电化学储能步入规模化发展阶段，仍面临三大难关

　　导读
 

　　2022年2月印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出：到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，新型储能就此迎来重大发展机遇。作为新型储能主力军——电化学储能，技术相对成熟、需求相当旺盛，备受政策关注，拥有广阔的市场前景。
 

　　然而辰于发现，前景看好的同时，我国电化学储能行业还有三大难关要闯：
 

　　盈利关——成本还需降低，商业模式尚不成熟
 

　　技术关——市场需多时间尺度的新型储能技术
 

　　安全关——安全事故频发，守住安全底线不容易
 

　　基于对储能行业的深入研究及专家学者的调研访谈，结合辰于近期完成的战略咨询项目经验，本文也分享了电化学储能行业应如何跨越三大难关：
 

　　如何提升盈利水平——“降本增效和创新商业模式”双手抓
 

　　如何推进技术创新——“试点项目建设与资本加持”双突破
 

　　如何解决储能安全问题——“政府重视和行业自律”双协同
 

　　一、电化学储能刚刚突破商业化，即将进入规模化发展阶段
 

　　我国电化学储能行业起步于2000年，历经技术验证、示范应用、商业化初期三个阶段后，当前正进入规模化发展阶段，可预见的是，随着电化学储能项目增加，技术水平将快速提升、标准体系将不断完善，最终形成较为完整的产业体系)。
 

　　截至2020年底，全国电化学储能累计装机规模3.3GW，占全部储能的比重为9.2%，仅次于抽水蓄能的89.3%，尤其是2020年，我国新增投运的电化学储能项目首次突破GW大关，达到1.6GW，分布地区遍布在29个省市；同期这一数字占全球的比重达到33.0%，超过美国、欧洲、日韩、澳大利亚的30.0%、23.0%、6.0%和3.0%；2021年，我国新增规划、在建、投运百兆瓦级项目的数量再次刷新历年纪录，达到65个，山东、湖南等多省市连续落地大型储能示范项目，产业发展一片欣欣向荣。
 

　　电化学储能之所以能够在众多电储能细分市场中脱颖而出，主要有两个原因：
 

　　一是电化学储能同时具有较高的能量密度和功率密度，应用广泛。与飞轮储能、超级电容储能等其他电储能方式相比，电化学储能技术多样，适用性广泛，整体产业成熟度较高，尤其是锂离子电池和铅酸电池，均已进入商业化阶段。

　　二是双碳背景下的政策支持。2021年7月至2022年2月不到一年的时间内，相关主管部门就先后出台了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》、《新型储能项目管理规范(暂行)》、《新型储能项目管理规范(暂行)》等多项政策，推动新型储能规模化、产业化、市场化发展。国家能源局和发改委2022年2月印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》明确将钠离子电池、固态锂离子电池列入攻关重点方向，将锂离子电池高安全规模化发展列入技术试点示范，并提出到2025年，电化学储能技术性能进一步提升，系统成本降低30%以上，以加快推动新型储能高质量规模化发展。
 

　　经测算，辰于预计“十四五”期间我国电化学储能的总投资规模将超过2500亿元，年复合增长14.5%；“十五五”将延续这一增长态势，预计这一期间的总投资规模将突破5000亿元，年复合增长17.6%。
 

　　二、民企、国企同台竞技，活跃在电化学储能产业链各环节
 

　　电化学储能的产业链包括：上游的正极材料、负极材料、隔膜、电解液、结构件、电子元器件、变压器、电工器材等原材料；中游是储能系统集成、安装，包括电池组、电池管理系统BMS、能量管理系统EMS、储能逆变器PCS等；下游包括发电侧的新能源电站、传统电站，电网侧的电网公司，以及用户侧的工商企业及城镇居民等。
 

　　上、中游的原材料、设备、储能系统集成、安装等细分市场的参与者主要是民营企业，且集中度不高，竞争相对激烈，各方均处于市场拓展和布局中，例如国轩高科核心研发磷酸铁锂电池，规划将储能业务发展成占比超30%营收的支柱型产业；南都能源长期布局于铅蓄电池，深耕通信储能，目前逐渐向户用、电网储能拓展。
 

　　下游储能电站的投资建设以央企、地方国企为主，例如2020年上半年新能源+储能项目中标数量排前十位的企业，国企占据了八成席位。央企、地方国企在电化学领域的布局思路可分为“单打独斗”与“合作发展”两种：以国家电投和中国能建为代表的央企，从自身优势出发，开展相关技术攻关、培育储能业务，例如中国能建围绕储能技术和产业发展全面发力，建立“30·60”研究院、新型储能创新研究院等创新平台，开展储能新技术示范项目及“投建营”一体化项目建设；以国家能源集团、中国华电、三峡集团为代表的企业则从自身新能源业务对储能的需求出发，与储能设备企业宁德时代签署战略协议，在新能源产业发展、智慧能源建设、储能技术与标准体系建设、国际业务拓展等方面深化合作。
 

