在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的背景下，光伏、風(fēng)電等新能源必將處于快速發(fā)展期，而風(fēng)電、光伏等新能源天然具有隨機(jī)性、間歇性和波動性，且對電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。在未來，作為光伏、風(fēng)電等新能源重要支撐環(huán)節(jié)的新儲能產(chǎn)業(yè)有望開啟更大市場空間。

01中國發(fā)展新型儲能的必要性

風(fēng)電、光伏雖然是未來大力發(fā)展的新型能源，但在不少地方還是出現(xiàn)嚴(yán)重的“棄光、棄風(fēng)”現(xiàn)象，此時電力的合理儲存便是關(guān)鍵，既可以避免能源的不必要浪費(fèi)，又可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定調(diào)配。

雖然我國的新能源發(fā)電近年來取得了較快的發(fā)展，但是截至2021年，我國新能源發(fā)電占比卻只有11%左右。所以，為了進(jìn)一步提高新能源發(fā)電的占比，與之配套的儲能技術(shù)便是重中之重了。只有當(dāng)新型儲能系統(tǒng)的成本越來越低、部署越來越靈活的時候，新能源發(fā)電才算真正意義上的普及。

電力系統(tǒng)是我國當(dāng)前最主要的碳排放源之一。未來電力系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)就是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，風(fēng)電、光伏、水電、核電等無碳能源將逐步取代化石能源成為發(fā)電的主力。截至2021年底，我國電力總裝機(jī)23.8億千瓦，其中風(fēng)電光伏裝機(jī)分別為3.3億千瓦以及3.1億千瓦，火電裝機(jī)（含生物質(zhì)）約13億千瓦。根據(jù)對人口變化、GDP增長、電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及電能替代、人均用電量增加等因素的綜合預(yù)測，我們預(yù)計至2030年，我國電力裝機(jī)規(guī)模將達(dá)36億千瓦，其中風(fēng)電8億千瓦，光伏10億千瓦，占比約50%。至2060年，我國電力裝機(jī)規(guī)模將達(dá)90~95億千瓦，其中風(fēng)電33億千瓦，光伏42億千瓦，占比超過80%。

圖：中國電力裝機(jī)發(fā)展預(yù)測

風(fēng)電、光伏在為我們帶來綠色低碳電力的同時，天然具有隨機(jī)性、間歇性和波動性，對電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。通常用凈負(fù)荷（用電負(fù)荷減去風(fēng)光出力后的凈值）的波動性特征參數(shù)（幅值、頻率、變化速率）計算電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)能力的需求。圖2為美國加州電力系統(tǒng)凈負(fù)荷隨新能源滲透率增加所呈現(xiàn)的變化。由圖可見，隨中午光伏出力增加，凈負(fù)荷降低，而隨著傍晚太陽落山，凈負(fù)荷需求迅速攀升，這就要求電力系統(tǒng)具備午間降低出力、傍晚迅速提升出力的日內(nèi)調(diào)節(jié)能力。而隨著新能源占比增加，需要調(diào)節(jié)的功率變化幅度越來越大。

圖：不同新能源滲透率下的日內(nèi)凈負(fù)荷曲線

除上述日內(nèi)調(diào)節(jié)，凈負(fù)荷在短時（秒至分鐘）、長時（小時到日）和超長時（周、月、年）幾個不同時間尺度的波動特性各異，對電網(wǎng)調(diào)節(jié)而言，分別對應(yīng)著調(diào)頻、日內(nèi)調(diào)峰和季節(jié)性調(diào)峰等場景。在電力系統(tǒng)新能源裝機(jī)占比不斷上升的同時，火電、核電等可靠性電源占比卻逐步降低，疊加極端氣候?qū)λ姵隽Φ挠绊懀蟠笙魅豕┙o側(cè)響應(yīng)與調(diào)節(jié)能力。此外，煤電、核電的長時間深度負(fù)荷調(diào)節(jié)可能對機(jī)組運(yùn)行安全帶來風(fēng)險，也會增加額外的煤耗與碳排放。這些額外的供給側(cè)負(fù)荷調(diào)節(jié)需求必須依靠清潔高效的儲能裝機(jī)彌補(bǔ)。除滿足調(diào)節(jié)能力需求外，儲能對于電網(wǎng)的電力傳輸與安全，還能起到減緩電網(wǎng)阻塞，提供備用和黑啟動等作用。對于發(fā)電側(cè)，儲能能夠起到平滑新能源波動、提高新能源消納的作用。而負(fù)荷側(cè)的儲能裝機(jī)，能夠大大提升負(fù)荷側(cè)的自我平衡能力和響應(yīng)能力。

未來，我國電力系統(tǒng)的特征是以風(fēng)、光、水、核作為主力電源，配合足量的儲能裝機(jī)提供調(diào)節(jié)能力，以最小化原則保留化石能源裝機(jī)作為部分基荷和保底調(diào)節(jié)，配合強(qiáng)大的電網(wǎng)傳輸調(diào)度能力和智能高效的負(fù)荷側(cè)響應(yīng)能力，具備安全可靠、清潔高效、靈活強(qiáng)韌等幾個特點(diǎn)的全新電力系統(tǒng)。儲能在新型電力系統(tǒng)中將起到不可或缺的重要作用。

