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储能行业分析报告
2017年储能行业分析报告
2017年11月
一、储能发展指导意见将印发,规模化应用有望快速推进................4
二、储能作用巨大,经济性驱动增长....................................................4
1、储能是发展必经之路,发展储能是大势所趋................................................4
2、主要的储能类型及其适用场景........................................................................6
3、近几年用户侧储能快速建设............................................................................7
三、铅炭电池储能突出,商业化项目落地增速....................................9
1、技术提升促进储能成本下降..........................................................................10
(1)南都电源铅炭电池...................................................................................................10
(2)圣阳股份铅炭电池...................................................................................................12
(3)双登集团铅炭电池...................................................................................................12
①充电接受能力好......................................................................................................13
②PSoC循环寿命长...................................................................................................13
③产品一致性好.........................................................................................................13
2、规模化效应带来的成本下降..........................................................................13
3、相比锂电池,铅炭电池具有明显成本优势..................................................14
4、铅资源具有回收价值......................................................................................18
四、用户侧储能先行,发电侧储能跟进..............................................19
1、用户侧储能具备经济性..................................................................................19
2、储能系统的典型配置......................................................................................21
3、用户侧储能潜藏巨大市场发展空间..............................................................24
4、发电侧储能面临瓶颈,突破后潜力巨大......................................................26
