儲(chǔ)能有需求，政策需引導(dǎo)。 目前我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了多項(xiàng)文件大力支持儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展，但是限于我國(guó)目前缺乏電力交易市場(chǎng)，在現(xiàn)有的電力體制下，大部分地區(qū)居民及工商業(yè)的峰谷價(jià)差較小，無(wú)法滿足項(xiàng)目成本回收和內(nèi)部收益率的要求，儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目大多數(shù)仍然是示范項(xiàng)目，除了抽水蓄能以外，國(guó)家沒(méi)有對(duì)其余儲(chǔ)能政策進(jìn)行直接補(bǔ)貼的政策。同時(shí)由于儲(chǔ)能技術(shù)的多樣化，制定不同技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也迫在眉睫。因此，我國(guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，行業(yè)的發(fā)展需要更多落實(shí)到操作層面的政策和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前部分儲(chǔ)能技術(shù)較為成熟，同時(shí)下游用戶側(cè)有儲(chǔ)能的需求，整個(gè)產(chǎn)業(yè)具有內(nèi)生性的動(dòng)力，政策和標(biāo)準(zhǔn)的明確有助于內(nèi)在需求的釋放。
剛需推動(dòng)，成本優(yōu)先。 在現(xiàn)有的政策及技術(shù)條件下，我們認(rèn)為低成本技術(shù)將會(huì)占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，而剛需應(yīng)用場(chǎng)景為各儲(chǔ)能技術(shù)大幅降低成本帶來(lái)契機(jī)。在技術(shù)端，國(guó)內(nèi)在抽水蓄能、鉛炭電池及鋰電池這三方面技術(shù)積累最多，應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)，使用規(guī)模最大，因此是應(yīng)用首選。而在應(yīng)用場(chǎng)景端，由于政策標(biāo)準(zhǔn)及補(bǔ)貼的缺失，目前要大規(guī)模使用儲(chǔ)能，一是技術(shù)本身比較成熟，成本較低，二是應(yīng)用場(chǎng)景有剛需，同時(shí)本身有補(bǔ)貼可以覆蓋這部分成本。
新能源發(fā)電、削峰填谷及新能源汽車擁抱儲(chǔ)能。 從技術(shù)和場(chǎng)景結(jié)合的角度來(lái)看，我們認(rèn)為新能源發(fā)電側(cè)及新能源汽車是剛需應(yīng)用，在行業(yè)發(fā)展中將最先爆發(fā);其次，工商業(yè)用戶的削峰填谷可以為用戶節(jié)約電費(fèi)，降低峰值容量，在用儲(chǔ)能進(jìn)行削峰填谷后用戶可以節(jié)約電量電價(jià)和容量電價(jià)兩部分，效果顯著。此外，新能源汽車(主要是鋰電池動(dòng)力汽車)的發(fā)展則開辟了移動(dòng)式儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景，由于我國(guó)大多數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市對(duì)汽車采取搖號(hào)政策，而新能源由于有獨(dú)立的搖號(hào)體系因此對(duì)急于用車的人來(lái)說(shuō)解決了燃眉之急，同時(shí)目前新能源汽車的續(xù)航能力足以滿足個(gè)人非長(zhǎng)途旅行的駕駛需求，因此有較大的發(fā)展?jié)摿?。?duì)于汽車擁有者來(lái)說(shuō)，可以在不影響出行的情況下通過(guò)V2G將汽車作為移動(dòng)式的儲(chǔ)能單元與電網(wǎng)互動(dòng)，從而達(dá)到坐不出戶也能賺錢的目的。此外，由于我國(guó)對(duì)工商業(yè)用戶采用兩部制電價(jià)，其中基本電價(jià)只與當(dāng)月的最大需用量有關(guān)，同時(shí)工業(yè)企業(yè)的電度電價(jià)在企業(yè)成本中占據(jù)了較高的比例，因此企業(yè)對(duì)于降低電價(jià)費(fèi)用有著強(qiáng)烈的訴求。
技術(shù)適配應(yīng)用場(chǎng)景是關(guān)鍵。 儲(chǔ)能的技術(shù)即使大致分類也多達(dá)十?dāng)?shù)種，不同的技術(shù)特征不同。我們認(rèn)為沒(méi)有無(wú)用的技術(shù)，只有用錯(cuò)場(chǎng)景的技術(shù)。不同的儲(chǔ)能技術(shù)適配不同的應(yīng)用場(chǎng)景，如超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能更適宜與制氫、儲(chǔ)氫搭配，而儲(chǔ)熱更適合用于光熱發(fā)電等。每種技術(shù)的價(jià)值只有在最適配的應(yīng)用場(chǎng)景中才能達(dá)到最大化。以南都電源的鉛炭電池為例，由于鉛炭的特性使得其更適合能量型應(yīng)用，同時(shí)成熟的技術(shù)讓鉛炭電池價(jià)格具有很好的競(jìng)爭(zhēng)力，目前我們保守估算鉛炭?jī)?chǔ)能項(xiàng)目稅后IRR為5.2%，已經(jīng)具有一定的商業(yè)化價(jià)值。
儲(chǔ)能是指使能量轉(zhuǎn)化為在自然條件下比較穩(wěn)定的存在形態(tài)，再通過(guò)介質(zhì)或者設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來(lái)以備在需要時(shí)釋放的過(guò)程。根據(jù)能源形態(tài)不同，儲(chǔ)能的形式也多種多樣，如將機(jī)械能存儲(chǔ)在動(dòng)能或者勢(shì)能中，熱能儲(chǔ)存在潛熱或者顯熱中。目前大多數(shù)針對(duì)電力市場(chǎng)的儲(chǔ)能實(shí)際上是電力儲(chǔ)能(即儲(chǔ)電)。
政策大力支持，具體實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)欠缺
從國(guó)內(nèi)的政策看，自2009年《中華人民共和國(guó)可再生能源法修正案》中首次提及“儲(chǔ)能”以來(lái)，國(guó)家已出臺(tái)多個(gè)文件對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)進(jìn)行頂層規(guī)劃，然而從整體上看，單獨(dú)對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)的政策性文件數(shù)量仍然不多，除去2014年針對(duì)抽水蓄能出臺(tái)了支持政策和補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)以外，直到2016年出于解決“三北”地區(qū)可再生能源消納問(wèn)題能源局出臺(tái)了兩個(gè)通知，其主要針對(duì)的是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)范圍及應(yīng)用場(chǎng)景限制頗多。因此在2017年3月的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》(征求意見稿)中，國(guó)家對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景不再做過(guò)多的限制。
但是限于我國(guó)目前缺乏電力交易市場(chǎng)，在現(xiàn)有的電力體制下，居民及工商業(yè)的峰谷價(jià)差較小，無(wú)法滿足項(xiàng)目成本回收和內(nèi)部收益率的要求，儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目大多數(shù)仍然是示范項(xiàng)目，除了抽水蓄能以外，國(guó)家沒(méi)有對(duì)其余儲(chǔ)能政策進(jìn)行直接補(bǔ)貼的政策。同時(shí)由于儲(chǔ)能技術(shù)的多樣化，制定不同技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也迫在眉睫。因此，我國(guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，政策大多停留在“支持”層面，缺乏補(bǔ)貼、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及構(gòu)建商業(yè)模式層面等多樣化的實(shí)質(zhì)推進(jìn)。
從技術(shù)的角度看，《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》對(duì)不同的儲(chǔ)能技術(shù)在近、中、遠(yuǎn)期分別制定了不同的目標(biāo)，可以看做是對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略指導(dǎo)方向，但是文件針對(duì)的是先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)，從規(guī)劃的時(shí)間看，即使是發(fā)展進(jìn)度最快的分布式能源系統(tǒng)中的大容量?jī)?chǔ)熱/儲(chǔ)冷系統(tǒng)也要在2020年商業(yè)化推廣，而在此期間，對(duì)現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)如何進(jìn)行支持則并沒(méi)有提及。
在現(xiàn)有的政策及技術(shù)條件下，我們認(rèn)為低成本技術(shù)將會(huì)占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，而剛需應(yīng)用場(chǎng)景為各儲(chǔ)能技術(shù)大幅降低成本帶來(lái)契機(jī)。在技術(shù)端，國(guó)內(nèi)在抽水蓄能、鉛炭電池及鋰電池這三方面技術(shù)積累最多，應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)，使用規(guī)模最大，因此是應(yīng)用首選。而在應(yīng)用場(chǎng)景端，由于政策標(biāo)準(zhǔn)及補(bǔ)貼的缺失，目前要大規(guī)模使用儲(chǔ)能，一是技術(shù)本身比較成熟，成本較低，二是應(yīng)用場(chǎng)景有剛需，同時(shí)本身有補(bǔ)貼可以覆蓋這部分成本。從這個(gè)角度看，新能源發(fā)電側(cè)將是儲(chǔ)能爆發(fā)的起點(diǎn)，由于風(fēng)光出力波動(dòng)大的特性使得電網(wǎng)中新能源的比例不超過(guò)15%，而以目前風(fēng)光電站裝機(jī)量增速以及“三北”地區(qū)棄風(fēng)棄光的狀況來(lái)看，風(fēng)光配儲(chǔ)能已經(jīng)到了不得不裝的地步了。一旦通過(guò)儲(chǔ)能平滑風(fēng)光出力曲線，則電網(wǎng)無(wú)需再為發(fā)電側(cè)的波動(dòng)擔(dān)憂，新能源消納問(wèn)題也將得到緩解。此外鋰電池隨著新能源汽車數(shù)量的增加而快速發(fā)展，其成本也在快速下降，隨著新能源汽車的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，鋰電池的成本將有望持平甚至低于鉛炭電池，同時(shí)新能源汽車本身也可看作移動(dòng)式儲(chǔ)能，未來(lái)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?
