù)導(dǎo)則》《電化學(xué)儲能電站生產(chǎn)安全應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》三項國家標準開始征求意見；6月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部就《電化學(xué)儲能電站設(shè)計標準（征求意見稿）》公開征求意見?？梢灶A(yù)見，接下來一系列標準規(guī)范的正式出臺，將為電化學(xué)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(guān)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(dǎo)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(guān)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(wù)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(wù)補償標準。市場機制的豐富完善，將推動電化學(xué)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(shù)助力電化學(xué)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(xué)儲能各系統(tǒng)間信息孤島難題導(dǎo)致的安全風險也隨之放大。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，在儲能系統(tǒng)原有子系統(tǒng)基礎(chǔ)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。