五、南都电源:
布局全产业链,优势明显...........................................27
储能政策将印发,储能装机容量持续爆发式增长:
我国首部储能综合性文件《促进储能技术与产业发展的指导意见》预计将于近日印发。
截止2016年,我国化学储能装机总规模已经达到约400MW,在建工程规模超过300MW,政策的印发将保证储能装机规模持续快速增长。
铅炭电池作为技术成熟,使用安全、环保,成本合理的储能系统,在用户侧储能领域率先开始大规模应用。
对发电侧,储能是改善限电、降低弃风弃光的重要手段,具有重要意义。
经济性是根本推动因素,由于可以利用峰谷价差进行削峰填谷,用户侧储能可以实现即时和明显的经济效益。
只要峰谷价差达到0.60元/kWh以上,就可以实现盈利。
而随着电池技术及系统管理技术的提升,储能系统的成本将进一步下降。
铅炭电池为主的用户侧储能已经进入了大建设时期。
铅资源具有回收价值:
铅炭电池经济性的另一点体现,是其中最重要的原料铅资源具有很高的回收价值,而且再生铅产业已经非常成熟。
目前,即使不考虑铅资源回收的收益,铅炭电池在用户侧储能的引用已经可以实现盈利,如果将铅二次利用的收益也计算在内,则经济性更加明显。
发电侧储能仍需时间:
化学储能的另一个重要应用领域是发电侧储能,尤其是新能源发电。
单个新能源发电项目规模一般较小,比较适合化学储能应用,是调峰调频的重要手段。
但是目前在发电侧大规模推广仍然面临着实际的困难,要通过储能改善限电,需要至少在一个地区内普遍地实现发电侧储能,然后进行统一的管理,否则对于电网而言,个别实现了储能的新能源发电仍然是不可预测、难以消纳的。
因此,发电侧储能将经历更长的周期。
一、储能发展指导意见将印发,规模化应用有望快速推进
在支持储能发展的政策环境构建方面,我国首部针对储能的综合性政策文件——《促进储能技术与产业发展的指导意见》,目前已经基本走完签批程序,预计近期将正式印发。
《指导意见》全面利好储能业务,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并强调了储能的五大任务。
随着一系列政策利好,电力储能技术迎来全新的发展机遇。
《指导意见》将通过储能应用示范,形成一定的产业规模,形成创新与产业发展互相促进、快速迭代的态势,把储能推入快速发展轨道,加快突破成本高、规模小、发展速度慢等问题,全面推进储能的规模化应用。
二、储能作用巨大,经济性驱动增长
1、储能是发展必经之路,发展储能是大势所趋
伴随着经济的发展,能源的需求量不断上升,在全球石化能源紧张的今天,有效利用各种可再生能源进行发电是实现未来可持续发展的必经之路。
由于风、光等新能源本身具有的间歇性和不稳定性,阻碍了可再生能源发电的快速发展和应用。
可再生能源发电功率难以平稳,无法保证其电力系统的供电稳定。
然而,将储能系统应用于风电、光伏发电,却可以在很大程度上改变这一弊病。
储能系统的引入可以为新能源接入电网提供一定的缓冲,起到平抑波动、削峰填谷和能量调度的作用;可以在相当程度上改善新能源发电功率不稳定,一天之内可能多次出现波动的情况,从而改善电能质量、提升新能源发电的可预测性,提高利用率。
随着储能技术的不断发展,铅炭电池的成本得到了有效的下降,目前已降至不到0.45元/KWh。
成本下降所带来的储能经济性,为储能项目在用户侧打开了广阔的市场发展空间。
用户侧储能主要用来削峰填谷平滑成本,并且协助用户改善电能质量。
对于工厂以及办公楼宇来说,储能系统的引入有利于提高电网系统运行的稳定性,是参与调频调压、补偿负荷波动的一种手段,有效减少了生产流程和工作过程被供电不稳等外部因素影响的可能性。
对于家庭来说,分布式储能系统的应用有助于家庭将太阳能或风能转化为电能储存起来,在必要的时候自主提供一部分家庭用电,另外,剩余的电能也可以并入国家电网,提高效用。
2、主要的储能类型及其适用场景
表1展现了目前市场上主要的储能类型,从总体上来看,化学储能方式相较于物理储能效率更高,对于外部环境条件(如:
地理位置等)依赖性更小。
另外,化学储能相比于电磁储能而言,技术相对更
为成熟,应用范围更广,使得化学储能在当今和未来的储能产业发展中占据很重要的位置。
2016年化学储能成本大幅度下降,特别是铅炭电池成本已降至0.45元/KWh,使得储能产业的发展迎来新的经济性拐点。
在化学储能中,铅酸电池是化学储能中发展技术最成熟,性价比最高的一种储能方式,但是由于传统铅酸蓄电池的负极容易硫酸盐化,大大影响了铅酸蓄电池的使用寿命,因此经过研究改进,产生了铅炭电池,电池性能和使用寿命有了很大的改善。