儲(chǔ)能技術(shù)百花齊放：已具推廣基礎(chǔ)
從分類上看，儲(chǔ)能可以包括物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氫等多種類型，不同類型下有各種細(xì)分的儲(chǔ)能技術(shù)。從技術(shù)成熟的角度看，抽水蓄能發(fā)展了100多年，其技術(shù)最為成熟，應(yīng)用規(guī)模最大，鋰電池隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展也已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化，鉛蓄電池則是經(jīng)歷了從鉛酸到鉛炭的技術(shù)進(jìn)化，目前鉛炭電池在電化學(xué)儲(chǔ)能制造成本方面具有優(yōu)勢(shì)。不同的儲(chǔ)能技術(shù)具有不同的特點(diǎn)，如抽水蓄能裝機(jī)容量大、技術(shù)成熟可靠、適合調(diào)峰;而化學(xué)電池儲(chǔ)能技術(shù)由于響應(yīng)時(shí)間短，同時(shí)可以快速攀升到最大功率，因此很適合調(diào)頻;高溫超導(dǎo)技術(shù)需要極低的溫度，對(duì)于設(shè)備要求高，同時(shí)因?yàn)橐３謽O低的溫度，因此缺乏經(jīng)濟(jì)性，但是氫氣的儲(chǔ)存需要超低溫，將制氫和高溫超導(dǎo)技術(shù)結(jié)合就能發(fā)揮比較好的作用。因此，總體上看各種技術(shù)都有各自的應(yīng)用場(chǎng)景。
抽水蓄能—最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)
截至2016年4月，全球儲(chǔ)能總裝機(jī)容量為145.92吉瓦，其中抽水蓄能為142吉瓦，占全部裝機(jī)容量的97.16%，化學(xué)電池儲(chǔ)能只占了總裝機(jī)容量的不到1%。
抽水蓄能已經(jīng)有100年的應(yīng)用歷史了，是目前最成熟、最經(jīng)濟(jì)、使用壽命最長(zhǎng)的儲(chǔ)能模式，目前主要應(yīng)用于系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻及備用電源領(lǐng)域。
截止2016年底，全國(guó)抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)到2669萬(wàn)千瓦，占全部電源裝機(jī)容量的1.62%，而根據(jù)國(guó)務(wù)院《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，加快大型抽水蓄能電站建設(shè)，新增開工規(guī)模6000萬(wàn)千瓦，2020年在運(yùn)規(guī)模達(dá)到4000萬(wàn)千瓦。國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于促進(jìn)抽水蓄能電站健康有序發(fā)展有關(guān)問(wèn)題的意見》提出到2025年，全國(guó)抽水蓄能電站總裝機(jī)容量達(dá)到約1億千瓦，占全國(guó)電力總裝機(jī)的比重達(dá)到4%左右。
抽水蓄能的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為儲(chǔ)能容量大(百兆瓦起步)，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組及火電機(jī)組要短，充放電時(shí)間長(zhǎng)，循環(huán)壽命是所有儲(chǔ)能技術(shù)中最長(zhǎng)的，因此可以用于能量時(shí)移、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)等。
相較于其他儲(chǔ)能技術(shù)，抽水蓄能對(duì)地理位置要求高，初始投資資金大，但是由于水輪機(jī)組的使用壽命較長(zhǎng)，同時(shí)抽水蓄能的技術(shù)成熟，設(shè)備的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)簡(jiǎn)單，由于裝機(jī)容量大，因此實(shí)際度電運(yùn)維成本極低，因此抽水蓄能總的度電成本是現(xiàn)有技術(shù)中最低的。
壓縮空氣—系統(tǒng)效率有待提升
傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)壓縮機(jī)將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣單元中，在能量釋放時(shí)，將高壓氣體從儲(chǔ)氣單元釋放。隨后通入多級(jí)透平膨脹做功，完成空氣壓力能到電能的轉(zhuǎn)換。其特點(diǎn)是容量大(可達(dá)100MW以上)、充放電時(shí)間長(zhǎng)、單位建造成本和運(yùn)行成本較低、系統(tǒng)壽命長(zhǎng)等。但是由于空氣儲(chǔ)能需要和燃?xì)廨啓C(jī)電站配套使用，效率只能達(dá)到60%左右，因此大大限制了其應(yīng)用范圍，同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)(僅比火電啟動(dòng)時(shí)間要短)也限制了其應(yīng)用場(chǎng)景。如德國(guó)在1978年就建成了290MW裝機(jī)容量的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，其充氣時(shí)間為8h，放電時(shí)間為2h，將補(bǔ)燃所消耗的能量算在內(nèi)時(shí)系統(tǒng)效率只有46%。美國(guó)在1991年建成的空氣壓縮儲(chǔ)能電站裝機(jī)容量為110MW，充氣時(shí)間為41h，放電時(shí)間為26h，將補(bǔ)燃所消耗的能量算在內(nèi)時(shí)系統(tǒng)效率為54%。
飛輪儲(chǔ)能—降低成本是關(guān)鍵
飛輪儲(chǔ)能的特點(diǎn)在于充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，放電時(shí)將動(dòng)能再驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電能。根據(jù)其動(dòng)能方程E=Jω2/2可知，飛輪的動(dòng)能與其轉(zhuǎn)速有關(guān)。相較于其他技術(shù)，飛輪儲(chǔ)能的特點(diǎn)在于：幾乎無(wú)摩擦損耗、風(fēng)阻小;比功率可達(dá)8kW/kg以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù);其壽命主要取決于飛輪材料的疲勞壽命及系統(tǒng)中電子元器件的壽命，目前飛輪儲(chǔ)能的使用壽命可達(dá)15年以上;使用壽命不受充放電深度影響;運(yùn)行過(guò)程中無(wú)有害物質(zhì)產(chǎn)生;運(yùn)行過(guò)程中幾乎不需要維護(hù);工況環(huán)境適應(yīng)性好，-20℃~50℃下都能正常工作。
但是飛輪儲(chǔ)能的主要缺點(diǎn)在于其空載下的能量損失大，每小時(shí)超過(guò)2.5%。盡管飛輪儲(chǔ)能理論能量密度高達(dá)200-400Wh/kg，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，限于材料的因素，安全穩(wěn)定運(yùn)行的飛輪的儲(chǔ)能密度通常不高于100Wh/kg，此外，價(jià)格昂貴也是影響飛輪儲(chǔ)能推廣的因素之一。從技術(shù)研發(fā)的角度看，一方面將飛輪國(guó)產(chǎn)化以降低成本是大勢(shì)所趨，另一方面尋求新型飛輪材料以提升能量密度或者降低成本是飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用推廣的關(guān)鍵?？傮w上來(lái)說(shuō)，由于飛輪儲(chǔ)能屬于功率型儲(chǔ)能，其應(yīng)用場(chǎng)景在于調(diào)頻，平滑新能源輸出波動(dòng)上，同時(shí)由于其放電時(shí)間較短(屬于分秒級(jí)應(yīng)用)，目前主要應(yīng)用在UPS中。
鉛蓄電池—技術(shù)成熟，商業(yè)化應(yīng)用有先發(fā)優(yōu)勢(shì)