在各類儲能技術(shù)當(dāng)中，抽水蓄能技術(shù)成熟可靠、全生命周期儲能成本低，是當(dāng)前儲能裝機(jī)中的主力。截至2021年底，我國已投運(yùn)的約4600萬千瓦儲能裝機(jī)中，抽水蓄能約為3700萬千瓦，已開工建設(shè)的抽水蓄能電站超過6000萬千瓦。盡管如此，抽水蓄能電站存在廠址選擇不靈活、建設(shè)投資規(guī)模大、建設(shè)周期長等缺點(diǎn)或限制，難以通過技術(shù)手段解決。僅靠抽水蓄能，既無法滿足近幾年新能源裝機(jī)快速上漲所要求的儲能裝機(jī)，也無法滿足未來電力系統(tǒng)對儲能靈活的時空配置和多元化技術(shù)參數(shù)的要求。這給了各類“新型儲能”足夠的發(fā)展空間。我們認(rèn)為，經(jīng)過“十四五”和“十五五”期間的充分培育與發(fā)展，未來的新型電力系統(tǒng)之中，成熟的“新型儲能”技術(shù)將與抽水蓄能“并駕齊驅(qū)”，在源-網(wǎng)-荷的各類應(yīng)用場景下發(fā)揮重要的系統(tǒng)調(diào)節(jié)和安全保障作用。

02新型儲能產(chǎn)業(yè)鏈分析

新型儲能所包括的技術(shù)類型眾多，具體來講包括但不限于以下幾類：壓縮空氣儲能、重力儲能、液流電池儲能、鋰/鈉離子電池儲能、氫儲能等。

由于鋰離子電池發(fā)展相對較為成熟，本文主要針對鋰離子電池的儲能技術(shù)進(jìn)行分析。和鋰離子電池技術(shù)路線相近的鈉離子電池，具有理論成本低、特性與鋰離子電池相近、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，適合在對成本要求苛刻的應(yīng)用場景下替代成本較高的鋰離子電池。

鋰離子儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈

結(jié)合這幾年新能源發(fā)展的主要技術(shù)路徑，目前主要的化學(xué)儲能方式主要是鋰電池，鋰電池的產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游原材料，中游電芯模組廠商和下游應(yīng)用領(lǐng)域組成。

上游鋰離子電池產(chǎn)業(yè)原材料主要包括基礎(chǔ)原材料（包括鋰礦、鎳礦、鈷礦、錳礦、鐵礦等金屬資源以及石墨礦、硅、磷酸鹽等非金屬原材料），當(dāng)然也包括基于基礎(chǔ)原材料生產(chǎn)出來的電池原材料（主要包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液等，被稱為鋰電的“四大原材料”）。

中游鋰離子電池產(chǎn)業(yè)為電芯模組廠商，使用上游電池材料廠商提供的正負(fù)極材料、電解液和隔膜生產(chǎn)出不同規(guī)格、不同容量的鋰離子電芯產(chǎn)品，然后根據(jù)終端客戶要求選擇不同的鋰離子電芯、模組和電池管理系統(tǒng)方案。

下游鋰離子電池產(chǎn)業(yè)主要應(yīng)用于動力領(lǐng)域（電動工具、電動自行車和新能源汽車等）、消費(fèi)電子產(chǎn)品（手機(jī)、筆記本電腦等電子數(shù)碼產(chǎn)品）和儲能領(lǐng)域等。

圖：鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈

03新型儲能發(fā)展現(xiàn)狀

裝機(jī)情況

截至2021年底，全球已投運(yùn)儲能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模約2.1億千瓦，同比增長9%。其中，抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模約1.8億千瓦，占比首次低于90%。新型儲能累計裝機(jī)規(guī)模3000萬千瓦，同比增長67.7%，其中鋰離子電池裝機(jī)約2300萬千瓦，占據(jù)主導(dǎo)地位。在3000萬千瓦的新型儲能裝機(jī)中，美國是裝機(jī)量最大的國家，約650萬千瓦，中國緊隨其后，裝機(jī)量約580萬千瓦。其他新型儲能裝機(jī)較多的國家包括韓國、英國、德國、澳大利亞和日本。

我國截至2021年底，電力儲能裝機(jī)約4600萬千瓦，相比于2020年增長30%，占全球電力系統(tǒng)儲能裝機(jī)量的22%。2021年全年新增電力儲能裝機(jī)約1000萬千瓦，其中抽水蓄能增加約800萬千瓦，新型儲能裝機(jī)增加約200萬千瓦。在新型儲能的580萬裝機(jī)中，鋰離子電池占比最高，接近90%，折合裝機(jī)規(guī)模約520萬千瓦。其余新型儲能中，鉛蓄電池和壓縮空氣儲能占比相對較大。從各省已投運(yùn)新型儲能裝機(jī)情況看，江蘇省裝機(jī)量第一，已超過100萬千瓦，廣東省和山東省次之，其余有較大裝機(jī)的省份包括青海、內(nèi)蒙古、湖南、安徽等。