当前,铅炭储能电池应用广泛的环节之一是用户侧储能。
用户侧储能的主要作用是削峰填谷平滑成本,以及协助用户改善电能质量。
铅炭电池储能的主要优势是效率较高、成本适中、占地面积较小、循环次数较好,比较适用在土地资源有限、充放电次数高的用户储能。
另外,铅碳电池成本下降带来的经济性使得铅炭储能电池在用户侧的商业化推广与应用具备了基本条件。
3、近几年用户侧储能快速建设
从全球角度看,自2008年以来,储能进入了快速成长阶段,装机规模以每年20%左右的速度快速增长。
我国自2013年以来,随着分布式光伏装机容量快速增长,以及2015年下半年以来电力体制改革加速进行,部分地区电价机制更加灵活,用户侧使用储能能够获得即时且明显的经济效益,用户侧储能装机容量快速增长。
此前,抽水储能是当今世界上应用最为广泛、且技术最为成熟的一种储能技术,该储能方式装机容量巨大,一般应用于大型电站。
但是由于抽水储能具有建设周期长、对地理位置条件依赖性比较大等特性,对于分布式储能项目来说并不适用,因此,近几年我国的储能领域正呈现出以抽水储能为主,逐步转向化学储能,提高其应用比例的整体趋势。
基于近几年化学储能技术的飞速发展,化学储能成本不断降低,储能经济性为化学储能的进一步商业化应用与推广提供了前提条件。
另外,在大力支持和发展可再生能源的政策背景下,近几年我国的新增光伏装机容量大体上呈现出一个上涨的趋势。
根据相关数据统计显示,截至2015年底,我国的光伏发电累计装机容量就已达到4318万千瓦,成为全球光伏发电装机容量最大的国家;截至2016年底,我国的新增和累计光伏装机容量均达到了全球第一。
分布式项目在近年也持续增长,2016年分布式光伏发电新增装机容量相比于2015年增长了200%。
三、铅炭电池储能突出,商业化项目落地增速
储能项目在实际生活中应用广泛,在大力发展利用可再生能源发电的今天,储能关系到了未来能源的使用方式和能源产业的发展变革。
对于用户侧来说,储能不仅能够帮助用户提高电网系统运行的稳定性,还能够利用储能成本下降所带来的经济性帮助用户节省用电成本。
对于发电侧来说,储能的引入则有助于调峰调频、改善限电,并且可以在很大程度上改善新能源发电功率的不稳定,在未来的可再生能源发电中有很大的市场发展及应用空间。
此外,随着储能技术的提升以及需求量的快速增长,化学储能,尤其是铅碳电池储能成本快速下降,目前电池成本不足0.45元/KWh,经济性突出,为储能项目的商业化推广奠定了基础。
1、技术提升促进储能成本下降
近年来,国内储能技术不断发展,特别是化学储能中的铅炭电池储能技术,得到了很大的突破与提高。
铅炭电池储能技术发展带来的储能成本下降产生的储能经济性,使得我国的储能行业迎来了新的拐点。
目前,国内掌握铅炭电池技术的企业主要有南都电源、圣阳股份与双登集团。
(1)南都电源铅炭电池
南都电源的铅炭电池主要具有以下优势:
1、更好的充放电接收能力:
100%深度放电后,以2.35V/单体恒压限流0.15C10(A)充电10h,充电量在放出电量的98%以上。
2、过充过放性能温度适应性:
使用环境温度范围为-40℃~+60℃。
3、耐短路性能、短路后再测试电池容量:
8次短接后,容量大于初始容量的98%。
4、自放电极低:
静置90天后剩余容量大于93%。
5、平稳的放电电压:
80%放电深度电池压降≤0.12V/单位;能够提供更高的能量密度。
6、70%DOD预期循环寿命4000次。
在实际运行中,南都电源的铅炭电池运行数据达到了设计数据标准。
目前南都电源的储能电池放电深度为70%,但电池完全可以满足80%DOD运行,按此计算,每天谷电时期充电8小时,平均日充电量为10666.7kWh;峰电时期放电8小时,平均日放电量为9600kWh;充放电效率为90%。
结合现有峰谷电价差,平均每天收益约为6773.33元,比70%充放电,收益提高了14%;按照每年运行360天计算,年收益约为243.84万元,收益提高14%。
预期的收益提高,主要是充放电效率的提升。
充电次数目前在6000次内,无明显衰减,70%的DOD已经考虑到衰减的可能性,未来缩小了之后仍然未达到极限。
80%为寿命终止,满足国际标准。
另外,从铅炭电池储能成本来看,南都电源目前已降到了不足0.45元/KWh,达到了国内铅炭电池储能成本的最低水平,这为南都电源铅炭电池的商业化推广与发展带来了其他公司铅炭电池无法超越的优势。
不同于其他储能电站,南都电源储能电站除了有电池外,自主提供的电池管理系统(BMS)以及过程控制系统(PCS)是一大亮点,配备电池管理系统,可以优化蓄电池的使用,延长寿命。