鉛蓄電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣的是鉛酸電池和鉛炭電池。相較而言，鉛炭電池具有傳統(tǒng)鉛酸電池的特點(diǎn)，同時(shí)大幅改善傳統(tǒng)鉛酸電池各方面的性能，鉛炭電池的優(yōu)點(diǎn)主要有充電倍率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)(是普通鉛酸電池的4~5倍)、安全性好、可再生利用率高(可達(dá)97%，遠(yuǎn)高于其他化學(xué)電池)、技術(shù)成熟、原材料資源豐富、成本較低(投資成本為1200~1600元/Wh，是普通鉛酸電池的1.5倍左右)。
但是因?yàn)殂U是有毒材料，對(duì)于廢舊鉛蓄電池需要進(jìn)行回收利用，2015年我國(guó)再生鉛產(chǎn)量約186萬(wàn)噸，在鉛總產(chǎn)量中的占比由13.8%提升至47.9%，但是與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家超過(guò)80%的再生鉛消費(fèi)比例相比，我國(guó)的鉛回收比例還有很大的提升空間。鉛炭電池的特性決定當(dāng)鉛炭電池的放電倍率過(guò)高時(shí)，其DOD無(wú)法達(dá)到100%，因此鉛炭電池更適合于能量型應(yīng)用，同時(shí)其最佳使用DOD在60%左右。此外鉛蓄電池的能量密度低，循環(huán)次數(shù)少也是其主要缺點(diǎn)。
總體來(lái)看，鉛蓄電池由于有著低成本、安全的優(yōu)勢(shì);此外，由于鉛蓄電池在通信領(lǐng)域早已用于備用電源，其技術(shù)成熟程度僅次于抽水蓄能，可以非常迅速地應(yīng)用到儲(chǔ)能場(chǎng)景中，因此在商業(yè)化應(yīng)用上有著先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
鋰離子電池—發(fā)展最快，成本優(yōu)勢(shì)漸顯
鋰離子電池指以含鋰的化合物制成的蓄電池，其充放電的過(guò)程中只有鋰離子，而沒(méi)有金屬鋰的存在。目前鋰電池根據(jù)材料不同可以分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰(負(fù))等。相較于其他化學(xué)電池，鋰電池的特點(diǎn)在于：能量密度高(如三元鋰可達(dá)200Wh/kg);循環(huán)壽命較長(zhǎng)(普遍能達(dá)到2000次以上);低自放電率(月自放電2%);能量轉(zhuǎn)化率高;無(wú)記憶效應(yīng)，可以進(jìn)行不同深度的充放電循環(huán);充放電倍率較高，可以進(jìn)行快速充放。
相比其他化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，鋰電池目前在國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從全球范圍來(lái)看，除去抽水蓄能后，鋰離子電池的項(xiàng)目數(shù)占比和裝機(jī)容量占比最大，是增長(zhǎng)幅度最快的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。但是因?yàn)槟壳俺杀具€相對(duì)較高(至少在1500元/kwh以上，根據(jù)材料不同實(shí)際價(jià)格變化范圍很大)，實(shí)際應(yīng)用中循環(huán)壽命還達(dá)不到經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用(DOD在90%以上時(shí)會(huì)影響電池壽命，因此實(shí)際使用中DOD在80%~90%)，因此使用范圍受到了一定的限制。
鋰電池最早的規(guī)?；瘧?yīng)用在IT領(lǐng)域(如手機(jī)、筆記本電池)，盡管用量大，但是單體所含能量少(Wh級(jí)別)因此技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。自電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展以來(lái)，由于鋰電池作為電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿υ矗鋕Wh級(jí)別的應(yīng)用以及頻繁大功率的充放電使得鋰電池在技術(shù)和成本上有了顯著的突破。隨著儲(chǔ)能時(shí)代的到來(lái)，鋰電池的應(yīng)用規(guī)模也將再上一個(gè)臺(tái)階，而MWh級(jí)別的應(yīng)用將促進(jìn)鋰電池成本的進(jìn)一步下降。
目前限制鋰電池的主要因素之一是鋰資源有限，目前全球大約有1300萬(wàn)噸的鋰資源，中國(guó)有大約350萬(wàn)噸，根據(jù)鋰電池技術(shù)不同，對(duì)鋰資源的需求有一定的差異，但是即使采用消耗量最少的鈷酸鋰，每輛電動(dòng)車安裝40kWh的電池計(jì)算，全中國(guó)擁有的鋰資源只能生產(chǎn)約4億輛汽車，而全世界也僅能生產(chǎn)約16億輛電動(dòng)汽車，因此鋰資源的限制要求產(chǎn)業(yè)進(jìn)行鋰回收。
此外，限制鋰電池應(yīng)用的另一個(gè)主要因素在于安全性，因此舍棄能量密度和功率密度，專注提升長(zhǎng)壽命、低成本、高安全為突出特征的儲(chǔ)能電池成為目前主要研究方向之一。具體到鋰離子電池分類中，鈦酸鋰電池是較為典型的代表，其特點(diǎn)在于壽命長(zhǎng)(普遍能達(dá)到10000次以上)、功率密度高(如美國(guó)Altairnano公司的鈦酸鋰電池功率密度達(dá)到1760W/kg，對(duì)比鉛炭電池只有500~600Wh/kg)、充放電倍率高，因此很適合功率型應(yīng)用場(chǎng)景。但是目前限制鈦酸鋰電池的最大因素在于其成本過(guò)高，普遍是磷酸鐵鋰電池的3~5倍?？傮w來(lái)看，由于鋰電池早期應(yīng)用于IT領(lǐng)域(如手機(jī))，此后隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展而迅速成熟，隨著鋰電池價(jià)格的快速下降，我們認(rèn)為在3~5年內(nèi)鋰電池即可滿足一些企業(yè)的內(nèi)部投資收益率從而進(jìn)行商業(yè)化推廣。
液流電池—全釩主導(dǎo)，安全第一
液流電池是以具有流動(dòng)性的電解質(zhì)溶液作為活性物質(zhì)的電池，活性物質(zhì)分裝在兩個(gè)儲(chǔ)液罐中，各由一個(gè)泵使溶液流經(jīng)液流電池電堆，在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。其最大的特點(diǎn)在于輸出功率和儲(chǔ)能容量相互獨(dú)立，其功率的大小取決于電堆，而容量大小取決于電解液容量。液流電池研究體系包括：多硫化鈉/溴體系、全釩體系、鋅/溴體系和鐵/鉻體系等，目前全釩液流電池是液流電池中發(fā)展最快的，技術(shù)也是最成熟的，其特點(diǎn)是循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高、充放電效率可達(dá)70%，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間在20毫秒左右，工作溫度為5℃~45℃。但是全釩液流電池的溶液有毒性、不環(huán)保、放電倍率低、能量密度低、電池制造成本相對(duì)較高(3000元/kWh以上)，目前全釩液流電池還處于項(xiàng)目示范階段，距離商業(yè)化還需一段時(shí)間。
與全釩電池相比，鐵鉻電池有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，其中陽(yáng)離子交換膜成本低是其最突出的特點(diǎn)，相比全釩電池的膜成本占電堆成本的約1/2，鐵鉻電池的膜成本只占電堆成本的10%。同時(shí)工作溫度廣，電池更穩(wěn)定。目前已有公司可以將鐵鉻電池系統(tǒng)成本降到2000元/kWh以下，有一定成本優(yōu)勢(shì)，但是由于尚未規(guī)?；瘧?yīng)用，技術(shù)有效性尚需進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。
燃料電池—高成本制約大規(guī)模商業(yè)化