圖：中國分省儲能累計裝機(jī)情況

技術(shù)發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀

新型儲能所包括的技術(shù)類型眾多，按照能量存儲方式不同主要分為機(jī)械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能、化學(xué)儲能和儲熱等幾大類。每大類技術(shù)當(dāng)中又有多種完全不同的技術(shù)路線。根據(jù)放電時長，可將其分為功率型電儲能、能量型電儲能以及儲熱（冷）技術(shù)。本文主要總結(jié)和對比各類能量型電儲能技術(shù)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)性參數(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀，且由于鋰離子電池發(fā)展相對較為成熟，相關(guān)參考資料較多，故本文重點(diǎn)介紹壓縮空氣儲能、重力儲能、液流電池儲能、鈉離子電池儲能、氫儲能等五種側(cè)重于能量型應(yīng)用的儲能技術(shù)，對其技術(shù)原理、技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性潛力、應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)梳理分析。

技術(shù)原理：壓縮空氣儲能(Compressed Air Energy Storage，簡稱 CAES)，是機(jī)械儲能的一種形式。在電網(wǎng)低谷時，利用富余的電能，帶動壓縮機(jī)生產(chǎn)高壓空氣，并將高壓空氣存入儲氣室中，電能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力勢能；當(dāng)電網(wǎng)高峰或用戶需求電能時，空氣從儲氣室釋放，然后進(jìn)入膨脹機(jī)中對外輸出軸功，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，又將空氣的壓力勢能轉(zhuǎn)化為電能。CAES儲能系統(tǒng)中的高壓空氣在進(jìn)入膨脹機(jī)做功前，需要對高壓空氣進(jìn)行加熱，以提高功率密度。根據(jù)加熱的熱源不同，可以分為燃燒燃料的壓縮空氣儲能系統(tǒng)（即補(bǔ)燃式傳統(tǒng)壓縮空氣儲能）、帶儲熱的壓縮空氣儲能系統(tǒng)和無熱源的壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（AA-CAES）在傳統(tǒng)CAES系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入蓄熱技術(shù)，利用蓄熱介質(zhì)回收壓縮階段產(chǎn)生的壓縮熱，并將高溫蓄熱介質(zhì)儲存起來，在釋能階段時高溫蓄熱介質(zhì)通過換熱器對高壓空氣進(jìn)行預(yù)熱。蓄熱系統(tǒng)代替了燃燒室的補(bǔ)充燃燒來加熱空氣，從而達(dá)到減小系統(tǒng)能量損失、提高效率的目的。此外，有些AA-CAES系統(tǒng)采用液態(tài)壓縮空氣存儲在儲罐中的形式，擺脫了自然條件的限制。

壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能技術(shù)在本報告所討論的新型儲能技術(shù)中屬于相對進(jìn)展較快、技術(shù)較為成熟的技術(shù)，已進(jìn)入100MW級示范項(xiàng)目階段。早期壓縮空氣儲能系統(tǒng)依賴燃?xì)庋a(bǔ)燃和自然儲氣洞穴，但目前已無需補(bǔ)燃，并可以應(yīng)用人造儲氣空間。壓縮空氣儲能技術(shù)與燃機(jī)技術(shù)同宗同源，主要痛點(diǎn)在于設(shè)備制造和性能提升。大型壓氣設(shè)備、膨脹設(shè)備、蓄熱設(shè)備、儲罐等設(shè)備的性能提升是效率、經(jīng)濟(jì)性和可靠性提升的關(guān)鍵。十四五期間壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率有望提升至65%~70%，系統(tǒng)成本降至1000~1500元/kW·h?！笆逦濉蹦┘爸笙到y(tǒng)效率有望達(dá)70%及以上，系統(tǒng)成本降至800~1000元/kW·h。

技術(shù)優(yōu)劣勢：壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有容量大、工作時間長、經(jīng)濟(jì)性能好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點(diǎn)。壓縮空氣儲能系統(tǒng)適合建造大型儲能電站（>100MW），放電時長可達(dá)4小時以上，適合作為長時儲能系統(tǒng)。壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壽命很長，可以儲/釋能上萬次，壽命可達(dá)40年以上；并且其效率最高可以達(dá)到70%左右。壓縮空氣儲能技術(shù)與蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)同宗同源，技術(shù)通用性強(qiáng)，設(shè)備開發(fā)基礎(chǔ)較好，建造成本和運(yùn)行成本容易控制，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

產(chǎn)業(yè)鏈及成本：壓縮空氣儲能的上游主要是原材料與核心部件（模具、鑄件、管道、閥門、儲罐等）的生產(chǎn)加工、裝配、制造行業(yè)，屬于機(jī)械工業(yè)的一部分，但涉及壓縮空氣儲能本身特性和性能要求，對基礎(chǔ)部件的設(shè)計、加工要求較為嚴(yán)格。中游主要是關(guān)鍵設(shè)備（壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、燃燒室、儲熱/換熱器等）設(shè)計制造、系統(tǒng)集成控制相關(guān)的行業(yè)，屬于技術(shù)密集型的高端制造業(yè)，具有多學(xué)科、技術(shù)交叉等特性。下游主要是用戶對壓縮空氣儲能系統(tǒng)的使用和需求，涉及常規(guī)電力輸配送、可再生能源大規(guī)模接入、分布式能源系統(tǒng)、智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)等多個行業(yè)領(lǐng)域。

