儲能技術應用場景與商業(yè)模式分析

儲能技術應用場景與商業(yè)模式分析

儲能技術應用場景與商業(yè)模式儲能在電力系統(tǒng)中具有豐富的應用場景，通常將儲能的應用場景分為發(fā)電側、電網側和用戶側，不同場景下對應的儲能系統(tǒng)商業(yè)模式有所區(qū)別。在發(fā)電側和電網側，儲能系統(tǒng)主要用于可再生能源并網，以平滑電力輸出，進而緩解以光伏、風電為代表的新能源發(fā)電因其間歇性與波動性對電網穩(wěn)定性帶來的沖擊和棄風棄光等電力消納問題。不同于傳統(tǒng)的火電、水電，光伏發(fā)電輸出功率受到光照強度、溫度等因素影響，同時其發(fā)電在日間達到高峰進而無法直接匹配傍晚和夜間的用電需求；風力發(fā)電由于其受風力驅動的特性進而會受到風速、風力等自然條件影響，輸出功率存在季節(jié)性甚至日間差異。由于電力的輸出、配送、使用同時完成，因此整個電力系統(tǒng)必須時刻處于動態(tài)平衡狀態(tài)，進而對于穩(wěn)定性提出極高要求，當電源端功率與負荷端功率不同時，電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，導致電網不穩(wěn)定。由于電網并網發(fā)電功率和用戶端的用電功率均具有瞬時特性，電網始終處于波動變化中。為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，需要電網側提供輔助服務。根據提供方式的不同，電力輔助服務可分為基本輔助服務和有償輔助服務?；倦娏o助服務是指機組為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行必須提供的無償輔助服務，包括一次調頻、基本調峰、基本無功調節(jié)。有償電力輔助服務包括二次調頻、有償調峰、自動電壓控制（AVC）、備用、轉動慣量、爬坡、黑啟動等。目前發(fā)電側和電網側儲能系統(tǒng)的主要商業(yè)模式為提供以調峰調頻為主的電力輔助服務并進行收費。在用戶側，提高新能源的自發(fā)自用比例和谷電峰用應用比較普遍。戶用儲能市場主要將光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)結合，以實現(xiàn)高比例的低成本光伏電力自發(fā)自用為目的，降低用戶的用電成本并利用儲能系統(tǒng)的離網能力提高用戶的用電穩(wěn)定性。此外，電價峰谷價差現(xiàn)象在國內外諸多地區(qū)較為常見，因此利用儲能系統(tǒng)通過峰谷電價賺取利潤具備可行性。因為峰谷價差的存在，無論是工商業(yè)用戶單獨安裝儲能，還是安裝光儲一體化的用戶均可以在電價處于低谷時利用儲能系統(tǒng)存儲電能，在電價處于高峰時減少使用電網電能的數量甚至從儲能系統(tǒng)中釋放電能出售，進而通過峰谷電價獲取收益。與此同時，配置儲能系統(tǒng)可在停電情況或無電的情況下保障電力供應，將電力短缺帶來的損失降至最低。對于存在兩部制電價（容量電費和電量電費）的國家或地區(qū)，儲能還可幫助電力使用者降低容量電費以降低用電成本。便攜式儲能行業(yè)前景分析便攜儲能采用內置高能量密度的鋰離子電池提供穩(wěn)定的交直流電輸出，是一種安全、可靠、便攜、穩(wěn)定、環(huán)保的小型儲能系統(tǒng)。根據中國化學與物理電源協(xié)會數據，全球便攜式儲能行業(yè)的市場規(guī)模從2016年的0．6億元，大幅上升至2020年的42．6億元，年復合增長率高達190．28%，預計至2026年將進一步上升至882．3億元，市場前景廣闊。物理儲能行業(yè)概況物理儲能作為最成熟并已形成商業(yè)化的儲能方式，它主要包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能等。根據中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA）數據統(tǒng)計，截至2020年底全球儲能裝機規(guī)模中，抽水蓄能占比達到90．3%，占據絕對的主導地位。儲能變流器市場容量GGII調研顯示，2022年，中國儲能鋰電池產業(yè)鏈規(guī)模破2000億，其中電力儲能產業(yè)鏈規(guī)模從2021年480億元，增至2022年1600億元，其中PCS增幅達248%。