燃料電池是指把燃料中的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，在燃料電池中，氫燃料電池是目前進(jìn)展最快的技術(shù)，氫能的商業(yè)化主要集中在氫燃料電池汽車上。氫燃料電池的特點(diǎn)是通過(guò)化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，中間不需要進(jìn)行燃燒，反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物是水，可以拿來(lái)繼續(xù)制氫，保證了循環(huán)使用，除了有一些氮氧化物的排放以外不會(huì)產(chǎn)生氣體如一氧化碳、二氧化碳等有害物質(zhì)，保證了對(duì)環(huán)境的友好，能量密度高，理論上限在10000~20000Wh/kg，應(yīng)用于汽車上時(shí)加氫速度快(和燃油車類似，3分鐘左右即可加滿)。但是目前氫燃料電池也存在著發(fā)電效率不高(65%左右)，反應(yīng)催化劑是鉑，其成本昂貴的問(wèn)題?？傮w上看，氫燃料電池燃燒時(shí)清潔，產(chǎn)物為水，可以循環(huán)使用，其發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、啟動(dòng)迅速、即開即停，以應(yīng)用于削峰填谷場(chǎng)景中為例，在電網(wǎng)低負(fù)荷的谷電時(shí)可以利用多余的電進(jìn)行電解水，生產(chǎn)氫和氧，在高峰時(shí)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來(lái)看，氫燃料電池是解決能源及環(huán)境問(wèn)題的最佳解決方案，因此最為被市場(chǎng)所看好。
儲(chǔ)熱
儲(chǔ)熱技術(shù)主要有三種方式，包括顯熱儲(chǔ)熱、相變儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱，其特點(diǎn)是其性能受儲(chǔ)熱介質(zhì)?密度等狀態(tài)量以及熱交換過(guò)程和轉(zhuǎn)化中性能的影響。
顯熱儲(chǔ)熱是利用材料所固有的熱熔進(jìn)行的熱量?jī)?chǔ)存形式，其特點(diǎn)是鹽成本占總成本的近一半，而儲(chǔ)熱密度低(0.2GJ/m3)，顯熱儲(chǔ)熱的研究時(shí)間最長(zhǎng)，成本相對(duì)較低，在國(guó)外也有少量商業(yè)化應(yīng)用，但是國(guó)內(nèi)由于起步晚，還未進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行階段，實(shí)際上光熱發(fā)電中使用的熔融鹽以及太陽(yáng)能熱水器其本質(zhì)就是顯熱儲(chǔ)熱。
相變儲(chǔ)熱是利用箱變材料在物態(tài)變化時(shí)，吸收或放出大量潛熱而進(jìn)行儲(chǔ)能。根據(jù)相變形式不同可以分為固-固相變、固-液相變和氣液相變，而依據(jù)相變材料不同可以分為有機(jī)相變材料和無(wú)機(jī)相變材料，每種類型下還可細(xì)分不同類型。理想的相變材料應(yīng)該具有以下性質(zhì)：高焓值、導(dǎo)熱系數(shù)高、有合適的相變點(diǎn)、高比熱容、體積膨脹率小、無(wú)相分離和過(guò)冷現(xiàn)象、循環(huán)穩(wěn)定性高、腐蝕性小、不然、無(wú)毒、低成本，目前還沒(méi)有相變材料可以同時(shí)滿足上述所有條件。
熱化學(xué)儲(chǔ)熱主要基于化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵的生成和破壞需要吸收和釋放能量，其特點(diǎn)在于儲(chǔ)能密度高、可長(zhǎng)距離運(yùn)輸、熱損失小，但是由于系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)難度大、可操作性不強(qiáng)，目前還處于研究階段。
儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景分析：剛需已出現(xiàn)
各種儲(chǔ)能技術(shù)各有特點(diǎn)，適用的應(yīng)用場(chǎng)景也有所差異，從電網(wǎng)的角度看可以分為能量型需求和功率型需求，能量型需求一般需要較長(zhǎng)的放電時(shí)間(如能量時(shí)移)，而對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求不高。與之相比，功率型需求一般要求有快速響應(yīng)能力，但是一般放電時(shí)間不長(zhǎng)(如系統(tǒng)調(diào)頻)。如果從整個(gè)電力系統(tǒng)的角度看，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景可以分為發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)三大場(chǎng)景，實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)各種場(chǎng)景中的需求對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行分析，以找到最適合的儲(chǔ)能技術(shù)。
發(fā)電側(cè)應(yīng)用—需求類型最多
從發(fā)電側(cè)的角度看，對(duì)于儲(chǔ)能的需求終端是發(fā)電廠，由于不同的電源結(jié)構(gòu)對(duì)電網(wǎng)的影響不同，因此發(fā)電側(cè)在對(duì)儲(chǔ)能的需求場(chǎng)景類型上也是最多的。
能量時(shí)移
能量時(shí)移指的是發(fā)電廠在用電負(fù)荷低谷時(shí)段對(duì)電池充電，在用電負(fù)荷高峰時(shí)段將存儲(chǔ)的電量釋放，從而實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的削峰填谷。此外，將可再生能源的棄風(fēng)棄光電量存儲(chǔ)后再移至其他時(shí)段進(jìn)行并網(wǎng)也是能量時(shí)移。能量時(shí)移是屬于典型的能量型應(yīng)用，其對(duì)充放電的時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格要求，對(duì)于充放電的功率要求也比較寬，但是因?yàn)橛脩舻挠秒娯?fù)荷及可再生能源的發(fā)電特征導(dǎo)致能力時(shí)移的應(yīng)用頻率相對(duì)較高，每年在300次以上。
容量機(jī)組
由于我國(guó)的資源稟賦在煤炭，因此在我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)中煤電機(jī)組承擔(dān)了超過(guò)一半的裝機(jī)容量。由于用電負(fù)荷在不同時(shí)間段有差異，在電力系統(tǒng)中，一般由煤電機(jī)組來(lái)承擔(dān)調(diào)峰能力，因此需要留出一定的發(fā)電容量作為相應(yīng)尖峰負(fù)荷的能力，這使得火電機(jī)組無(wú)法達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。采用儲(chǔ)能可以在用電負(fù)荷低谷時(shí)充電，在用電尖峰時(shí)放電以降低負(fù)荷尖峰。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的替代效應(yīng)將煤電的容量機(jī)組釋放出來(lái)，從而提高火電機(jī)組的利用率，增加其經(jīng)濟(jì)性。
容量機(jī)組是屬于典型的能量型應(yīng)用，其對(duì)充放電的時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格要求，對(duì)于充放電的功率要求也比較寬，但是因?yàn)橛脩舻挠秒娯?fù)荷及可再生能源的發(fā)電特征導(dǎo)致能力時(shí)移的應(yīng)用頻率相對(duì)較高，每年在200次左右。
負(fù)荷跟蹤
負(fù)荷跟蹤是針對(duì)電力供需之間的實(shí)時(shí)平衡進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的一種輔助服務(wù)。其主要針對(duì)變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，如果將其細(xì)分，負(fù)荷跟蹤主要應(yīng)用于爬坡負(fù)荷，即通過(guò)調(diào)整出力大小，盡量減少傳統(tǒng)能源機(jī)組的爬坡速率，讓其盡可能平滑過(guò)渡到調(diào)度指令水平。負(fù)荷跟蹤和容量機(jī)組相比，對(duì)放電響應(yīng)時(shí)間要求更高，要求相應(yīng)時(shí)間在分鐘級(jí)。
系統(tǒng)調(diào)頻
