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        2020年全球儲能市場調研分析

        來源:高瞻智庫  瀏覽數:  發表日期:
          1、發展情況
         ?。?)整體發展情況
          儲能是智能電網、可再生能源高占比能源系統、能源互聯網的重要組成部分和關鍵支撐技術。隨著各國政府對儲能產業的相關支持政策陸續出臺,儲能市場投資規模不斷加大,產業鏈布局不斷完善,商業模式日趨多元,應用場景加速延伸。在國內,一系列政策的出臺加速為儲能產業大發展蓄勢,行業到了爆發的臨界點,儲能的春天正在到來。
          來自美國能源部全球儲能數據庫(DOEGlobalEnergyStorageDatabase)的數據顯示,截至2019底,全球累計運行的儲能項目裝機規模183.1吉瓦(共1747個在運項目),同比增長1.2%。到2030年,全球固定式儲能電站容量達到100-167GWh,理想場景下達到181-421GWh,無論哪種場景,應用與光伏電量的儲能容量都是占比最大的。
          圖表:2019年全球儲能裝機情況分布

          數據來源:CNESA全球儲能項目庫、高瞻智庫
          根據CNESA全球儲能項目庫的數據,1997~2019年,全世界儲能系統裝機增長了103%,到183.1吉瓦。如今儲能市場在各國政府的政策鼓勵下得到了積極的發展,最近幾年間新建儲能項目及其裝機總規模有望增加數倍。
          圖表:1992-2019年全球儲能裝機規模及增長情況

          數據來源:全球儲能項目庫、美國能源部、高瞻智庫
          2019年,全球新增投運的電化學儲能項目主要分布在49個國家和地區,裝機規模排名前十位的國家分別是:中國、美國、英國、德國、澳大利亞、日本、阿聯酋、加拿大、意大利和約旦,規模合計占2019年全球新增總規模的91.6%。
          圖表:2019年全球新增投運電化學儲能項目裝機規模排名前十的國家

          數據來源:CNESA全球儲能項目庫、高瞻智庫
          與2018年榜單相比,從排名上看,中國、美國、德國、日本和加拿大的排名分別上升了1-2位,特別是中國,由2018年的第二位躍升至首位,英國和澳大利亞與2018年的排名一致,而阿聯酋、意大利和約旦成為2019年榜單的新進入者。從地域分布上看,上榜的國家主要分布在亞太(3個)、歐洲(3個)、北美(2個)和中東(2個)地區;從裝機規模上看,排在前七位的國家的新增投運規模均超過百兆瓦,中國和美國的規模更是突破500MW。
          儲能裝機較大的國家有中國(占全球儲能裝機的19%)、日本(17%)、美國(14%)和一些歐洲國家(西班牙、意大利、德國等)。盡管儲能系統多種多樣,但抽水蓄能電站在儲能總裝機中一枝獨秀,占比高達94%。大部分抽水蓄能電站和水電站、核電站一起結合應用,在很多國家都有推廣。受到現有技術和經濟性的限制,其他類型的儲能(電化學蓄電池、壓縮空氣系統、熱儲能器等)普及程度較小。與此同時,由于具體條件不同,儲能目的各有差異,儲能方式的選擇還取決于對發電裝機、儲能時長、單位成本、效率、使用年限、充電次數、占地面積、環境影響等諸多方面的要求。
          隨著應用儲能系統重要性的日益增長,世界各國紛紛出臺儲能激勵措施,并為市場發展掃除障礙,具體包括:支持儲能技術的發展,制定相關規范和標準以及建立和完善涉及儲能的法律法規等,如歐美部分國家已開始積極完善能源領域立法等。
         ?。?)電力儲能
          預計可再生能源發電(具有出力不穩定的特征,如太陽能發電和風力發電)、分布式電源、智能電網和電動汽車市場的發展將帶動全球儲能市場的進一步增長。同時我們認為,雖然現在還有很多抽水蓄能電站的大型規劃項目(如在中國),但長期來看,在儲能裝機結構中,抽蓄電站占比將呈現減小的趨勢。國際可再生能源署(IRENA)在其展望報告《電力儲存與可再生能源:2030年的成本與市場》的基本預測情景中提出,到2030年,全球儲能裝機將在2017年基礎上增長42%~68%,如果可再生能源增長強勁,那么儲能裝機增長幅度將達到155%~227%。屆時,可再生能源(不含大型水電站)在全球終端能源消費中的占比將提高一倍,達到21%。根據所有不同的預測情景,抽水蓄能裝機增長幅度約為40%~50%不等,至于其在全球儲能裝機結構中的占比,還取決于其他類型儲能技術的發展情況,預計將處于45%~83%的范圍區間。