根據CNESA統(tǒng)計，2021年陽光電源、科華數據、比亞迪PCS全球出貨量位居前三位，占據主要市場。儲能變流器作為儲能系統(tǒng)充放電開關，是儲能系統(tǒng)中的技術壁壘。儲能變流器決定了輸出電能的質量和特征，很大程度影響著電池的壽命，目前國內形成了成熟的組串式和集中式成熟的規(guī)模化儲能變流器產業(yè)鏈，伴隨著儲能裝機量的提升，行業(yè)進入爆發(fā)期，各公司百家爭鳴，需求的擴張為這個行業(yè)帶來巨大紅利。同時受限于上游IGBT供應不足，IGBT國產化進程加速，儲能變流器行業(yè)機遇大增。儲能管理系統(tǒng)，是指為基于磷酸鐵鋰電池、超級電容等儲能元件經過多串并組合而成的儲能模組提供電源管理、保護等功能的系統(tǒng)。儲能管理系統(tǒng)（ESMS）包括但不限于電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）等。儲能管理系統(tǒng)作為儲能系統(tǒng)的決策中樞，提高儲能系統(tǒng)調度效率。隨著國家源網荷儲一體化布局，電網的調度功能也逐漸凸顯，引領電力體系變革。儲能管理系統(tǒng)，可以高效的提升系統(tǒng)集成標準化、一體化，新能源發(fā)電并網量的增大，對應的管理系統(tǒng)需求也日益旺盛，未來增量可觀。儲能管理系統(tǒng)對系統(tǒng)BMS、PCS、電表、電芯等進行采集管理和協(xié)調控制，實現(xiàn)實時監(jiān)控、故障告警等功能，并利用峰谷價差儲能系統(tǒng)低充高放的方式實現(xiàn)電能移峰填谷，為用戶節(jié)省電費。源網荷儲一體化，簡單的可以理解為儲能在發(fā)電側、電網側、用戶側的三種應用途徑。發(fā)電側配儲，主要指為常見的光伏、風電、水電配儲，主要運營模式為電網調峰調頻獲取收益，同時改善可再生能源三棄問題；電網側配儲，主要的商業(yè)模式是將電網一部分容量租給新能源業(yè)主，或者參與市場交易；用戶側配儲，主要是提高自發(fā)自用水平，或者通過峰谷套利等模式降低用電成本。不管在哪種應用場景下，都需要儲能管理系統(tǒng)進行智慧管理和調度，進而提升儲能的利用效率?；趦δ芄芾硐到y(tǒng)的AI算法，收集系統(tǒng)數據，制定不同的充放電策略，保證儲能的經濟性調用。提供熱管理的溫控系統(tǒng)成為儲能系統(tǒng)效率關鍵因素，是系統(tǒng)效率的保證。目前主要形成了以液冷和風冷為主的技術路線，溫度直接影響電池的活性，溫差過高或者過低影響儲能系統(tǒng)的可用率、壽命和效率等性能，甚至帶來安全隱患。傳統(tǒng)風冷系統(tǒng)結構簡單成本較低，隨著系統(tǒng)的發(fā)展低功耗、高集成度、高換熱效率的液冷逐漸占據主要熱管理市場。風冷系統(tǒng)簡單成本較低，液冷功耗更低效果更好。風冷系統(tǒng)具備系統(tǒng)簡單、制造成本低、便于安裝等特點。在電池能量密度低，充放電速度慢的場景有比較多的應用。液冷具備載熱量大，換熱效率高的特點，在電池包能量密度高，充放電速度快，環(huán)境溫度變化大的場合得到廣泛的應用。液冷系統(tǒng)可以和電池包高度集成，所需空間小，無需擔心灰塵，水汽凝結。研究表明，液冷系統(tǒng)具有換熱密度大更節(jié)能、均溫性好、溫差更低、占地小效率高、壽命更長的優(yōu)點。近年來，隨著我國能源改型升級步伐的加快，以儲能技術與系統(tǒng)為核心的現(xiàn)代智能電網日漸引起重視，儲能技術被大規(guī)模應用于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、用電的各個環(huán)節(jié)，不僅推動我國能源供給改革，而且是實現(xiàn)智能電網必不可少的核心技術。據不完全統(tǒng)計，2011-2022年1月期間全球共發(fā)生37起儲能電站爆炸事故，其中4起發(fā)生在中國。儲能安全問題亟待解決，儲能消防成為維護財產和人身安全的重中之重。因此，相關儲能消防安全政策法律法規(guī)也在不斷完善中，形成一個成熟的行業(yè)標準，為儲能消防行業(yè)的增長提供保障。儲能消防系統(tǒng)由火災報警系統(tǒng)和消防聯(lián)動系統(tǒng)組成。其核心思想是對報警區(qū)域中發(fā)生的任何火情及時地感知，并根據其報警級別分別在控制中心給予報警或進行相應的聯(lián)動處理。主要包括火災監(jiān)控、氣體滅火系統(tǒng)/高壓細水霧滅火系統(tǒng)、災后防復燃等。