現(xiàn)階段百兆瓦級壓縮空氣儲能功率成本約為4000-6000元/kW，能量成本約為1000-2500元/kWh，循環(huán)效率可達(dá)65-70%，運(yùn)行壽命約為40-60年。壓縮空氣系統(tǒng)初投資成本主要包括系統(tǒng)設(shè)備、土地費(fèi)用和基建等。系統(tǒng)設(shè)備包括了壓縮機(jī)機(jī)組、膨脹機(jī)機(jī)組、蓄熱系統(tǒng)（換熱器、蓄熱器、蓄熱介質(zhì)、管道）、電氣及控制設(shè)備、儲氣室等。

液流電池液流電池具有容量大、安全性好、功率與容量解耦等優(yōu)點(diǎn)，適合作為大規(guī)模長時儲能的選擇。全釩液流電池是目前最為成熟的液流電池體系，釩的多價態(tài)特性使得其面臨的技術(shù)問題最少，技術(shù)最為成熟。但主要活性物質(zhì)釩的成本占系統(tǒng)成本比例高，限制了其造價的下降。全釩液流電池目前國內(nèi)進(jìn)展較快，5MW/10MWh項(xiàng)目已安全穩(wěn)定運(yùn)行8年以上。200MW/800MWh項(xiàng)目已進(jìn)入調(diào)試階段。其他形式液流電池目前多處于kW~MW級別的示范階段。

全釩液流電池成本目前在2500~3500元/kWh 區(qū)間。若考慮釩電解液殘值占原值的70%，以及8小時以上的長時儲能，價格有望下降至800-1400元/kWh。但近一年來，五氧化二釩價格大幅上漲，使得其成本壓力大增。鋅基、鐵基等體系具有活性物質(zhì)儲量大、價格低的特點(diǎn)。但面臨的工藝問題，科研問題較多，相對全釩電池來講技術(shù)更為復(fù)雜，需要更長的時間進(jìn)行研發(fā)示范。

從理論上講，離子價態(tài)變化的離子對可以組成多種氧化還原液流電池。根據(jù)液流形式分類，液流電池可分為雙液流電池和單液流電池。根據(jù)沉積和相變與否，可分為沉積型電池和不沉積型電池。根據(jù)活性材料分類，可分為全釩液流電池，鋅基液流電池（鋅溴、鋅鐵、鋅鎳、鋅空氣等），鐵鉻液流電池、全鐵液流電池等等。相比全釩液流電池，其他液流電池技術(shù)成熟度稍低，仍然面臨活性物質(zhì)的沉積、電解液互竄、功率密度低、容量和能量無法完全解耦、析氫和析氧等問題。

五氧化二釩和隔膜占據(jù)了原料成本的60~80%。且隨著儲能時長增長，五氧化二釩成本所占比例逐漸增加。五氧化二釩市場目前是典型的現(xiàn)貨市場，短期釩價波動會直接影響全釩液流電池造價，因此，相對穩(wěn)定的釩價有利于液流電池行業(yè)的成本控制。雖然全釩液流電池初始投入成本相對較高，但是全釩液流電池的電解液性能衰減較慢，通過在線或離線再生后可循環(huán)使用，且電解液中釩的價值長期存在（殘值相對較高），其可循環(huán)利用和殘值率較高的特性對于初始投入成本分?jǐn)偤秃罄m(xù)年度運(yùn)維成本等具有一定優(yōu)勢。

圖：壓縮空氣儲能示意圖

鈉離子電池鈉離子電池具有理論成本低、特性與鋰離子電池相近、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，適合在對成本要求苛刻的應(yīng)用場景下替代成本較高的鋰離子電池。鈉離子電池的正負(fù)極材料所需資源在地殼儲量豐富，分布均勻，且開采更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保，被業(yè)界認(rèn)為是比鋰離子電池更具經(jīng)濟(jì)性的電池技術(shù)。目前鈉離子電池技術(shù)主要分為三條路線，即層狀過渡金屬鈉離子氧化物、普魯士藍(lán)、聚陰離子類鈉離子化合物，三條路線均由行業(yè)龍頭企業(yè)布局，均處于實(shí)驗(yàn)室向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的階段。目前我國在鈉離子電池領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，中科海鈉、寧德時代、立方新能源等企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的初步量產(chǎn)，并推出了成熟的產(chǎn)品線。

性能參數(shù)方面，各領(lǐng)先鈉離子電池生產(chǎn)商所開發(fā)產(chǎn)品的能量密度已超過140Wh/kg，仍在向鋰離子電池當(dāng)前水平靠近。在碳酸鋰價格（當(dāng)前價格50萬元 /噸）居高不下的今天，碳酸鈉的價格始終維持在2000元/噸，電芯成本保持在0.4~0.5元/Wh，行業(yè)估計鈉離子電池最終成本將比鋰離子電池低20~40%。鈉離子電池在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下展現(xiàn)出了較高的安全性能，同時與鋰離子電池工藝兼容，現(xiàn)有生產(chǎn)廠商轉(zhuǎn)型更加容易。