          電池儲能將在改變儲能裝機結構中發揮重要作用。IRENA預計,到2030年,儲能電池成本將降低50%~70%,同時無嚴重損耗下的使用期限和充電次數將明顯提升。雖然無論是IRENA還是IEA都不認為電池儲能器(主要是工業儲能裝置)會在短時間內大規模地取代電力系統現有的調峰力量,尤其是天然氣發電站,但是電池在電力系統調頻方面具有優勢,并且各種規模的電池都可以實現相對較為快速的生產和建設。此外,電池生產技術的發展還直接決定了電動汽車的發展前景,可以在尖峰負荷時段的電力能源系統中起到電源的作用。
          綜上所述,儲能器是未來電力能源系統重要的組成部分。儲能技術的快速發展將給能源系統帶來顯著變化。當然,這在一定程度上會對化石燃料需求造成消極影響,畢竟,儲能將越來越多地取代火電,在電力能源系統中發揮強大的電源調節能力。
         ?。?)新能源對儲能的需求
          大規模新能源接入影響貫穿電力系統從生產、輸送到消費的全部環節,給電力系統的安全穩定運行帶來挑戰,突出體現在預測難、控制難、調度難。新能源高比例接入的電力-電量平衡問題,亟需利用儲能技術在毫秒-秒-分鐘-小時-日多時間尺度實現源網荷儲協調運行解決。
          1)電源側:提升新能源發電友好性
          提升新能源并網特性,提高電網考核分,減少考核損失;促進新能源根據電力需求特性、市場價格信號等優化生產運營,降低棄風棄光,降低系統輔助服務成本;提升高比例新能源送系統的整體效率,可提高輸電通道的利用率和系統整體經濟性。
          2)電網側:促進新能源與電網的協調優化運行
          在新能源較集中的區域,配套建設電網側儲能裝置,從電網運行的角度發揮其削峰填谷、負荷跟蹤、調頻調壓、熱備用、電能質量提升等功能,改進電力調度方式,加強區域負荷調劑優化,有利于新能源與電網的協調優化運行。
          3)用戶側:擴展新能源終端應用模式
          儲能+分布式光伏、分散式風電,可提高新能源就地消納比例,減少配電網增容改造需求,節省用戶電費開支,降低負荷對大電網供電的依賴性。
          儲能+信息控制技術,可有效增強需求側響應靈活性,通過參與電力現貨市場交易、開展負荷水平控制和負荷轉移,提升整個大電網的安全運行水平和新能源消納利用能力。
          2、不同應用側對儲能的需求
         ?。?)電源側
          在傳統發電領域,儲能主要應用于輔助動態運行、取代或延緩新建機組。
          輔助動態運行。為了保持負荷和發電之間的實時平衡,火電機組的輸出需要根據調度的要求進行動態調整。動態運行會使機組部分組件產生蠕變,造成這些設備受損,提高了發生故障的可能,即降低了機組的可靠性,同時還增加了更換設備的可能和檢修的費用,最終降低了整個機組的使用壽命。儲能技術具備快速響應速度,將儲能裝置與火電機組聯合作業,用于輔助動態運行,可以提高火電機組的效率,避免對機組的損害,減少設備維護和更換設備的費用。
          取代或延緩新建機組。隨著電力負荷的增長和老舊發電機組的淘汰,為了滿足電力客戶的需要和應對尖峰負荷,需要建設新的發電機組。應用儲能系統可以取代或延建新機組,即在負荷低的時候,通過原有的高效機組給儲能系統充電,在尖峰負荷時儲能系統向負荷放電。我國起調峰作用的往往是煤電機組,而這些調峰煤電機組要為負荷尖峰留出余量,經常不能滿發,這就影響了經濟性。利用儲能技術則可以取代或者延緩發電側對新建發電機組的需求。
         ?。?)集中式可再生能源并網
          在集中式可再生能源并網領域,儲能主要應用于解決棄風、棄光,跟蹤計劃出力,平滑輸出。
