储能迎爆发机遇!三大核心技术路线,龙头全梳理
储能作为支持国家“双碳”战略的产业技术方向,其重要性日益突出,储能电站在电网调峰调谷,可再生能源并网等领域日益发挥重要作用。
此外,国家和地方层面多次出台相关政策,明确对于储能产业的支持。
其中,我国电化学储能装机呈爆发式增长,据CNESA数据,2022年我国电化学储能装机约5.93GW,同比增长约165%。据CNESA预测,理想情况下,我国电化学储能累计装机2025年有望达55.9GW,2022-2025年CAGR近70%,我国储能行业未来几年有望迎来快速增长阶段。
储能行业概览
储能可用于电力的“发输配用”每一侧。
在发电侧,储能能够起到火力发电调频、风电光伏等新能源发电并网减少弃风光的作用;在电网侧,它能够用来削峰填谷,平滑电网输出,提升效益;在用户侧,它在工商业储能、家用储能、通讯基站等领域应用逐步扩大。
来源:《电化学储能趋势报告》
从技术上划分,储能可分为机械储能、电磁储能、电化学类储能、热储能与化学储能五大技术路线。
目前就储能市场发展情况而言,机械储能中的抽水蓄能与电化学储能中的锂离子电池这两种储能方式为主流。
抽水蓄能的原理是利用电网内部多余的电能将水从下水库抽到上水库,当需要用电时,利用上水库的水进行水轮发电,由此完成势能与电能间的转换。
其优点在于其适合大规模、集中式的存储,技术也比较成熟,适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电。
电化学储能是指各种二次电池储能,是利用化学元素做储能介质,充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。
电化学储能主要包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等。
锂离子电池
电化学储能中的锂离子电池属于新型储能,通过Li+在正负极间的转换实现充放电。
锂离子电池储能虽然在初始投资成本方面较高,但是其全生命周期成本低于抽水蓄能。
锂离子电池的效率在95%以上,放电时间能持续数小时,循环次数可超过5000多次,使其几乎成为世界上应用最为广泛的电池,在电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上皆可运用。
近几年,锂电池储能装机规模逐年扩大,相较其他电化学储能技术,锂电池具有高能量密度、效率高、响应速度快、环境适应性强、寿命较长等众多优点,商业化应用前景好。
行行查 | 行业研究数据库 资料显示,锂电池产业链上游存在原料矿产与电池材料两个部分。原料矿产主要以锂、锰、镍、钴四种矿产为主,提取矿产后加工制作成电池材料。电池材料主要分为正极、负极、隔膜、电解液、其他材料五个部分。
随着锂电储能产业的逐步兴起,众多企业纷纷入局参与储能锂电池的竞争。储能锂电池的市场参与者大致可以分为以下几类:
第一类是动力电池的制造商,例如宁德时代,鹏辉能源等,动力电池和储能电池本质都是大容量,长循环的锂离子电池,二者在制备过程中具有共通性;
第二类是光伏风电企业延伸布局储能锂电池,通过自建或与电池企业合资的方式布局产能,例如林洋能源,固德威等,为了完善产业链布局;
第三类是从储能电池起家的企业,例如厦门海辰,在储能电池领域积累深厚。从中国市场情况来看,宁德时代占据了较高的市场份额,其占比达到了28%,其次为比亚迪,份额也达到了20%;从全球市场来看,中国企业占据了较大份额,排名前7的企业中,中国的企业达到5家,其中宁德时代占比达到25%。
未来随着锂电池成本的不断降低,其性价比将进一步提升。机构预计到2025年储能锂离子电池需求量规模能够达到600GWh。
此外,根据国家能源局规定,三元锂电池和梯次利用电池不宜用作储能电池,磷酸铁锂电池或将成未来储能电池主流技术路线。
资料来原:前瞻研究院
全钒液流电池
液流电池是一种新型的电化学储能系统,正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池,简称钒电池。
全钒液流电池具有大容量、长循环、安全性高等优点,但是其初始投资成本较高,约为同等容量锂电池的3倍。随着钒电池成本不断下降,其装机规模有望呈快速增长。
钒液流电池结构:
来源:《全钒液流电池技术研究进展》
全钒液流电池上游主要是电解液和质子交换膜,其中电解液中五氧化二钒主要企业来自鞍钢集团旗下攀钢钒钛,稀硫酸水溶液来自硫酸制造企业,质子交换膜主要由东岳集团、科恒股份提供;中游储能系统技术方面国际领先企业为住友电工和UET,国内进行全钒液流电池研发的企业有普能能源、融科储能;下游发电侧客户主要为电力公司,其中国家电投全钒液流电池项目较多,同时与中游有一定重合度,例如融科储能也作为业主参与电站的运营。
资料来源:ifind
根据国际机构Guidehouse Insights预计,到2031年钒液流电池全球容量将超30GWh,相较于目前容量来说,市场空间广阔。
以大连融科入围中核汇能共1GWh的全钒液流电池储能系统集中采购,投标报价为256050万元这一案例为例,1GWh的钒电池液流电池需要25亿元左右的初始资本开支,即钒电池2031年资本开支或将超750亿,空间广阔。
来源:Guidehouse Insights
钠离子电池
钠离子电池作为新型储能的有效补充,在资源和成本方面具备优势,但其性能依然有待提升。
钠离子电池正极材料包括三种技术路线,分别为层状氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝(白),性能和成本各有优劣。
现阶段技术成熟度而言,层状氧化物和聚阴离子电池路线更为领先,普鲁士蓝(白)技术路线难度更大,但其各企业对其依然保持高度关注。
对于钠离子电池负极,钠离子电池负极硬碳前驱体路线呈现多元化,但如何保证充裕的原料资源且解决高成本问题是重点。
钠离子电池的产业链包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜和集流体,目前产业链的发展还不够成熟,正极材料和负极材料的供货尚不够稳定,随着各大企业纷纷涌入,产业链有望拉通。
由于钠离子电池不断实现技术突破,综合性能不断提升,叠加碳酸锂价格处于高位,钠离子电池成本优势凸显,其产业化进程正在加速推进,2023年有望成为钠离子电池放量的元年。
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