圖：壓縮空氣儲能成本構(gòu)成

正極材料成本在電芯成本中占主導(dǎo)地位，參考2022年上半年數(shù)據(jù)，銅鐵錳層狀氧化物估計成本約為2.9萬元/噸，鎳鐵錳層狀氧化物約為4.2萬元/噸，普魯士白類為2.2~2.6萬元/噸。負(fù)極材料硬碳依據(jù)廠商供應(yīng)鏈資源價格差別較大，在10~20萬元/噸不等，目前諸多廠商宣稱硬碳成本有較大下降空間。電解液成本同樣也是電池成本的重要組成部分，鈉離子電池電解質(zhì)鹽一般為六氟磷酸鈉，參考目前碳酸鈉0.3萬元/噸的成本，電解液成本預(yù)計低于2萬元/噸。鈉離子電池正負(fù)極均可以使用鋁箔作為集流體，目前價格在3~4萬元/噸。

重力儲能固體介質(zhì)的重力儲能是近期重力儲能商業(yè)化的主要發(fā)展方向，水介質(zhì)的新型重力儲能技術(shù)尚停留在理論研究階段，除傳統(tǒng)抽蓄外的新型水介質(zhì)重力儲能目前尚未有商業(yè)化的產(chǎn)品。Energy Vault采用的提升砌塊作為存儲電能的方式已掌握較為成熟的技術(shù)，并已開始應(yīng)用于小規(guī)模示范項(xiàng)目中，但尚未出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，其技術(shù)成熟度有待示范項(xiàng)目的驗(yàn)證。若能有較成功的示范，砌塊重力儲能具有可擴(kuò)展性高、度電成本較低的優(yōu)勢，在中長時儲能中有相對廣闊的應(yīng)用前景。礦井重力儲能利用廢棄礦井進(jìn)行能量存儲，礦井高差通常比人工構(gòu)筑物更大，如果將數(shù)百米深的廢棄礦井利用部署重力儲能，其儲能效率和儲能密度均能夠超越以人工構(gòu)筑高差部署重力儲能的方式。

氫儲能技術(shù)原理。氫儲能屬于化學(xué)儲能，化學(xué)儲能利用電能將低能物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高能物質(zhì)進(jìn)行存儲，從而實(shí)現(xiàn)儲能。目前，常見的化學(xué)儲能主要包括氫儲能和將氫進(jìn)一步合成燃料（甲烷、甲醇等）儲能。這些儲能載體本身是可以直接利用的燃料，因此，化學(xué)儲能與前述其他電儲能技術(shù)（輸入、輸出均為電能）存在明顯區(qū)別：如果終端可以直接利用氫、甲烷等物質(zhì)，如氫燃料電池汽車、熱電聯(lián)供、化工生產(chǎn)等。長遠(yuǎn)看，可以這些儲能載體性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，在需要時將其轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)的電能。目前，在化學(xué)儲能技術(shù)中，氫儲能相對成熟，依托電解水制氫設(shè)備和氫燃料電池（或摻氫燃?xì)廨啓C(jī)）實(shí)現(xiàn)電能和氫能的相互轉(zhuǎn)化。儲能時，利用富余電能電解水制氫并存儲，釋能時，用氫燃料電池或氫發(fā)電機(jī)發(fā)電。

氫儲能需要完成電—?dú)洹姷霓D(zhuǎn)換，涉及“制、儲、運(yùn)、用”四個環(huán)節(jié)，整個過程較為復(fù)雜。在制氫環(huán)節(jié)，電制氫技術(shù)包括堿性水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜水電解(PEM)、陰離子交換膜水電解（AEM）以及固體氧化物水電解（SOEC）四種。前三種為常溫（60~90℃）電解槽，SOEC為高溫（600~1000℃）電解槽。堿性電解槽利用在水中加入的堿性電解質(zhì)增加水的導(dǎo)電性，提高電解效率。其結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、價格便宜，是目前主流的電解水制氫方法，缺點(diǎn)是效率較低，電解槽效率約為75%，系統(tǒng)效率為60~70%，同時受限于隔膜機(jī)械強(qiáng)度，功率靈活調(diào)節(jié)速度有限。質(zhì)子交換膜技術(shù)利用質(zhì)子交換膜代替了原有的隔膜和電解質(zhì)，由于質(zhì)子交換膜薄且質(zhì)子遷移速度快，能夠明顯減小電解槽的體積和電阻，使電解槽效率達(dá)到80%左右。

圖：釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈

由于目前質(zhì)子交換膜價格較高，且被水浸潤時酸性較強(qiáng)，電極只能采用耐酸的鉑等貴金屬，因此質(zhì)子交換膜電解制氫成本相對昂貴。陰離子交換膜電解槽結(jié)構(gòu)與質(zhì)子交換膜電解槽類似，主要結(jié)構(gòu)由陰離子交換膜和兩個過渡金屬催化電極組成，一般采用純水或低濃度堿性溶液用作電解質(zhì)。陰離子膜交換膜是AEM電解水系統(tǒng)中的重要組成部分，也是該技術(shù)與PEM技術(shù)最大的區(qū)別，其作用是將陰離子OH?從陰極傳導(dǎo)到陽極，同時阻隔氣體和電子在電極間直接傳遞。固體氧化物電解槽技術(shù)利用固體氧化物作為電解質(zhì)，在高溫（600~1000℃)環(huán)境下，讓水蒸氣通過多孔的陰極，氫離子獲得電子后成為氫氣，氧離子通過固體氧化物在陽極失去電子成為氧氣。由于高溫環(huán)境下離子活性增強(qiáng)，因此其電解效率最高，可以達(dá)到90%。該方法還處于試驗(yàn)研究階段。