          解決棄風、棄光。風力發電和光伏發電的發電功率波動性較大,特別在一些比較偏遠的地區,電網常常會出現無法把風電和光電完全消納的情況。應用儲能技術可以減小或避免棄風、棄光。在可再生能源發電場站側安裝儲能系統,在電網調峰能力不足或輸電通道阻塞的時段,可再生能源發電場站的出力受限,儲能系統存儲電能,緩解輸電阻塞和電網調峰能力限制,在可再生能源出力水平低或不受限的時段,釋放電能提高可再生能源場站的上網電量。
          跟蹤計劃出力,平滑輸出。大規??稍偕茉床⑷腚娋W時,出力情況具有隨機性、波動性,使得電網的功率平衡受到影響,因此需要發電功率進行預測,以便電網公司合理安排發電計劃、緩解電網調峰壓力、降低系統備用容量、提高電網對可再生能源的接納能力。通過在集中式可再生能源發電場站配置較大容量的儲能,基于場站出力預測和儲能充放電調度,實現場站與儲能聯合出力對出力計劃的跟蹤,平滑出力,滿足并網要求,提高可再生能源發電的并網友好性。
          就全球儲能市場而言,集中式可再生能源并網是最主要的應用領域。在國外,日本是典型的將儲能主要應用于集中式可再生能源并網的國家之一。集中式可再生能源并網是日本推動儲能參與能源清潔利用的主要方式,北海道等解決棄光需求較強烈的地區,以及福島等需要災后重建的地區成為儲能應用的重點區域。在國內,集中式可再生能源并網中應用儲能,以青海和吉林較具代表性,前者積極探索光儲商業化,后者則是將電儲能與儲熱綜合應用試點。
         ?。?)電網側
          儲能系統在輸電網中的應用主要包括以下兩方面:作為輸電網投資升級的替代方案(延緩輸電網的升級與增容),提高關鍵輸電通道、斷面的輸送容量或提高電網運行的穩定水平。在輸電網中,負荷的增長和電源的接入(特別是大容量可再生能源發電的接入)都需要新增輸變電設備、提高電網的輸電能力。然而,受用地、環境等問題的制約,輸電走廊日趨緊張,輸變電設備的投資大、建設周期長,難以滿足可再生能源發電快速發展和負荷增長的需求。大規模儲能系統可以作為新的手段,安裝在輸電網中以提升電網的輸送能力,降低對輸變電設備的投資。
          儲能系統在配電網中的作用更加多樣化。與在輸電網的應用類似,儲能接入配電網可以減少或延緩配電網升級投資。分布在配網中的儲能也可以在相關政策和市場規則允許的條件下為大電網提供調頻、備用等輔助服務。除此之外,儲能的配置還可提高配電網運行的安全性、經濟性、可靠性和接納分布式電源的能力等。
         ?。?)輔助服務
          在電力輔助服務領域,儲能主要應用于調頻、調峰和備用容量等方面。
          調頻。電力系統頻率是電能質量的主要指標之一。實際運行中,當電力系統中原動機的功率和負荷功率發生變化時,必然會引起電力系統頻率的變化。頻率的偏差不利于用電和發電設備的安全、高效運行,有時甚至會損害設備。因此,在系統頻率偏差超出允許范圍后,必須進行頻率調節。調頻輔助服務主要分為一次調頻和二次調頻(AGC輔助服務)。儲能設備非常適合提供調頻服務。與傳統發電機組相比,儲能設備提供調頻服務的最大優點是響應速度快,調節速率大,動作正確率高。
          調峰。電力系統在實際運行過程中,總的用電負荷有高峰低谷之分。由于高峰負荷僅在一天的某個時段出現,因此,需要配備一定的發電機組在高峰負荷時發電,滿足電力需求,實現電力系統中電力生產和電力消費間的平衡。當電力負荷供需緊張時,儲能可向電網輸送電能,協助解決局部缺電問題。抽水蓄能是目前完全實現商業化的儲能技術,調峰是抽水蓄能電站一個主要的應用領域。
          備用容量。備用容量指的是電力系統除滿足預計負荷需求外,在發生事故時,為保障電能質量和系統安全穩定運行而預留的有功功率儲備。備用容量可以隨時被調用,并且輸出負荷可調。儲能設備可以為電網提供備用輔助服務,通過對儲能設備進行充放電操作,可實現調節電網有功功率平衡的目的。和發電機組提供備用輔助服務一樣,儲能設備提供備用輔助服務,也必須隨時可被調用,但儲能設備不需要一直保持運行,即放電或充電狀態,只需在需要使用時能夠被立即調用提供服務即可,因此經濟性較好。此外,在提供備用容量輔助服務時,儲能還可以提供其他的服務,如削峰填谷、調頻、延遲輸配線路升級等。