　　三、盈利关，技术关，安全关，关关都是难啃的硬骨头
 

　　尽管电化学储能行业正进入规模化发展阶段，但从长期可持续健康发展来看，还需要解决盈利性不足、技术尚未多元化发展、安全性有待进一步提升等问题。
 

　　盈利关——成本还需降低，商业模式尚不成熟
 

　　业内一般认为，1.5元/Wh的系统成本是储能经济性的拐点，特别是对于峰谷套利、新能源配套这类能量型的应用，但调研发现，由于目前储能收益模式有待完善，发电侧、电网侧、用电侧大多将储能视为导致成本增加的负累，配置储能项目时都寻求低价以减少负担，导致近年一些储能项目陷入低价恶性竞争的困局。例如2021年我国储能项目整体的中标价格平均为1.476元/Wh，低于盈亏平衡点的储能项目占比达50%，导致现阶段储能项目盈利性仍然不足。
 

　　另外，电化学储能的商业模式也还不成熟，在主要应用领域，储能还未形成稳定、合理的收益模式，储能参与市场交易的细则尚处空白，现货市场如何与调峰市场融合、如何与辅助服务市场形成联动的机制尚未完善，如何对储能的容量价值予以认定、如何建立合理的市场化容量补偿机制的问题也亟待解决。
 

　　技术关——市场需多时间尺度的新型储能技术
 

　　市场需要多时间尺度的新型储能技术，其中短时储能定义为持续放电时间低于10小时的储能系统，难以满足长期的电力系统灵活性需求，与之对应，长时储能是在额定功率下连续放电10小时或以上的储能系统，可实现跨天、跨月，乃至跨季节充放电循环，可用于长时间能源储存，增加电力系统的灵活性。

　　目前锂电池是我国电化学储能的主力，截至2020年底，占电化学储能累计装机规模的比重高达88.8%，非锂电储能应用规模普遍较小，然而，锂电池是短时储能技术的代表，在应对新能源发电、电网调峰等问题时显得力不从心，长时储能则可凭借长周期、大容量特性，在更长时间维度上调节新能源的发电波动，因此更多时间尺度的新型储能技术亟待突破。
 

　　安全关——安全事故频发，守住安全底线不容易
 

　　安全事故频发给电化学储能带来了较高风险。据不完全统计，2011年-2021年10年间，全球共发生50起储能电站起火爆炸事故。在国内最引起轰动的事故是2021年4月16日北京某储能电站爆炸，导致2名消防员牺牲，1名消防员受伤，电站内1名员工失联，火灾直接财产损失1660.81万元。
 

　　除电池及BMS(电池管理系统)等常见诱因外，还有多方面原因，例如，分析某海外国家两年内的23起储能安全事故发现，电池系统的电气保护系统缺陷、运行环境问题(如结露严重并且容易暴露在大量灰尘中)、安装质量问题、ESS集成控制和保护系统缺陷、电池制造缺陷(如长时间在恶劣环境下使用会带来相应风险)等都会对储能安全产生威胁，由此可见，电化学储能安全是一个系统性问题，涉及储能电池、电池管理系统、电缆线束、系统电气拓扑结构、预警监控消防系统、运行环境、安全管理等多方面。
 

　　三、直击前线：电化学储能行业应如何跨越三大难关
 

　　如何提升盈利水平——“降本增效和创新商业模式”双手抓
 

　　降低度电成本可从降低系统成本与提高循环次数入手
 

　　储能通常会涉及三种成本概念，即系统成本、度电成本和里程成本。其中，度电成本和里程成本反映的是投资储能系统所需的综合成本，度电成本=系统总成本/生命期总发电量，主要反映储能发挥容量功能(如调峰、备用电源)的成本，单位为元/Wh；里程成本=系统总成本/生命期总调频里程，主要反映储能发挥调节功能(主要为调频)的成本，单位为元/W。当前，度电成本应用更加广泛，数据具有可比性，本文因此主要分析度电成本。
 

　　可见，影响度电成本高低的关键是系统成本和循环次数，这也是行业目前努力的方向。就系统成本而言，主要由电池成本、PCS成本、BMS成本构成，因而降低系统成本主要从这三方面着手，尤其是电池成本(据BNEF测算，电池成本占67%左右)。随着电池成本的快速下降，系统成本有望从2020年底的1.5元/Wh下降至2025年的0.84元/Wh。循环次数是降低度电成本的另一大关键，磷酸铁锂电池的循环寿命通常在5000次左右，而目前部分企业已有所突破，如宁德时代宣布研发出循环寿命10000次以上的磷酸铁锂电池。
 

　　创新商业模式，实现储能共享或多能互补
 

　　模式一：共享储能是探索新模式、提升盈利水平的一大突破。共享储能是以电网为纽带，将独立分散的电网侧、电源侧、用户侧储能电站资源进行全网的优化配置，交由电网进行统一协调，推动源网荷各端储能能力全面释放，从而通过1对N的方式盘活储能市场。截至2021年底，共有84个共享储能项目通过备案或公示，主要分布在内蒙古、湖北、山西、宁夏、甘肃等9个省份，项目总规模超12GW/24GWh。同时，共享储能单个项目规模也越来越大，目前已有7个项目规模达到1GWh。
 