電力系統(tǒng)頻率是判斷電能質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，用戶側(cè)負(fù)荷的改變、發(fā)電側(cè)機(jī)組的脫網(wǎng)下線都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)頻率造成影響，頻率的變化會(huì)對(duì)發(fā)電及用電設(shè)備的安全高效運(yùn)行及壽命產(chǎn)生影響，因此頻率調(diào)節(jié)至關(guān)重要。和負(fù)荷跟蹤相比，系統(tǒng)調(diào)頻的負(fù)荷分量變化周期在分秒級(jí)，對(duì)響應(yīng)速度要求更高(一般為秒級(jí)響應(yīng))，對(duì)負(fù)荷分量的調(diào)整方式一般為AGC。由于傳統(tǒng)火電機(jī)組爬坡速率較慢，在響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令時(shí)具有滯后性，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)反向調(diào)節(jié)之類的錯(cuò)誤動(dòng)作，相較而言，電化學(xué)儲(chǔ)能在相應(yīng)時(shí)間上可以做到毫秒級(jí)，同時(shí)只要控制好SoC，電池可以靈活地在充放電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，動(dòng)作的正確率更高，效果更好。但是系統(tǒng)調(diào)頻是典型的功率型應(yīng)用，其要求在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速的充放電，采用電化學(xué)儲(chǔ)能時(shí)需要有較大的充放電倍率，因此會(huì)減少一些類型電池的壽命，從而影響其經(jīng)濟(jì)性。
備用容量
備用容量是指在滿足預(yù)計(jì)負(fù)荷需求以外，針對(duì)突發(fā)情況時(shí)為保障電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行而預(yù)留的有功功率儲(chǔ)備，一般備用容量需要在系統(tǒng)正常電力供應(yīng)容量的15~20%，且最小值應(yīng)等于系統(tǒng)中單機(jī)裝機(jī)容量最大的機(jī)組容量。在我國(guó)，備用容量服務(wù)分為旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和其他備用。備用容量一般應(yīng)用在發(fā)電機(jī)組在下線到上線的這段時(shí)間內(nèi)，放電時(shí)間相對(duì)較短，但是要求有較大的功率來(lái)將儲(chǔ)存的能量在短時(shí)間內(nèi)釋放出去，因此是功率型應(yīng)用。
僅以旋轉(zhuǎn)備用容量為例，2011年全國(guó)旋轉(zhuǎn)備用容量為63GW，市場(chǎng)空間巨大。但是由于備用容量針對(duì)的是突發(fā)情況，一般年運(yùn)行頻率較低，如果是采用電池單獨(dú)做備用容量服務(wù)，經(jīng)濟(jì)性無(wú)法得到保障。因此需要將其與現(xiàn)有備用容量的成本進(jìn)行比較來(lái)確定實(shí)際的替代效應(yīng)。
可再生能源并網(wǎng)
由于風(fēng)電、光伏的發(fā)電出力特性，導(dǎo)致其電能質(zhì)量相比傳統(tǒng)能源要差，由于可再生能源發(fā)電的波動(dòng)（頻率波動(dòng)、出力波動(dòng)等）從數(shù)秒到數(shù)小時(shí)之間，因此既有功率型應(yīng)用也有能量型應(yīng)用，一般可以將其分為可再生能源能量時(shí)移、可再生能源發(fā)電容量固化和可再生能源出力平滑三類應(yīng)用。例如針對(duì)光伏發(fā)電棄光的問(wèn)題，需要將白天發(fā)出的剩余電量進(jìn)行儲(chǔ)存以備晚上放電，屬于可再生能源的能量時(shí)移。而針對(duì)風(fēng)電，由于風(fēng)力的不可預(yù)測(cè)性，導(dǎo)致風(fēng)電的出力波動(dòng)較大，需要將其平滑，此時(shí)以功率型應(yīng)用為主。
由于可再生能源的出力特性導(dǎo)致其對(duì)電網(wǎng)影響巨大，在目前的電源結(jié)構(gòu)下，可再生能源的并網(wǎng)比例一旦超過(guò)15%，電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性就會(huì)嚴(yán)重下降。如果加上儲(chǔ)能對(duì)其出力進(jìn)行平滑，則其波動(dòng)就能控制在電網(wǎng)可容納的范圍內(nèi)，從而提高了可再生能源的并網(wǎng)量，降低棄風(fēng)棄光率。以風(fēng)電為例，如果風(fēng)電與儲(chǔ)能的比例達(dá)到3.5:1，則每小時(shí)的波動(dòng)量小于10%，可以達(dá)到較好的平滑效果。以2016年風(fēng)光2.26億千瓦計(jì)算，僅可再生能源出力平滑一項(xiàng)應(yīng)用就有6.5GW左右的市場(chǎng)需求。
輸配側(cè)應(yīng)用需求靈活，效益難算
儲(chǔ)能在輸配側(cè)的應(yīng)用主要是緩解輸配電阻塞、延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容及無(wú)功支持三類，相對(duì)于發(fā)電側(cè)的應(yīng)用，輸配電側(cè)的應(yīng)用類型少，同時(shí)從效果的角度看更多的是替代效應(yīng)，因此需求并非完全剛性。
緩解輸配電阻塞
線路阻塞是指線路負(fù)荷超過(guò)線路容量，將儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在線路上游，當(dāng)發(fā)生線路阻塞時(shí)可以將無(wú)法輸送的電能儲(chǔ)存到儲(chǔ)能設(shè)備中，等到線路負(fù)荷小于線路容量時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)再向線路放電。一般對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)要求放電時(shí)間在小時(shí)級(jí)，運(yùn)行次數(shù)在50~100次左右，屬于能量型應(yīng)用，對(duì)響應(yīng)時(shí)間有一定要求，需要在分鐘級(jí)響應(yīng)。
延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容
在負(fù)荷接近設(shè)備容量的輸配電系統(tǒng)內(nèi)，如果一年內(nèi)大部分時(shí)間可以滿足負(fù)荷供應(yīng)，只在部分高峰特定時(shí)段會(huì)出現(xiàn)自身容量低于負(fù)荷的情況時(shí)，可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)較小的裝機(jī)容量有效提高電網(wǎng)的輸配電能力，從而延緩新建輸配電設(shè)施成本，延長(zhǎng)原有設(shè)備的使用壽命。
相比較緩解輸配電阻塞，延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容工作頻次更低，考慮到電池老化，實(shí)際可變成本較高，因此對(duì)電池的經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，目前美國(guó)弗吉尼亞州NGK的鈉硫電池儲(chǔ)能電站主要用于通過(guò)削峰來(lái)延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容。
無(wú)功支持
無(wú)功支持是指在輸配線路上通過(guò)注入或吸收無(wú)功功率來(lái)調(diào)節(jié)輸電電壓。無(wú)功功率的不足或過(guò)剩都會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響電能質(zhì)量，甚至損耗用電設(shè)備。電池可以在動(dòng)態(tài)逆變器、通信和控制設(shè)備的輔助下，通過(guò)調(diào)整其輸出的無(wú)功功率大小來(lái)對(duì)輸配電線路的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。無(wú)功支持屬于典型的功率型應(yīng)用，放電時(shí)間相對(duì)較短，但運(yùn)行頻次很高。
用電側(cè)應(yīng)用—以電價(jià)導(dǎo)向?yàn)橹?/strong>