          從全球來看,調頻是儲能的主要應用之一。根據往年數據,2016年、2017年,兆瓦級儲能項目累計裝機中,調頻應用占比分別為41%、50%。在國外,依托自由化的電力市場,儲能在美國輔助服務市場的應用一直引領著全球儲能輔助服務市場的發展。在美國的區域電力市場中,儲能系統參與二次調頻的容量已占相當的份額。在中國,得益于政策推動,儲能在我國輔助服務市場的應用比例已經從2015年的2%提升到2019年超過10%。聯合火電機組參與調頻業務,在京津唐、山西地區應用較廣泛。
         ?。?)用戶側
          在用戶側,儲能主要應用于分時電價管理、容量費用管理、提高供電質量和可靠性、提高分布式能源就地消納等方面。
          分時電價管理。電力系統中隨著時間的變化用電量會出現高峰、平段、低谷等現象,電力部門對各時段制定不同電價,即分時電價。在實施分時電價的電力市場中,儲能是幫助電力用戶實現分時電價管理的理想手段。低電價時給儲能系統充電,高電價時儲能系統放電,通過低存高放降低用戶的整體用電成本。
          容量費用管理。在電力市場中,存在電量電價和容量電價。電量電價指的是按照實際發生的交易電量計費的電價,具體到用戶側,則指的是按用戶所用電度數計費的電價。容量電價則主要取決于用戶用電功率的最高值,與在該功率下使用的時間長短以及用戶用電總量都無關。使用儲能設備為用戶最高負荷供電,還可以降低輸變電設備容量,減少容量費用,節約總用電費用,主要面向工業用戶。
          提升用戶的電能質量和可靠性。傳統的供電體系網絡復雜,設備負荷性質多變,用戶獲得的電能質量(電壓、電流和頻率等)具有一定的波動性。用戶側安裝的儲能系統服務對象明確,其相對簡單和可靠的組成結構保證輸出更高質量的電能。當電網異常發生電壓暫降或中斷時,可改善電能質量,解決閃斷現象;當供電線路發生故障時,可確保重要用電負荷不間斷供電,從而提高供電的可靠性和電能質量。
          提高分布式能源就地消納。對于工商業用戶,在其安裝有可再生能源發電裝置的廠房、辦公樓屋頂或園區內投資儲能系統,能夠平抑可再生能源發電出力的波動性、提高電能質量,并利用峰谷電價差套利。對于安裝光伏發電的居民用戶,考慮到光伏在白天發電,而居民用戶一般在夜間負荷較高,配置家庭儲能可更好地利用光伏發電,甚至實現電能自給自足。此外,在配電網故障時,家庭儲能還可繼續供電,降低電網停電影響,提高供電可靠性。
          德國是用戶側儲能商業模式發展最為先進的國家之一。在區塊鏈技術、云技術以及多元化商業模式的帶動下,預計短期內德國用戶側儲能市場仍將引領歐洲儲能市場的發展。在中國,用戶側是儲能應用的最大市場,也是持續保持高增長的一個領域。安裝于工商業用戶端的儲能系統是我國用戶側儲能的主要形式,可以與光伏系統聯合使用,又可以獨立存在,主要應用于電價管理,幫助用戶降低電量電價和容量電價。
          3、發展前景與趨勢
          在各國政策推動下,全球儲能行業已步入發展初期,有國家甚至邁向商業化階段。抽水蓄能比重超過九成,主要得益于其成熟的技術以及較低的成本。相比之下,化學儲能才是應用范圍最為廣泛、發展潛力最大的儲能技術。各類電化學儲能技術中,鋰離子電池儲能技術的響應時間更快,能夠及時并持續向電網供電,確保電網的穩定性,因此累積裝機占比最大。
          區域分布方面,美國、中國、日本依舊占據儲能項目裝機的領先地位,其中美國仍是全球最大的儲能市場。美國2018年儲能裝機容量增加了350.5MW/777MWh。這比2017年部署的儲能容量高出80%,2019年的部署儲能系統裝機容量超過1600MWh。不過,印度、澳大利亞等新興市場表現也十分突出。例如,未來三五年內,印度有望依托不斷提升的電池產品制造能力,陸續啟動儲能技術在電動汽車、柴油替代、可再生能源并網、無電地區供電等領域的應用。
          2019年,全球儲能新增裝機容量哦10.9GW。根據我們對全球儲能市場的長期預測,到2040年,全球儲能累計裝機規模將達942GW/2,857GWh,并將吸引6200億美元的資金。儲能未來的發展增速取決于清潔能源的發展趨勢。我們預計,為了平衡新增風電與光伏發電裝機容量,全球將有更多地區出臺更為有效的支持儲能發展的政策。儲能也將成為政策制定者實現氣候政策目標的手段。