目前的储能项目中,若是能够拥有独立设计、制造全套的电池及控制系统,更能为客户提供优质的服务和解决方案,有利于公司增强客户粘性。
另外,南都电源的储能电站采取集中监控功能,即系统各部件状态都统一汇集到软件平台上,进行人性化的监控管理,提高系统管理运行效率。
电站本身采用的是集装箱形式,可以根据容量大小进行随意组合拆卸,方便运输,建站速度快,整体更为美观。
(2)圣阳股份铅炭电池
2014年6月,圣阳股份就与日本古河电池株式会社正式签署技术合作协议,双方拟就具有国际领先水平的大容量、深循环、超长寿命铅炭技术储能铅酸蓄电池产品进行战略合作。
该公司FCP铅炭电池将循环寿命70%D0D提高到了4200次以上,设计寿命15年。
在储能系统中高压电池组(600V)的循环寿命可达到3500次以上。
另外,公司凭借优异的电池循环功能,将储能电池度电成本降到了0.5元/KWh的水平,为储能项目的商业化推广开辟了盈利空间,但是该成本仍然略高于南都电源的铅炭电池储能项目。
(3)双登集团铅炭电池
双登集团根据普通蓄电池在储能场景的失效模式,对电池的板栅、隔膜、壳体等进行全新设计,针对性的开发出了铅炭电池。
该公司的铅炭电池主要特点包括:
①充电接受能力好
充电接受能力是铅碳电池的关键指标之一,铅炭电池的充电接受能力可达到普通铅酸蓄电池的2倍之多。
②PSoC循环寿命长
在30%~90%PSOC循环状态下,双登铅炭电池已循环4500+,仍为额定容量的97.5%,电池状态良好。
③产品一致性好
对成组电池系统电压检测,系统电池一致性好,成组电池开路压差小于13mV,对成组电池进行放电,放电终压差小于61mV。
2、规模化效应带来的成本下降
虽然储能技术在用户侧有很大的发展应用空间,但是目前来看,用户侧储能的市场规模仍然较小,且用户侧储能电站的规模也都在10-20MWh左右。
即使是商业化项目,也普遍为实验性质的储能项目。
然而随着储能技术的不断发展成熟,一方面,储能总装机容量和规模不断扩大,将得以实现规模化效应,成本将下降;另一方面,如果储能电站规模能够扩大,则单个电站的单位储能电量的成本可以下降,这是因为配电设施的价格会随着采购量的上升而下降;监控设备由于是公司自行生产的,因此生产成本和造价可控,突然出现大幅波动情况的可能性较小;另外,在接下来的储能项目商业化进程中,人工成本会随着远程监控的引入和应用率不断增高而降低,所以未来人工成本对于储能项目建造估算的影响将会越来越小。
3、相比锂电池,铅炭电池具有明显成本优势
铅炭电池和锂电池是目前化学储能中发展比较受关注的两种储能方式。
图3、图4展现了铅炭电池和锂电池的大致构成图及各自的成本比例。
可以看到,在铅炭电池中,铅在原材料中占比最高,达到了40%,其次是加工费,大概占到了30%。
而在锂电池中,正极材料及其成本占比高达40%,是决定锂电池成本的关键因素之一。
目前,比较常用的正极材料有磷酸铁锂、三元锂等,正极材料是区别多种锂电池的一种依据。
除此以外,隔膜的成本在整个锂电池成本构成中占比位居第二,大约在20%到30%之间。
目前,国内的锂电池隔膜大多数都是依靠从国外进口获得,隔膜技术是国内发展锂电池所要面临和突破的一个瓶颈。
作为铅碳电池的重要原材料,近年来,我国铅资源价格稳中有升。
得益于我国铅炭电池储能技术的飞速发展以及需求的增加,铅碳电池成本快速下降,目前电池储能成本已降至0.45元/KWh。
铅炭电池储能所具有的经济性,及其占地面积小、效率高的优点,使得铅炭电池储能拥有广泛的市场发展空间,订单量迅速增长。
除了成本方面以外,相比其他储能方式,锂电池具有自身独特的优势。
和铅炭电池相比,锂电池的能量密度高。
另外,锂电池响应速度高,循环性能好,在需要循环频率高、放电深度不稳定的环境中十分占据优势。
从图6和图7可以看到,近几年来,锂电技术在不断发展,锂电池成本持续下降,产量不断增加。
虽然如此,但和铅炭电池相比,锂电池储能的成本仍然太高,铅炭电池具有明显的成本优势。
4、铅资源具有回收价值
铅作为铅炭电池储能中一项重要的原材料,主要包括原生铅和再生铅两类。
我国近几年原生铅的产量有小幅下降,但是再生铅的产量却稳步上升,在2014年将近达到了160万吨。
一方面,是由于从2015年开始,针对铅冶炼行业的环保检查开始逐渐升级,到了2016年,更是加大了检查的频率和力度,造成了原生铅产量的一定减少;另一方面,由于循环经济、再生产业是国家的政策导向,最重要的是再生铅的技术不断发展成熟,生产成本也仅是原生铅的70%左右,因此预计未来再生铅在储能系统中的应用占比将会进一步提高。
受益于储能技术的提高,铅炭电池成本得到了有效的下降,其带来的储能经济性使得铅炭电池储能项目的商业化推广具备了一定可能性。