用電側(cè)是電力使用的終端，用戶是電力的消費(fèi)者和使用者，發(fā)電及輸配電側(cè)的成本及收益以電價(jià)的形式表現(xiàn)出來(lái)，轉(zhuǎn)化成用戶的成本，因此電價(jià)的高低會(huì)影響用戶的需求。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，用戶分時(shí)電價(jià)管理及容量費(fèi)用管理都是在以降低電價(jià)為導(dǎo)向的基礎(chǔ)上所衍生出來(lái)的用戶需求，因此用戶側(cè)的需求相對(duì)來(lái)說(shuō)更為剛性，也理應(yīng)受到更多的關(guān)注。
用戶分時(shí)電價(jià)管理
在實(shí)施了分時(shí)電價(jià)的市場(chǎng)中，由于存在電價(jià)的高低，用戶可以自主調(diào)整用電計(jì)劃，將電價(jià)較高時(shí)段的電力需求轉(zhuǎn)移到電價(jià)較低的時(shí)段實(shí)現(xiàn)，這種手段一般適用于對(duì)時(shí)間要求不高的需求，但是對(duì)于像工廠這樣的企業(yè)來(lái)說(shuō)，其用電高峰一般都在白天高峰時(shí)段，用戶行為相對(duì)固定且無(wú)法改變。此時(shí)可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)在低電價(jià)時(shí)儲(chǔ)能，高電價(jià)時(shí)放電，從而在不改變用戶行為的情況下，幫助用戶降低整體用電成本。用戶分時(shí)電價(jià)管理和能量時(shí)移類似，區(qū)別僅在于用戶分時(shí)電價(jià)管理是基于分時(shí)電價(jià)體系對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，而能量時(shí)移是根據(jù)電力負(fù)荷曲線對(duì)發(fā)電功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
從目前商業(yè)化應(yīng)用的角度看，削峰填谷是儲(chǔ)能系統(tǒng)最主要的應(yīng)用場(chǎng)景，由于在現(xiàn)行的電力市場(chǎng)下，用戶側(cè)的峰谷價(jià)差在一定時(shí)間內(nèi)確定，對(duì)政策依賴程度最低，同時(shí)能量型應(yīng)用對(duì)放電倍率要求不高，對(duì)于電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)說(shuō)，可以延長(zhǎng)其壽命，降低可變成本，因此限制其商業(yè)化的因素只有成本。
容量費(fèi)用管理
在我國(guó)，供電部門對(duì)大工業(yè)企業(yè)實(shí)行兩部制電價(jià)，將電價(jià)分成基本電價(jià)與電度電價(jià)兩部，基本電價(jià)是按照工業(yè)企業(yè)的變壓器容量或最大需用量作為計(jì)算電價(jià)的依據(jù)，由供電部門與用電部門簽訂合同，確定限額，每月固定收取，不以實(shí)際耗電數(shù)量為轉(zhuǎn)移。容量費(fèi)用管理是指在不影響正常生產(chǎn)的情況下，通過(guò)降低最高用電功率，從而降低容量費(fèi)用。用戶可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)在用電低谷是儲(chǔ)能，在高峰時(shí)負(fù)負(fù)荷放電，從而降低整體負(fù)荷，達(dá)到降低容量費(fèi)用的目的。
提升電能質(zhì)量
由于存在電力系統(tǒng)操作負(fù)荷性質(zhì)多變，設(shè)備負(fù)載非線性等問(wèn)題，使得用戶獲得的電能存在電壓、電流變化或者頻率偏差等問(wèn)題，此時(shí)電能的質(zhì)量較差。系統(tǒng)調(diào)頻、無(wú)功支持就是在發(fā)電側(cè)和輸配電側(cè)提升電能質(zhì)量的形式。在用戶側(cè)，儲(chǔ)能系統(tǒng)同樣可以進(jìn)行平滑電壓、頻率波動(dòng)，例如利用儲(chǔ)能解決分布式光伏系統(tǒng)內(nèi)電壓升高、驟降、閃變等問(wèn)題。提升電能質(zhì)量屬于典型的功率型應(yīng)用，具體放電市場(chǎng)及運(yùn)行頻率依據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景而有所不同，但一般要求響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。
提升供電可靠性
利用儲(chǔ)能系統(tǒng)作為電力用戶的備用電源，當(dāng)電網(wǎng)供電不足時(shí)可以為用戶供電，儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量取決于用戶的負(fù)荷及停電時(shí)間，因此由用戶自主控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的大小。提升供電可靠性與發(fā)電側(cè)的旋轉(zhuǎn)備用應(yīng)用類似，主要差異在于面向的應(yīng)用對(duì)象不同以及提升供電可靠性的儲(chǔ)能系統(tǒng)相對(duì)規(guī)模較小。
我們將各種儲(chǔ)能技術(shù)根據(jù)其不同的特性與應(yīng)用場(chǎng)景的需求進(jìn)行配對(duì)，得到不同儲(chǔ)能技術(shù)最適用的應(yīng)用場(chǎng)景，隨著技術(shù)的進(jìn)步，儲(chǔ)能技術(shù)能適用的場(chǎng)景也會(huì)發(fā)生改變。如飛輪儲(chǔ)能分為能量型和功率型，能量型飛輪儲(chǔ)能目前放電時(shí)間還較短，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高，但是如果放電時(shí)間可以提升到時(shí)分級(jí)，則能量型飛輪儲(chǔ)能也能在可再生能源出力平滑等應(yīng)用場(chǎng)景中有一席之地。
儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)：效益逐體現(xiàn)
儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法有多種，由于儲(chǔ)能帶來(lái)的社會(huì)效益無(wú)法被企業(yè)所量化獲得，因此我們只按現(xiàn)有機(jī)制計(jì)算儲(chǔ)能的投資回報(bào)。實(shí)際上，由于不同的應(yīng)用場(chǎng)景、不同的區(qū)域以及不同的儲(chǔ)能技術(shù)需要考慮的變量因素不同，在現(xiàn)行電力體制下，可能存在區(qū)域性的盈利機(jī)會(huì)。以輔助服務(wù)為例，由于有不同的標(biāo)準(zhǔn)和政策，實(shí)際計(jì)算中需要做相應(yīng)調(diào)整。如各區(qū)域的《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理細(xì)則》和《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理細(xì)則》中規(guī)定了電力輔助服務(wù)交易的承付、輔助服務(wù)種類、考核補(bǔ)償方式等。各區(qū)域調(diào)頻補(bǔ)償辦法不同，其中華北電網(wǎng)的補(bǔ)償在考慮了容量補(bǔ)償和可用時(shí)間補(bǔ)償以外還考慮了調(diào)節(jié)性能，一定程度上使得性能更優(yōu)的儲(chǔ)能電站可以獲得更多的補(bǔ)償。
由于目前實(shí)際應(yīng)用中儲(chǔ)能大多用于削峰填谷，我們以10MWh的鉛炭電池用于削峰填谷來(lái)進(jìn)行投資回報(bào)的測(cè)算。目前初始的系統(tǒng)成本在1200元/kWh左右，項(xiàng)目運(yùn)行假設(shè)如下：
1.折舊年限以8年計(jì)，總體系統(tǒng)壽命短板在于電池，因此我們假設(shè)電池以30%的殘值率，系統(tǒng)以20%的殘值率，以直線法折舊;
2.電池容量以年3%的速度衰減，到第8年時(shí)衰減到79%，低于最佳使用閾值;
3.以江蘇省110KV大工業(yè)用電計(jì)算，因?yàn)槭芟抻陔姵靥匦?，?shí)際運(yùn)行中峰8h，谷6.4h，平1.6h，系統(tǒng)效率90%，平均峰谷價(jià)差0.6762元/kWh計(jì)，日循環(huán)次數(shù)1次，實(shí)際年利用時(shí)間為330天;
根據(jù)上述假設(shè)我們用折現(xiàn)現(xiàn)金流保守測(cè)算得到項(xiàng)目的稅后IRR為5.2%，已經(jīng)具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性，而如果公司在此基礎(chǔ)上加一定比例的杠杠，實(shí)際投資回報(bào)率可以超過(guò)10%。