此外，還可以將綠氫通過合成氨工藝或氫制甲醇工藝轉(zhuǎn)化為氨或甲醇進(jìn)行儲存，使用時再通過氨催化裂解和甲醇催化裂解制氫，或直接將氨、甲醇進(jìn)行應(yīng)用。液氨的沸點(diǎn)為-33.5℃，甲醇的沸點(diǎn)為-64.8℃，因此液化及儲存成本遠(yuǎn)低于氫，另一方面氨和甲烷的合成及裂解技術(shù)成熟，只需針對可再生能源制氫工藝進(jìn)行部分優(yōu)化調(diào)整。更重要的是，合成甲醇所用二氧化碳可通過碳捕集技術(shù)（CCUS）獲得，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程“負(fù)碳排”，在減碳角度具有較大優(yōu)勢。

氫發(fā)電技術(shù)主要包括氫發(fā)電機(jī)和氫燃料電池兩種。氫發(fā)電機(jī)主要以氫氣（或與天然氣的混合氣）為燃料，利用內(nèi)燃機(jī)原理，經(jīng)過吸氣、壓縮、燃燒、排氣過程，帶動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流輸出。氫燃料電池是利用電解水的逆反應(yīng)，把氫的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。相比而言，燃料電池發(fā)電效率更高、噪聲小、沒有污染物排放且容易實(shí)現(xiàn)小型化，發(fā)展前景更加廣闊。

氫燃料電池主要分為堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池等類型。堿性燃料電池（AFC）是燃料電池系統(tǒng)中最早開發(fā)并獲得成功應(yīng)用的一種，通常以氫氧化鉀作為電解質(zhì)，多用于宇宙探測飛行等特殊用途的動力電源。質(zhì)子交換膜燃料電池由質(zhì)子交換膜、電催化劑、氣體擴(kuò)散層、雙極板等部分組成，具有工作溫度低、啟動快、功率密度高等優(yōu)勢，是目前發(fā)展最快、在氫能汽車和氫能發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用最廣的燃料電池。固體氧化物燃料電池屬于高溫燃料電池，具有全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)，其綜合效率高，對燃料的適應(yīng)性廣，適用于熱電聯(lián)供，目前研究的焦點(diǎn)在于電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和制備技術(shù)的改進(jìn)。

化學(xué)儲能與前述其他電儲能技術(shù)存在明顯區(qū)別：如果終端可以直接利用氫、甲烷等物質(zhì)，如氫燃料電池汽車、熱電聯(lián)供、化工生產(chǎn)等，這些儲能載體不必再轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)的電能，可以提高整體用能效率。若必須將氫、氨、甲烷再轉(zhuǎn)化為電能，由于工藝鏈條較長，其能量利用效率較低，固定投資高，經(jīng)濟(jì)性較其他儲能手段較差。

化學(xué)儲能更適合發(fā)電側(cè)長周期、大容量過剩的應(yīng)用場景，例如在水電的豐水期，大規(guī)模光伏項(xiàng)目的發(fā)電高峰等。由于可以持續(xù)將電能轉(zhuǎn)化為氫、氨和甲醇等物質(zhì)，在運(yùn)輸能力相匹配的前提下，化學(xué)儲能在儲能功率和儲能容量上都有極為明顯優(yōu)勢。氫或其他合成燃料是具有實(shí)體的物質(zhì)，相對于直接儲電，存儲更容易實(shí)現(xiàn)。例如，氫的單位質(zhì)量熱值高達(dá)1.4×108J/kg，儲氫能量密度高，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模儲能?；瘜W(xué)儲能的缺點(diǎn)是電-電轉(zhuǎn)換效率低，儲運(yùn)設(shè)備成本高，并且氫、甲烷等燃料屬于易燃易爆品，存儲過程存在一定的安全隱患?；瘜W(xué)儲能涉及制取、儲存、發(fā)電三個環(huán)節(jié)，以氫儲能為例，主要包括電制氫、氫儲運(yùn)和氫發(fā)電。

氫儲運(yùn)成本主要受存儲方式、運(yùn)輸方式和運(yùn)輸距離等因素影響。氣態(tài)儲氫（3~35MPa）單次成本為2~3元/kg，液態(tài)儲氫單次成本為20~25元/kg，合成氨儲氫單次成本為6~8元/kg。公路運(yùn)輸高壓氣態(tài)氫成本每噸為80~100元/km, 公路運(yùn)輸高壓氣態(tài)氫成本每噸為10~15元/km 海運(yùn)液氫成本每噸約0.5元/km。內(nèi)徑500mm設(shè)計壓力4MPa的氫氣管道輸氫成本每噸約0.5~1元/km。發(fā)電單元，以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，其電堆造價為2000~4000元/KW，電堆成本約占系統(tǒng)總成本的60%。貴金屬催化劑和全氟磺酸膜價格昂貴，是推高燃料電池造價的主要原因。降低催化劑中鉑的用量、開發(fā)非貴金屬催化劑及價格低廉的非氟質(zhì)子交換膜是 降低成本的關(guān)鍵。