　　共享储能的优点突出，能够更加经济的满足各方诉求：对于新能源企业而言，共享储能降低了新能源配套储能的建设成本，节省了储能设施的日常运维成本，而且还能充分享受到电网侧储能峰谷电价差收益；对于电网企业而言，多点位集中式的中大型储能站将有利于配电网的补强、有利于电网对新能源的科学消纳；对于储能企业而言，共享储能有利于促进储能形成独立的辅助服务提供商身份。不过需要注意的是，共享储能还存在诸多问题：其一是机制问题，储能收益大多依赖于行政文件，要想共享储能在电力现货市场中，灵活快速调节、充分实现蓄水池的作用，还需要明确结算机制、输配电价核算机制等；其二是技术问题，共享储能的前提是明确交易中存储电量的来源主体以及收益来源，这需要提升共享储能中的信息化融合能力。
 

　　模式二：推进风光(水核火氢)储一体化项目，实现多能互补。众所周知，新能源发电项目普遍存在消纳难题，亟需储能电站配套，与此同时，储能电站的发展也面临诸多难题，例如抽水蓄能电站建设受站址资源条件的制约，其他新型储能电站在缺乏电价政策的支持下几无进展，因此，通过推进一体化项目，将风电、光电、水电、核电、火电、氢能、储能等结合，利用风电、光电等发电的利润空间来弥补储能和光热发电的亏损，增加系统储能和调节电源的容量，从而改善新能源发电的消纳。
 

　　由于具有促消纳、补亏损等多重优势，多能互补一体化项目正遍地开花。各省市发布的十四五能源发展规划中，都在强调多能互补及一体化大基地项目建设，华能、中国能建、大唐、三峡集团等企业在这一市场占据了重要位置。

　　如何推进技术创新——“试点项目建设与资本加持”双突破
 

　　各级政府积极推进示范试点项目建设
 

　　当前，在电化学储能所有技术路线中，锂离子电池占主导地位，累计装机规模最大，非锂电化学储能，如铅碳电池、钠硫电池、液流电池等规模普遍偏小，值得关注的是，这些电池的性能各有千秋，可应用不同场景，如铅碳电池主要应用于电能质量调节、USP和可靠性频率控制，尽管循环寿命短、能量密度低、会造成污染等问题突出，但同时具有技术成熟、成本低等优势。
 

　　正因为此，各级政府通过推进示范试点项目建设，支持各种技术路线的多元发展。目前，东北、西北、华东等地均有一些在建项目，将锂电、液流、铅蓄、液流+压缩气路线等技术应用到发电侧、电网侧等领域。
 

　　资本入场，对新型储能技术的关注持续升温
 

　　近年来，资本市场对储能技术企业的关注也在持续升温。与2020年比， 2021年储能行业的融资金额增长238%，达到250亿，这些资金主要来源于风险投资、发电集团、电网公司、光伏企业、地方政府、IPO等。从投资方向看，这些投资方持续看好前瞻性储能技术，如钠离子电池、液流电池、压缩空气储能、氢能等，例如2021年3月26日，中科海钠宣布完成亿元级A轮融资，投资方为梧桐树资本，资金将用于搭建年产能2000吨的钠离子电池正、负极材料生产线。
 

　　如何解决储能安全问题——需“政府重视和行业自律”双协同
 

　　政府出台多项政策落实监管、规范标准
 

　　各级政府一直都高度重视储能安全问题，尤其北京“416”事故发生以后，连续出台相关政策：如2021年8月发改委、国家能源局发布了《电化学储能电站安全管理暂行办法》(征求意见稿)、2021年9月国家标准委启动编制强制性国家标准《电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求》、2021年11月工信部发布了《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》等，2022年1月北京市也发布了地方标准《电力储能系统建设运行规范》。
 

　　在落实监管体系方面，《电化学储能电站安全管理暂行办法》明确提出要形成从规划、准入、产品制造、设计、施工及验收、并网调度、运行维护及退役储能电站全生命周期的监管体系；同时明确各相关部门及各相关主体的责任，确保储能从业者严守产业发展安全底限有法可依。
 

　　在规范标准方面，《十四五新型储能发展实施方案》明确提出要加快制定安全相关标准，针对不同技术路线的新型储能设施，研究制定覆盖电气安全、组件安全、电磁兼容、功能安全、网络安全、能量管理、运输安全、安装安全、运行安全、退役管理等全方位的安全标准；细化储能电站接入电网和应用场景类型，完善接入电网系统的安全设计、测试验收、应急管理等。
 

　　四、企业也在加码布局储能安全领域，多点突破
 

　　据不完全统计，2022年以来，国内已有30多家企业，包括南部电源、远景能源、科陆电子等在储能安全领域有新动作，从选料、设计到运维等各阶段入手，覆盖电芯选料安全保障、模块设计安全保障、电气选型安全保障、电池管理系统级安全保障、热均衡管理安全保障、消防系统安全措施等环节。(注：原文有删改)
 

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