在現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景下，我們認(rèn)為儲(chǔ)能已經(jīng)具備了一定的商業(yè)化運(yùn)行能力，行業(yè)內(nèi)生需求與經(jīng)濟(jì)性已到一定的臨界點(diǎn)，實(shí)際制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸在于國(guó)家政策和標(biāo)準(zhǔn)，我們認(rèn)為相關(guān)政策落地之日即儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)爆發(fā)之時(shí)。
結(jié)合前文分析，我們看好工商業(yè)削峰填谷、新能源發(fā)電用電等應(yīng)用端，看好鋰電池、鉛炭電池等產(chǎn)品在儲(chǔ)能上的應(yīng)用。相關(guān)公司：
比亞迪
公司是國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車行業(yè)龍頭，2016年新能源汽車銷量9.6萬(wàn)輛，銷量蟬連全球第一，其中新能源乘用車銷量近8.6萬(wàn)輛，純電動(dòng)大巴銷量超1萬(wàn)輛。電池方面，公司規(guī)劃2017/2018/2019年底產(chǎn)能分別為20/26/34GWh，同時(shí)計(jì)劃到2020年電池成本降到1元/wh以下，屆時(shí)成本優(yōu)勢(shì)將凸顯，進(jìn)一步鞏固公司龍頭地位。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，公司與青海鹽湖工業(yè)股份有限公司合作共同設(shè)立新公司(公司占比48%)，專門從事鹽湖鋰資源綜合利用產(chǎn)品的開發(fā)、加工和銷售。公司將以青海鹽湖佛照藍(lán)科鋰業(yè)股份有限公司為平臺(tái)，啟動(dòng)3萬(wàn)噸碳酸鋰項(xiàng)目建設(shè)。由于鋰資源的稀缺性，公司在鋰電池上游布局從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看將有助于降低公司采購(gòu)成本，提升競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
公司目前在磷酸鐵鋰電池方面具有較好的研發(fā)水平，實(shí)驗(yàn)室條件下電池循環(huán)壽命可達(dá)7000~8000次。公司目前儲(chǔ)能產(chǎn)品暢銷歐美，目前在美國(guó)PJM調(diào)頻市場(chǎng)公司產(chǎn)品份額占據(jù)50%以上，總供應(yīng)容量達(dá)132MW。此外公司在坪山有20MW，40MWh的電站，主要應(yīng)用場(chǎng)景是削峰填谷。
猛獅科技
公司深耕電池行業(yè)三十年，具有PACK和BMS的獨(dú)立開發(fā)能力，目前公司已有多款PACK產(chǎn)品已經(jīng)成功配套整車廠并列入國(guó)家新能源汽車產(chǎn)品目錄。高端鋰電池是公司發(fā)展新能源汽車的核心和基礎(chǔ)，公司目標(biāo)是成為世界主要的車用動(dòng)力鋰電池供應(yīng)商及主要的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供商之一，公司在福建詔安、湖北宜城分別規(guī)劃建設(shè)總產(chǎn)能6GWH的鋰電池項(xiàng)目，其中詔安第一期1GWh已于2017年3月9日實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，宜城鋰電池項(xiàng)目也于2017年3月12日開工建設(shè);公司高端鋰電池產(chǎn)能有望在2017年底達(dá)到5GWh。公司已經(jīng)建立了一個(gè)涵蓋清潔能源發(fā)電、儲(chǔ)能、智能輸配電、智慧能源管理、售電服務(wù)，從電力供應(yīng)側(cè)到需求側(cè)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，具備微電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)能力。公司具有優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和清潔能源資源儲(chǔ)備，在儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)品、可再生能源發(fā)電業(yè)務(wù)等方面有望成為國(guó)內(nèi)具備一流技術(shù)研發(fā)和盈利能力的知名企業(yè)，也有望率先在發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)開拓儲(chǔ)能和家用能源管理業(yè)務(wù)，從而拉動(dòng)電池核心業(yè)務(wù)。
公司在布局新產(chǎn)業(yè)的過(guò)程中，始終重視技術(shù)創(chuàng)新，福建猛獅新能源的鋰電池技術(shù)、上海松岳的BMS技術(shù)、江蘇峰谷源的儲(chǔ)能技術(shù)以及深圳華力特的能源管理技術(shù)等都在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上具備較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。以峰谷源為例，目前公司的集裝箱式儲(chǔ)能電站采用磷酸鐵鋰電池，DOD80%的狀況下循環(huán)壽命可達(dá)3500次以上，此外電池也支持2C的大功率充放電，電池的技術(shù)指標(biāo)處于行業(yè)領(lǐng)先。
杉杉股份
公司是鋰電池材料行業(yè)龍頭，正極材料方面開發(fā)了包括高電壓鈷酸鋰LC95A、xEV用三元T31R和高鎳三元材料T61R等在內(nèi)的高端正極材料，同時(shí)寧夏項(xiàng)目已建成投產(chǎn)，公司總產(chǎn)能達(dá)3.3萬(wàn)噸，居行業(yè)前列;負(fù)極材料方面，年產(chǎn)1萬(wàn)噸生料項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸鋰離子動(dòng)力電池材料項(xiàng)目中一期項(xiàng)目已處于設(shè)備安裝階段，計(jì)劃于2017年年內(nèi)投試產(chǎn)，寧德1萬(wàn)噸項(xiàng)目目前處于建設(shè)階段;電解液方面，2016年完成對(duì)浙江巨化凱藍(lán)新材料有限公司增資入股，在建的2000噸六氟磷酸鋰和20000噸電解液項(xiàng)目我們預(yù)計(jì)年內(nèi)均可投試產(chǎn)。同時(shí)公司布局新能源汽車，2016年寧波利維能自動(dòng)化18650電池PACK生產(chǎn)線初步建設(shè)完畢，上海展梟二期廠房建設(shè)完成并投入使用;杉杉汽車取得專用車生產(chǎn)資質(zhì);青杉汽車期內(nèi)完成10款整車設(shè)計(jì)研發(fā)工作;子公司云山智慧完成19個(gè)城市的充電樁布局，并對(duì)新能源汽車租賃分別在上海、廣州、深圳進(jìn)行試點(diǎn)，公司通過(guò)打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈從而獲得廣闊的成長(zhǎng)空間。
公司于2016年合資成立江蘇杉杉能源管理有限公司，在江蘇、北京等地陸續(xù)開展園區(qū)的大型削峰填谷儲(chǔ)能項(xiàng)目以及售電業(yè)務(wù)，截至2016年末總簽約量達(dá)50MWH。此外公司于2016年12月投資啟動(dòng)杉杉能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，其中儲(chǔ)能節(jié)能項(xiàng)目擬建設(shè)規(guī)模約2GWH，對(duì)應(yīng)投資規(guī)模約38億元，主要用于投資削峰平谷的儲(chǔ)能項(xiàng)目。同時(shí)公司充分發(fā)揮在動(dòng)力電池領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，探索電池在工業(yè)儲(chǔ)能的梯次利用。目前公司已合資成立北京杉杉凱勵(lì)新能源科技有限公司，通過(guò)產(chǎn)業(yè)合作的模式，開展應(yīng)用于鐵塔通信基站的動(dòng)力電池梯級(jí)利用。
科陸電子