其他先進(jìn)儲能技術(shù)（固態(tài)鋰離子電池）技術(shù)原理：固態(tài)電池是一種以固體材料構(gòu)成電極與電解質(zhì)的鋰離子電池技術(shù)，其工作原理與傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰離子電池相同，均屬于“搖椅式電池”范疇，既通過可逆氧化還原反應(yīng)，使得鋰離子在正負(fù)電極之間反復(fù)游走，實(shí)現(xiàn)電能的儲存或釋放。固態(tài)電池的正極可由碳、鈦酸鹽、金屬鋰極及其合金構(gòu)成，負(fù)極可由金屬氧化物、硫化 物、釩氧化物等構(gòu)成，目前鈉硫電池（金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、β-氧化鋁管為固態(tài)電 解質(zhì)）技術(shù)路線最具代表性。

技術(shù)特點(diǎn)：安全性能好是固態(tài)電池相對于傳統(tǒng)（液態(tài)電解質(zhì)）鋰電池的最大優(yōu)勢，其固態(tài)電解質(zhì)不可流動，熱穩(wěn)定性好，抗損壞能力強(qiáng)，在破損條件下不會產(chǎn)生漏液及易燃易爆氣體，極大改善了鋰電池所面臨的安全性問題。理論能量密度高也是行業(yè)關(guān)注固態(tài)電池的重要原因。理論上，固態(tài)電解質(zhì)對比液體有著 更大的材料密度，從而意味著更高的能量密度，目前固態(tài)電池的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)已超過400Wh/kg，顯著優(yōu)于鋰電池平均水平。另外憑借其電解質(zhì)極佳的物理與化學(xué)穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)室條件下固態(tài)電池也展現(xiàn)出了低溫性能好以及循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。目前由于生產(chǎn)技術(shù)、PACK工藝、電極材料接觸面導(dǎo)電性等方面的問題，導(dǎo)致達(dá)到量產(chǎn)標(biāo) 準(zhǔn)的固態(tài)電池能量密度尚不及成熟鋰離子電池。由于產(chǎn)業(yè)鏈不成熟以及工藝復(fù)雜等原因，固態(tài)電池當(dāng)前成本遠(yuǎn)超液態(tài)鋰離子電池。

圖：鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈

042023儲能產(chǎn)業(yè)鏈五大趨勢

2023年開年，多維度釋放出“儲能產(chǎn)業(yè)鏈新的發(fā)展趨勢”信號。

無論是從政策還是擴(kuò)產(chǎn)步伐，抑或是開年訂單來看,儲能都表現(xiàn)出了強(qiáng)勁的爆發(fā)力。而伴隨原材料供需關(guān)系的改變、儲能參與電力市場機(jī)制步入深水區(qū)、儲能全新競速關(guān)系出現(xiàn)，儲能產(chǎn)業(yè)鏈在2023年至少出現(xiàn)五大“發(fā)展動向”。

趨勢1：儲能毛利率向上

2022年，儲能毛利率之憂貫穿全年，“增收不增利”成為常態(tài)化。

公開數(shù)據(jù)顯示，2021年初至2022年底近兩年時間內(nèi)，電池級碳酸鋰漲幅超10倍。上游核心原材料價格猛漲，儲能系統(tǒng)漲價幅度達(dá)30%～50%。

但2022年底以來，碳酸鋰等原材料成本壓力得到緩解。2022年12月至2023年2月，碳酸鋰已經(jīng)保持三個月連跌態(tài)勢，電池級碳酸鋰均價跌破45萬元/噸，較去年11月上旬的最高點(diǎn)下跌幅度超15萬元/噸，且目前價格仍在進(jìn)一步下探。

此外，2022年以來，儲能電池產(chǎn)能布局加速，尤其280Ah電池產(chǎn)能得到將在2023年Q1較為集中釋放。2023年，伴隨碳酸鋰和四大主材成本下降明顯疊加儲能電池產(chǎn)能加速釋放，儲能毛利率向上趨勢明顯。

趨勢2：技術(shù)走向縱深

比亞迪全球儲能負(fù)責(zé)人尹小強(qiáng)曾向高工儲能預(yù)測到，在中國當(dāng)前環(huán)境下培育出來的儲能的市場競爭力會比海外更加強(qiáng)勁。2023年儲能應(yīng)該很快就爆開了。

這個爆發(fā)除了市場，技術(shù)端競速越來越明顯。從電池端來看，2023年，儲能技術(shù)極大明顯動向，比亞迪刀片電池、300Ah及以上大容量電芯等具備行業(yè)競爭力的電池加速滲透到儲能。

比亞迪刀片電池是業(yè)內(nèi)首款方形鋁殼疊片型動力電池，通過包括針刺實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的全部車規(guī)級電池測試。2023年，比亞迪刀片電池版儲能系統(tǒng)問世。比亞迪表示，這是一款專為儲能而生的系統(tǒng)產(chǎn)品，能解決儲能行業(yè)面臨的安全、成本、壽命、效率等痛點(diǎn)。

此外，大容量儲能電芯已經(jīng)成為儲能電池重要看點(diǎn)之一。2022年以來，海辰儲能、瑞浦蘭鈞、億緯鋰能、天合儲能、遠(yuǎn)景動力、?；履茉吹认嗬^發(fā)布大容量儲能電芯。而從各電池廠產(chǎn)能、技術(shù)、產(chǎn)品等布局態(tài)勢來看，基于容量、循環(huán)次數(shù)等的競速將在2023年進(jìn)一步升華。