根据有关测算,在目前铅碳电池成本不足0.45元/KWh的情况下,只要电价差在0.65元/KWh左右,储能电站就能达到盈亏平衡。
除了储能经济性以外,储能需求量的增长使得储能商业化项目落地增速,订单数量已经爆发。
四、用户侧储能先行,发电侧储能跟进
1、用户侧储能具备经济性
储能技术的不断发展以及规模提升带来的储能应用成本下降,从而产生的经济性是近年来推动储能不断发展的根本因素。
从用户侧储能方面来说,目前最直接的收益来源是利用峰谷电价差进行削峰填谷。
随着储能度电成本的下降以及各省市峰谷电价差的实行,储能在削峰填谷应用中开始显现出商业价值。
目前,我国不同地区的峰谷电价仍然由各省发改委进行核定,根据有关测算,在峰谷价差达到0.9元/KWh的时候,可以在8年左右的时间实现约8%的IRR。
从表2、表3可以看到,目前全国大多数省份和许多城市已经实现了企业用电、居民用电峰谷电价差别收费的制度,这为储能在削峰填谷中的商业化推广与应用提供了可能盈利的前提条件。
另外,随着技术的不断成熟与发展,铅炭电池的度电成本不断下降。
假设按照表4所示,将铅炭储能应用于削峰填谷中,则运行期间,每天在零点到早晨八点谷电时间充电8小时,平均日充电量约为9300kwh,累计充放是平稳的。
峰电时期放电8小时,平均日放电量为8400kWh,铅炭电池的充放电效率可以达到90.51%。
财务计算的效率是85%。
若以峰时电价为1.05元,谷时电价0.31元测算,每天收益约为5938.03元,每年按照360天计算,年收益为2,137,691元。
由此可见,储能技术在未来削峰填谷的应用中有很大的商业价值和发展前景。
用户侧储能在推广应用中合作模式灵活。
以南都电源为例,其建立的储能电站自主提供了电池管理系统(BMS)和过程控制系统(PCS),优化了蓄电池的使用,延长寿命。
目前的储能项目中,若是能够拥有独立设计、制造全套的电池及控制系统,更能为客户提供优质的服务和解决方案,有利于公司增强客户粘性。
另外,在该合作模式中,业主方提供土地,由建设方出资建设,可获得一定程度上较为可观的收益。
目前,用户侧储能已经开始大规模开工建设,广泛应用于工厂、家庭和办公楼宇等处,有效提高了电力系统运行的稳定性。
基于储能项目之前在实际应用中已经有了丰富的经验积累,预期后期的商业化推广将会有良好的发展前景。
2、储能系统的典型配置
单体电池的电压较低,约1.5V左右,这是由化学反应的电势差所决定的,是一个特定值。
因此,为了组装出强大的储能系统,需要使用特殊的串并联电池单元连接。
这一点,对燃料电池或其他化学储能是一样的。
这样的串并联策略最初是为用于电力系统的大型符合调平装置而开发,现在在储能领域中也有广泛应用。
如果储能额定功率容量PS和电压VS已知,模块中并联电池单元的数量nP及模块中串联电池单元的数量nS计算公式为:
在每个模块中加入一定数量的冗余电池单元是有必要的,这样可以将电池单元故障对储能维护的影响降至最低。
这一点,对于维护工作较为复杂的燃料电池尤其有意义。
通常,建议每5个电池单元配一个冗余电池单元,即提供20%的冗余容量。
这种冗余水平可以将每台装置10年内的预期模块维修操作次数减少至1次,而未安装冗余电池单元的装置为60次,拥有10%冗余容量的装置为8次。
每个模块中的电池单元应排列为2排,并由安装于2排电池之间的导体梁支撑。
各电池单元都应连接至导体梁,并由焊接至梁的电池单元支撑箍固定。
各模块端部需焊接一定数量的支撑箍用于安装“增强”电池单元。
这样的构造,能够保证在电池使用寿命期间,可对损坏模块进行原位修复,从而大大降低电池的维修时间,并简化中央储能装置支撑框架。
中央储能部分包括相互连接的电池单元模块、模块间母线、模块隔板、支撑框架和绝缘外壳。
各个电池单元都必须安装有外接熔断器,以便在短路状态下保护中央储能装置不受电池单元故障影响。
此外,中央储能装置的任何接线端都必须安装熔断器,以便在外接系统故障时对电池单元进行保护。
不论是蓄电池或燃料电池,在电池单元内时使用的都是直流电。
由于电力系统使用交流电,因此使用此类储能技术时需通过功率变换系统将直流电转化为交流电。
最高效的方式是使用基于晶闸管的整流器和逆变器。
由于整流器和逆变器在运行期间需要消耗无功功率,需要安装无功补偿装置。
因为电力系统的电压通常远高于储能工作电压,需要通过交流变压器将AC-DC变换器链接至电力系统。
因此,电池储能功率变换系统应至少包含AC-DC整流器和DC
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