          2019年全球工商業用戶側儲能項目投運規模超過1GW/2.5GWh。確保滿足全天候供電協議需求、在不間斷供電系統中的應用、執行分時電價以及需量電費政策等都將增強工商業用戶對儲能的需求。
          盡管戶用儲能項目對于多數用戶來說仍不具有經濟性,但是已經逐漸在部分地區獲得了強有力的支持。對于易受自然災害影響或電力系統脆弱的地區,提供供電保證等非經濟因素也在驅動著戶用儲能產品的銷售。
          許多資金借貸方仍視儲能為收益風險不匹配的資產。不過,新型合同結構的出臺以及儲能成本的下降,將吸引越來越多的貸方進入儲能市場。在儲能市場呈現規?;l展趨勢的背景下,提高資金獲取便利度將變得至關重要。
          盡管中美貿易戰仍在繼續,但中國的電池制造商仍將起步邁向全球。外國車企為了加大在中國的汽車銷量,也將加強與中國電池供應商的合作。隨著韓國大型電池企業轉向于專注滿足國內儲能需求,國際儲能項目開發商與集成商將進一步加大從中國購買電池。
          儲能市場發展趨勢:
          從市場規模來看,全球儲能市場發展潛力巨大。面對巨大市場空間,我國儲能產業將迎來風口。
          從技術來看,電池系統的性能和成本決定了儲能的規?;茝V和應用,是影響行業快速發展的瓶頸問題。面向未來10年,儲能電池的技術發展路線將逐漸清晰。
          從政策來看,通過各項配套政策建立開放、規范、完善的電力市場,才能為儲能真正發揮優勢提供平臺。
          從商業模式來看,儲能廠商、用戶單位和投融資機構聯手拓展儲能應用市揚,探索儲能多種應用模式,大力推動儲能的商業化應用。
          從企業發展來看,一方面,傳統電力企業新業務布局儲能,另一方面,儲能企業結合市場需求以更加經濟有效的形式開展經營業務。
          4、未來發展方向
          在全球能源轉型的背景之下,一方面,電力企業針對日漸式微的傳統供電方式,積極調整現有運營業務,將來自終端用戶側的不同儲能需求作為新的增長點,向整合分布式能源、推動分布式能源服務市場的方向發展,并提供電力交易、市場運營、配網優化等綜合能源服務。儲能已在電力企業新業務中居于很高的地位。另一方面,儲能企業結合市場需求調整自身業務,以更加經濟有效的形式開展經營業務,最大化發揮自身優勢。例如S&C不再生產PCS,將專注于微網和電網級儲能系統集成業務領域;梅賽德斯-奔馳,停止家用儲能電池生產,將專注電網級儲能應用;Younicos推出“儲能即服務”模式,滿足用戶的即時儲能需求等。
          市場趨勢來看,在儲能技術研發與項目開發經驗、儲能補貼政策與發展戰略目標、風能及太陽能發展規模、分布式能源發展規模、電力價格水平、分時價格、電力需求側收費、輔助服務市場等因素驅動下,全球儲能行業發展前景廣闊,未來將保持穩步增長態勢。
          技術趨勢來看,儲能的迅速發展有賴于儲能技術的革新帶動成本大幅度下降。隨著儲能規?;耐茝V和應用,電池系統的性能和成本逐漸成為影響行業快速發展的瓶頸問題。圍繞高能量密度、低成本、高安全性、長壽命的目標,各國都在制定研發計劃提升本國的電池研發和制造能力。此外,電池技術的發展還直接決定了電動汽車的前景。隨著電動汽車的應用普及和動力電池的大規模退役,會加速退役電池儲能市場的興起。目前新電池成本比較高,是限制儲能大規模推廣應用的重要原因,而梯次利用能降低儲能的工程造價、降低項目的投資成本、減少回本周期,同時比較環保,有良好的經濟社會價值。雖然梯次利用技術現階段尚不成熟,但可以預見,梯次利用將為儲能系統帶來新的發展方向,也將成為儲能技術新的研發方向。
          政策趨勢來看,開放、規范、完善的電力市場是儲能真正發揮優勢的舞臺。未來各國配套政策將加快推進電力現貨市場、輔助服務市場等市場建設進度,通過市場機制體現電能量和各類輔助服務的合理價值,給儲能技術提供發揮優勢的平臺。
          競爭趨勢來看,在政策支持逐步明朗的背景下,基于對產業前景的穩定預期,光伏企業、分布式能源企業、電力設備企業、動力電池企業、電動汽車企業等紛紛進入,加大力度布局,開拓儲能市場,全球儲能行業競爭或將加劇。
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