公司是由國(guó)家科技部認(rèn)定的國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，專業(yè)從事用電管理系統(tǒng)、電子式電能表、標(biāo)準(zhǔn)儀器儀表及軟件產(chǎn)品的研發(fā)、制造及銷售。公司是國(guó)內(nèi)高端電能表產(chǎn)業(yè)的開拓者，也是中國(guó)領(lǐng)先的電力設(shè)備與軟件制造商。公司2016年集成電路、智慧城市業(yè)務(wù)收入增加，電能表產(chǎn)品貢獻(xiàn)業(yè)績(jī)顯著。配電網(wǎng)方面，在國(guó)家電網(wǎng)公司2016年三次招標(biāo)活動(dòng)中，公司智能電表和用電信息采集產(chǎn)品均有中標(biāo)，金額總計(jì)5.98億元;新能源業(yè)務(wù)方面，公司中標(biāo)錫林郭勒盟新能源通電設(shè)備升級(jí)改造工程項(xiàng)目、榆中縣和英山縣光伏扶貧項(xiàng)目及西藏自治區(qū)“金太陽(yáng)”二期太陽(yáng)能戶用系統(tǒng)項(xiàng)目，公司預(yù)計(jì)中標(biāo)金額共計(jì)2.29億元;在海外市場(chǎng)中，公司以聯(lián)合體單位中標(biāo)尼泊爾國(guó)家電力局新金堤-巴哈必色220/400kV輸電線路總包項(xiàng)目，中標(biāo)金額約1.35億元人民幣，展現(xiàn)了良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。
相較而言，公司在儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)展更值得期待。公司目前研發(fā)的磷酸鐵鋰電池在DOD90%，0.3C的環(huán)境下循環(huán)壽命達(dá)到7000次(電池剩余容量為60%)，度電成本在0.4元/kWh左右，技術(shù)優(yōu)勢(shì)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。公司于2016年10月29日公告增資入股江西科能儲(chǔ)能電池系統(tǒng)有限公司，占比49%，子公司一期計(jì)劃投建4億AH(安時(shí))全自動(dòng)高性能鋰離子儲(chǔ)能電池生產(chǎn)線，配套10,000噸磷酸鐵鋰項(xiàng)目及相應(yīng)的隔膜、極片制造工廠，預(yù)計(jì)今年投產(chǎn)，公司的電池成本有望進(jìn)一步下降。此外，2016年6月，國(guó)內(nèi)第一個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的風(fēng)光儲(chǔ)電網(wǎng)融合示范項(xiàng)目——玉門市三十里井子風(fēng)光儲(chǔ)電網(wǎng)完成了系統(tǒng)調(diào)試，成功并入電網(wǎng)投入運(yùn)行，下一步將結(jié)合儲(chǔ)能進(jìn)行深入試驗(yàn)示范與研究應(yīng)用。而上能佛山項(xiàng)目是大規(guī)模鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)在需求側(cè)的第一次使用，公司在儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛布局，前景廣闊。
陽(yáng)光電源
公司是一家專注于太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲(chǔ)能等新能源電源設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品有光伏逆變器、風(fēng)能變流器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)車電機(jī)控制器。公司依托自行研發(fā)的新能源電源變換技術(shù)和SDI的鋰電池技術(shù)，可提供單機(jī)功率5~1000kW的儲(chǔ)能逆變器、三星鋰離子電池、能量管理系統(tǒng)等儲(chǔ)能核心設(shè)備，同時(shí)推出能量搬移、微電網(wǎng)和電力調(diào)頻等一系列先進(jìn)的系統(tǒng)解決方案。公司子公司陽(yáng)光三星儲(chǔ)能電源有限公司于2016年7月投產(chǎn)，目前年產(chǎn)能2000MWh電力儲(chǔ)能設(shè)備，為西藏雙湖微網(wǎng)系統(tǒng)、甘肅金昌100MW光伏電站等多個(gè)項(xiàng)目提供鋰電池、儲(chǔ)能逆變器、能量管理系統(tǒng)等核心設(shè)備。公司目前研發(fā)的電站級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案項(xiàng)目特點(diǎn)在于無(wú)需新增變壓器和儲(chǔ)能逆變器，同時(shí)電池壽命周期長(zhǎng)，100%DOD循環(huán)次數(shù)超過(guò)6000次。公司產(chǎn)品具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，一旦投入商業(yè)化運(yùn)行，將對(duì)公司業(yè)績(jī)產(chǎn)生積極影響。
南都電源
公司專業(yè)從事通信電源、綠色環(huán)保儲(chǔ)能應(yīng)用產(chǎn)品研究、開發(fā)、制造和銷售，并為后備電源、動(dòng)力電源及特殊電源領(lǐng)域提供完整的解決方案和服務(wù)，主導(dǎo)產(chǎn)品為閥控式密封鉛酸蓄電池。公司在鉛蓄電池領(lǐng)域深耕多年，目前公司的鉛炭電池以30%SoC~80%SoC范圍充放電(DOD50%)循環(huán)次數(shù)可達(dá)6000次，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。公司“投資+運(yùn)營(yíng)”的儲(chǔ)能系統(tǒng)商用化模式迅速發(fā)展和落地。累計(jì)完成簽約容量近1000MWh，其中在建項(xiàng)目容量150MWh，待建項(xiàng)目容量150MWh，投運(yùn)項(xiàng)目容量近30MWh，2016年實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)收入1.70億元，目前公司儲(chǔ)能盈利模式以削峰填谷為主，度電峰谷差利潤(rùn)預(yù)計(jì)可以達(dá)到0.25~0.3元，大規(guī)模的項(xiàng)目落地對(duì)公司業(yè)績(jī)將產(chǎn)生積極影響。
同時(shí)，公司控股華鉑科技，布局鉛回收，從而形成完整鉛炭產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。近期公司完成對(duì)華鉑科技剩余49%股權(quán)的收購(gòu)，從而達(dá)到100%控股。隨著鉛回收比例的提升，公司可以以更低的成本獲得鉛原材料，從而在成本上占有優(yōu)勢(shì)。2016年12月國(guó)家出臺(tái)了《再生鉛行業(yè)規(guī)范條件》，要求廢鉛蓄電池預(yù)處理項(xiàng)目規(guī)模應(yīng)在10萬(wàn)噸/年以上。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的趨嚴(yán)及對(duì)行業(yè)準(zhǔn)入門檻的提高，再生鉛行業(yè)未來(lái)集中度有望提升，公司有望因此受益。
圣陽(yáng)股份
公司借力日本古河技術(shù)合作生產(chǎn)的大容量、深循環(huán)、超長(zhǎng)壽命鉛炭電池產(chǎn)品大幅降低了鉛炭電池的度電成本，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。公司在2016年成功實(shí)施了西藏尼瑪可再生能源局域網(wǎng)項(xiàng)目、廣東電網(wǎng)電力科學(xué)研究院主導(dǎo)的基于電網(wǎng)多端融合應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)與經(jīng)濟(jì)研究項(xiàng)目、中國(guó)鐵塔內(nèi)蒙古自治區(qū)分公司“2016年風(fēng)光互補(bǔ)改造項(xiàng)目”、浙江大學(xué)與浙江電網(wǎng)“高密度分布式能源接入交直流混合微電網(wǎng)”上虞863示范項(xiàng)目，進(jìn)一步確立了公司的儲(chǔ)能市場(chǎng)的行業(yè)地位。同時(shí)，公司成功研發(fā)出100kVAPCS，目前已完成基本功能測(cè)試，正在微電網(wǎng)平臺(tái)試運(yùn)行。由于鉛炭電池的特性使得在低壓條件下無(wú)需使用BMS，因此公司在儲(chǔ)能方面已經(jīng)掌握了最核心的電池及PCS技術(shù)，未來(lái)具有較好的成長(zhǎng)空間。
