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当前储能主要技术路线及市场前景分析

发布日期:
2018-06-07
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70909


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日前,国家能源局印发《关于促进储能技术与产业发展的指导意见(征求意见稿)》(下称《指导意见》),首次明确了储能在我国能源产业中的战略定位,提出未来10年储能领域的发展目标。

《指导意见》明确了未来我国储能发展的规划和路径。未来10年内分两个阶段推进我国储能发展,第一阶段实现储能由研发示范向商业化初期过渡;第二阶段实现商业化初期向规模化发展转变。意见明确提出十三五期间要“培育一批有竞争力的市场主体”,这对目前几大主流储能技术的上市公司直接利好。

《指导意见》明确了未来储能发展的几大应用场景。在未来发展储能行业的几大重点任务中,明确了未来储能发展的几大应用场景,主要包括:(1)提升可再生能源利用水平(光伏、风电配套储能);(2)提升电力系统稳定性灵活性(电网调峰储能);(3)用户侧分布式储能、微网储能、离网地区储能;(4)能源互联网。储能应用场景的明确为储能行业投资给予了较为清晰的指引,也有利于针对不同应用场景进行针对性的补偿政策(类似光伏的集中式电站与分布式光伏、风电的陆地风电和海上风电)。

《指导意见》明确了储能补贴政策实施路径。明确提出将先进储能纳入可再生能源发展、配电网建设、智能电网等专项基金支持范围,根据不同应用场景研究出台针对性补偿政策。储能补贴政策实施路径的明确为未来储能行业发展铺平了道路。随着征求意见稿后正式文件的发布,未来还将有很多实施细则文件陆续出台,随着具体政策逐步落地,储能行业有望进入发展快车道。

 

2017年储能主要技术路线及市场前景分析

从技术路线上来看,根据能量转化介质的差异,储能方法可分为:物理储能、化学储能、热储能、电磁储能等。由于不同的储能技术工作原理和成熟度存在差异,因此在性能特点、经济成本和场地要求等方面各有差别。

储能技术路线对比

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资料来源:新思界产业研究院整理

抽水储能是目前储能技术中发展最成熟,应用最为广泛的。抽水储能存储能量大,综合效率在70%至85%之间。全球累计运行的储能项目装机量以抽水蓄能占比最大,约占全球的96%。按照总装机量,中国成为装机位列第一的国家,日本和美国次之,三国装机分别为32.1GW、28.5GW和24.1GW,共占全球装机总量的50%。根据发改委规划,到2025年,全国抽水蓄能电站总装机量将达100GW,具备长足增长空间。

电化学储能由于技术相对成熟,应用空间最为广泛,随着持续投入研发以及应用领域的扩展,成本还有很大的下行空间,未来有可能成为电力系统储能最具发展前景的技术路线。目前电化学储能中应用较为广泛的包括铅酸电池、铅炭电池、锂电池、钠硫电池。与其他储能技术相比,电化学储能在设备机动性、响应速度、能量密度和循环效率上都具有较强竞争力,现阶段的短板集中在经济性方面。随着研发水平的提升和规模经济优势的显现,电化学储能成本具备较大的持续下行空间。

目前市场上的铅蓄电池技术以铅酸电池为主,是最为成熟可靠、成本最低廉的电化学储能方式。但铅酸电池能量密度低,循环寿命短,在储能设备中并不能发挥优势。铅炭电池是将超级电容与铅酸电池的技术特性相结合的新型电池,铅炭电池在负极中加入活性炭,有效阻止负极硫酸化现象,从而延长电池寿命。与铅酸电池相比,铅炭电池有效延长了电池寿命,大幅提升充放电循环次数,循环次数是铅酸电池3倍以上,而成本仅仅增加10%左右,单位使用成本下降,性价比较高。

锂电池在国内有着广泛的应用,在储能领域的应用逐步打开。锂电池优势主要集中在高能量密度和充放电效率,在国内的示范项目中,锂电池储能装机占据主要规模。无论是从削峰填谷、平滑波动还是分布式发电领域,锂电池的特性都能充分发挥。与铅蓄电池相比,锂电池成本明显较高。因此,进一步降低锂电池成本是推广锂电池储能系统的关键。新思界产业研究院发布的《2017-2020年中国锂电池市场前景研究报告》中显示,未来5年锂电池需求将达200GW,年复合增长率约20%,其中需求增量主要来自新能源汽车动力电池与工业储能设备,二者年复合增长率分别为35%和25%。

钠硫电池在世界范围内的储能装机占据主导地位。钠硫电池能量密度为铅酸电池的三倍,瞬时功率高,成本较锂电池低20%左右。但钠硫电池需要在300°C的环境下运行,对安全性要求较高,适合大型电厂储能。

液流电池能量密度低,跟铅酸电池相近,需要占用空间大。同时液流电池的工艺较为复杂,由于目前应用范围较小,国内外的研发规模也相对较小,导致了液流电池的成本在各类电池中处于较高位置。未来如果成本出现较大幅度下降,在大型可再生能源电厂中液流电池的优势将会较为显著。

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全球储能项目装机主要分布在亚洲、欧洲和北美,其中亚洲主要是中国、日本、印度和韩国,欧洲主要是西班牙、德国、意大利、法国,北美洲主要是美国。全球储能技术分布中,钠硫电池的装机比重最大,锂离子电池和铅蓄电池的装机量位居二、三位。


下游市场带动储能行业发展

中国的储能于2011年起步,近几年保持着强劲的增长态势,截止2014年底,中国储能的累计装机规模为84.4MW,占全球装机的10%。最近三年的累计装机规模保持着30%以上的增长,行业发展态势良好。

近年来,在政府对可再生能源的大力扶持,风电和光伏装机规模迅速扩大。截至2016年底,我国风电累计装机容量为1.69亿千瓦,光伏累计装机容量为7742万千瓦。国家能源局中期规划,“十三五”期间我国风电装机目标为250GW,光伏装机目标为150GW,未来五年年复合增长率分别为11.5%和28.3%。《中国能源展望2030》在此基础上提出了到2030年光伏、风电装机分别再增加200GW的中期目标,可再生能源发电规模将持续扩大。与此同时,可再生能源的间歇波动特性严重制约了其并网能力,导致我国弃风、弃光、限电等现象。2016年,全年弃风电量497亿千瓦时,弃光电量70.42亿千瓦时。

可再生能源消纳难的问题难以解决,对配置储能的需求就日益强烈。,配置储能系统可以解决可再生能源发电的随机性和波动性,经过储能系统平滑之后输出电力,减少对电网稳定性的冲击,为大规模并网创造条件。此外,储能可以缓解可再生能源的输出压力,提高设备利用率。

分布式发电储能可以实现在需求侧对电能分配进行优化和对微网负荷的调节,提高微网系统的经济效益。分布式发电配套储能可以解决用电高峰与发电高峰不匹配的情况,充分发挥灵活与快速响应的能力,实现电力资源的优化配置。储能可以对电力进行存储,在需要的时候释放,能够有效解决电力在时间和空间上的不平衡。储能技术的应用贯穿于电力系统发电、输电、配电、用电的各个环节。

储能在电力系统中的应用

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储能在电力系统中的作用

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此外,随着新能源汽车的大力推广也带来了大量的潜在储能电池供给。2016年新能源汽车生产51.7万辆,销售50.7万辆,比上年同期分别增长51.7%和53%。电动汽车电池寿命一般为10-15年,之后电池仍然能够保留70%左右的初始能量。这部分电池可以用于储能系统进行二次利用,能够有效降低储能电池的成本。