形成了完整的儲能消防產業(yè)鏈，以及豐富的下游應用場景。鋰電池火災與普通火災具有較大的區(qū)別，鋰電池是一種含能物質，具有燃燒激烈、熱蔓延迅速；毒性強、煙塵大、危險性大；易復燃、撲救難度大等特征。然而，現(xiàn)有的滅火劑如干粉滅火劑對鋰電池滅火幾乎沒有效果；鹵代烷、二氧化碳、七氟丙烷只能撲滅明火，無法從根本上抑制火災發(fā)生，往往稍后會出現(xiàn)復燃，不具備降溫和滅火的雙重功能，對鋰電池的火災不具有適用性；水噴淋系統(tǒng)技術比較成熟，降溫滅火效果明顯，成本低廉且環(huán)境友好，但以水作為滅火介質的弊端也很明顯，耗水量大，撲救時間長，撲滅火災后將導致儲能電站內的電池短路損壞而無法正常使用。因此，針對鋰電池，特別是大型儲能鋰電池系統(tǒng)的火災隱患進行滅火防護，設計開發(fā)新型高效、防復燃滅火劑及滅火劑釋放系統(tǒng)和裝置，有利于鋰離子電池儲能系統(tǒng)的大規(guī)模商業(yè)化應用。電化學儲能行業(yè)概況電化學儲能作為近幾年增長最迅猛的儲能方式，增長速度由2018年的3．7%迅速提升到2020年的7．5%，受益于儲能技術的快速進步，單位成本逐漸降低，具備了良好的商業(yè)化運用條件，它主要包括以下幾種方式：鋰離子電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能。由于電化學儲能需要考慮壽命、安全性，以及經濟成本的問題，而鋰離子電池儲能具有能量密度高、商業(yè)應用廣、單位成本不斷下降、技術成熟，由此鋰離子電池儲能成為全球電化學儲能的霸主地位。根據數據顯示，截至2020年底，鋰離子電池占電化學儲能裝機量的92%，鈉硫電池和鉛蓄電池分別占比3．6%、3．5%。目前鋰離子儲能主要采用磷酸鐵鋰電池技術儲能市場巨大，隨著技術進步，儲能方式也會產生緩慢變化，未來代表性的儲能技術包括超導儲能和超級電容器儲能等。儲能在產業(yè)鏈中的位置儲能電池產業(yè)鏈可分為上游原材料及設備、中游儲能系統(tǒng)及集成、下游電力系統(tǒng)儲能應用。儲能電池上游的原材料主要包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜以及結構件等；上游的集成系統(tǒng)設備主要包括涂布機、攪拌機等。產業(yè)鏈中游主要為儲能系統(tǒng)的集成與制造，對于一個完整的儲能系統(tǒng)，一般包括電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）以及儲能變流器（PCS）四大組成部分。產業(yè)鏈下游的應用場景主要發(fā)電側、電網側和用戶側的電力系統(tǒng)儲能。儲能系統(tǒng)，主要包括電芯、能量管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、雙向逆變器、系統(tǒng)集成等，其中，電芯作用是儲備與釋放電能，成本占67%，電池管理系統(tǒng)作用是監(jiān)測、評估、保護、均衡電池等。工商業(yè)儲能行業(yè)前景分析在工商業(yè)領域，儲能系統(tǒng)主要用途是峰谷套利，即在用電低谷時利用低電價充電，在用電高峰時放電供給工商業(yè)用戶，用戶可以降低用電成本，同時保證用電穩(wěn)定性。根據WoodMackenzie，IEA，SolarpowerEU，USDOE的數據，全球工商業(yè)儲能市場新增裝機規(guī)模預計從2021年的15．8GWh上升至2025年的94．0GWh，復合增長率達56．18%。儲能行業(yè)概況及發(fā)展前景當前，在全球能源形勢日趨緊張、越來越多國家和地區(qū)作出碳中和承諾的背景下，儲能系統(tǒng)作為能夠有效緩解可再生能源的不穩(wěn)定性以及間歇性，保障電網安全，提高能源利用效率，并降低用電成本的方案而持續(xù)受到關注。因此，儲能作為全球能源轉型的重要環(huán)節(jié)，其市場需求將伴隨能源轉型進程的不斷深入而擴大。戶用儲能行業(yè)前景分析戶用儲能可稱為家庭儲能系統(tǒng)，在用電低谷時，戶用儲能系統(tǒng)中的電池組能夠自行充電，以備在用電高峰或斷電時使用。根據WoodMackenzie，IEA，SolarpowerEU，USDOE的數據，全球戶用儲能市場新增裝機規(guī)模預計從2021年的9．5GWh上升至2025年的93．4GWh，復合增長率達7