從系統(tǒng)端來看，更安全、高效的儲能系統(tǒng)競速態(tài)勢正在進(jìn)一步演化。2022年，海博思創(chuàng)針對戶用、儲能電站及工商業(yè)等不同應(yīng)用場景研發(fā)出新一代HyperSafe系列本質(zhì)安全固態(tài)電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)品；陽光電源面向大型地面、工商業(yè)電站應(yīng)用場景發(fā)布“三電融合”的全系列液冷儲能解決方案PowerTitan、PowerStack；天合儲能發(fā)布萬次循環(huán)液冷系統(tǒng)TrinaStorage Elementa；新風(fēng)光等發(fā)布高壓級聯(lián)儲能并網(wǎng)產(chǎn)品。

組串式、集中式、集散式、高壓級聯(lián)式、模塊化儲能系統(tǒng)等針對各類應(yīng)用場景的系統(tǒng)加速競速。2023年，伴隨各類儲能應(yīng)用場景加速爆發(fā)，這種技術(shù)上“百家爭鳴”之勢將進(jìn)一步加劇。

趨勢3：電力機(jī)制步入深水區(qū)

在政策端，《朔州市“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》開啟了2023年地方儲能發(fā)展綱領(lǐng)性文件“信號”?！端分莘桨浮诽岢?，朔州市將在2025年實(shí)現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變，到2030年實(shí)現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。

除了綱領(lǐng)性文件外，全國電力市場改革加速。2月1日，福建省能監(jiān)辦發(fā)布了《福建電力市場運(yùn)營基本規(guī)則（試行）》。該規(guī)則規(guī)定：包括儲能企業(yè)、負(fù)荷集合商、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等在內(nèi)的新興市場主體，均可參與福建電力市場。 值得注意的是，福建電力市場分為：電力批發(fā)市場、電力零售市場，其中電力批發(fā)市場由電能量市場、輔助服務(wù)市場構(gòu)成，在時機(jī)成熟時，還將開展容量市場。電力批發(fā)市場，將成為2023年儲能最主要的目標(biāo)市場。

朔州的儲能發(fā)展方案、福建的電力市場改革等只是一個縮影。2023年將進(jìn)一步迎來儲能政策細(xì)化。

趨勢4：擴(kuò)投產(chǎn)全面加速

從2023年開年的擴(kuò)投產(chǎn)來看，以儲能電池和儲能系統(tǒng)為主，且從儲能電池技術(shù)類別來看，仍以鋰離子電池居多，但同時也注意到液流電池和飛輪儲能等新型儲能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化也在逐步推進(jìn)。

從擴(kuò)投產(chǎn)端來看，2023年以來的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模均為GWh級別，億緯鋰能、盛虹集團(tuán)、中航鋰電、巨灣技研、雙一力儲能、雄韜股份、贛鋒鋰業(yè)、卓陽能源、庫博能源等加速儲能賽道競速，其中以盛虹集團(tuán)和億緯鋰能規(guī)模較大。

盛虹集團(tuán)作為跨界來的上市公司，計劃在江蘇張家港投資306億建設(shè)60GWh儲能電池超級工廠和新能源電池研究院。

以億緯鋰能、盛虹股份、巨灣技研、蘭鈞新能源、卓陽能源等擴(kuò)產(chǎn)為開端，全年競爭之勢初成。其中盛虹集團(tuán)、卓陽能源等擴(kuò)產(chǎn)，代表著關(guān)聯(lián)性企業(yè)的加速跨界；而億緯鋰能、巨灣技研、雄韜股份、贛鋒鋰業(yè)等擴(kuò)產(chǎn)，意味著動力賽道企業(yè)加速延伸到儲能領(lǐng)域。2023年，儲能領(lǐng)域不僅在產(chǎn)能上進(jìn)一步競速，還意味著儲能賽道競速將進(jìn)一步升級。

趨勢5：訂單、牽手更加頻繁

2022年，儲能規(guī)?；l(fā)展之勢初成，2023年正在延續(xù)這種增長勢頭。

從開年訂單來看，儲能“狂飆”信號明顯。以海辰儲能為例，其開年訂單接連落地。開年至今，海辰儲能已簽訂、中標(biāo)超百億訂單，涉及總量超20GWh。春節(jié)假期內(nèi)，海辰儲能生產(chǎn)任務(wù)量相較同期增長5倍以上。

同樣，眾企業(yè)也在開年“出?！笔斋@頗豐。2023年開年，比亞迪儲能543MWh Cube Pro液冷儲能系統(tǒng)在拉斯維加斯地區(qū)啟動部署，該項(xiàng)目將于2023年第二季度開始建設(shè)，預(yù)計于年底商業(yè)運(yùn)營。天合儲能在海外市場再次斬獲超100MWh儲能訂單，將在英國應(yīng)用液冷系統(tǒng)TrinaStorage Elementa。

可以預(yù)見的是，伴隨儲能市場激增，儲能各產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將在在訂單、企業(yè)合作進(jìn)一步加速突破。