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儲能行業(yè)研究報告:電化學(xué)長時儲能將迎來爆發(fā)期

發(fā)布日期:2022-05-20

核心提示:導(dǎo)語:保證能源的安全化和低碳化,將是未來一段時間中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)命題。2021年,席卷全球缺電讓人們感受到了低碳化轉(zhuǎn)型過程
 導(dǎo)語:“保證能源的安全化和低碳化,將是未來一段時間中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)命題。”

 

 

2021年,席卷全球“缺電”讓人們感受到了低碳化轉(zhuǎn)型過程中的不易,也讓更多人認(rèn)識到儲能特別是大規(guī)模的長時儲能在電力供給系統(tǒng)中的重要性。在不久前發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中,新型儲能(除抽水蓄能和熔融鹽儲熱外的其他儲能技術(shù))被認(rèn)為有望規(guī)模發(fā)展,“并帶動能源系統(tǒng)形態(tài)根本性變革”。

 

 

中國的儲能市場發(fā)展歷史始于2010年,部分技術(shù)路線如:鉛酸電池、抽水蓄能等,已在中國初具規(guī)模。然而,面對未來更高比例的可再生能源發(fā)電系統(tǒng),其不穩(wěn)定性帶來的消納問題,需要通過技術(shù)和商業(yè)模式上的探索和創(chuàng)新,才能發(fā)揮儲能在“碳中和、碳達(dá)峰”過程中的支撐作用。

 

 

依據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的數(shù)據(jù),中國2021年全年新增電力儲能裝機(jī)首次突破10GW,同比增長220%,累計裝機(jī)容量達(dá)到45.74GW,同比增長29%。對于儲能市場來說,新能源配置儲能和獨(dú)立的儲能已經(jīng)成為了這個市場中的主要動力,并將在未來繼續(xù)推動中國的儲能裝機(jī)規(guī)模快速增長。

 

 

短期來看,新能源配置儲能和獨(dú)立儲能的裝機(jī)規(guī)模增長,有賴于政策的要求和扶持,以及一二級市場資本帶來的標(biāo)桿項(xiàng)目建設(shè),在政策和資本的爭議中前行。從長期來看,我們認(rèn)為儲能發(fā)展的勢能在目前已經(jīng)具備,一些目前裝機(jī)容量較小的新興儲能技術(shù),將會快速從目前的市場探索期過渡。

 

 

01 新興儲能技術(shù)將有更大的成長空間

 

 

如何判斷某一類或者某一種技術(shù)未來的市場空間?其實(shí)答案很簡單:我們只這一類技術(shù)目前的劣勢和痛點(diǎn),能夠通過研發(fā)和創(chuàng)新帶來多大的提升。提升越大,說明潛在的市場規(guī)模越大;如果其劣勢是完全無法依靠研發(fā)和創(chuàng)新進(jìn)行提升(例如資源限制、地理限制等),那么該技術(shù)的應(yīng)用前景自然會有瓶頸。

 

 

總體來看,經(jīng)過十年的技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)用和商業(yè)化嘗試,中國儲能行業(yè)在技術(shù)應(yīng)用方面走在了世界前列。不過,這也形成了中國一個比較突出的行業(yè)特點(diǎn)——各項(xiàng)技術(shù)都在并駕齊驅(qū),沒有一種技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全方位的絕對優(yōu)勢。

 

 

這里邊既包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超級電容等物理儲能技術(shù),也包括如鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池、鈉硫電池等電化學(xué)儲能技術(shù),這些技術(shù)各有優(yōu)勢也各有劣勢,適用范圍也有比較大的差別。因此,我們首先需要的就是甄別哪一類技術(shù)在未來更具備潛力。

 

 

數(shù)據(jù)來源:CNESA

 

 

上圖所示可以清晰的看到不同儲能技術(shù)目前在應(yīng)用中所體現(xiàn)出的優(yōu)缺點(diǎn)。以不同的優(yōu)缺點(diǎn)來看,規(guī)模大、壽命長的技術(shù)更適合在電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用;安全、功率密度高和響應(yīng)快的技術(shù)更適合在電源側(cè)應(yīng)用;用戶側(cè)則更適合成本低、回收性好、安全且響應(yīng)時間快的技術(shù)。

 

 

從各個技術(shù)的發(fā)展階段來看,目前應(yīng)用范圍比較廣的分別是抽水蓄能和鋰離子儲能(三元鋰、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰等)。

 

 

在中國市場的累計裝機(jī)容量中,抽水蓄能占比高達(dá)86.3%,而在新型儲能技術(shù)中,鋰離子電池占比高達(dá)89.7%。2021年新增裝機(jī)中,鋰離子電池(電化學(xué)儲能技術(shù))和壓縮空氣儲能(物理儲能技術(shù))均有百兆瓦級項(xiàng)目并網(wǎng)運(yùn)行,特別是壓縮空氣儲能在2021年實(shí)現(xiàn)了跨越式增長,新增投運(yùn)規(guī)模170MW。

 

 

以目前應(yīng)用規(guī)模最大的抽水蓄能為例,該技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,本身通過研發(fā)的提升空間就比較小;另外,由于抽水蓄能項(xiàng)目需要配套大型的水庫,對于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和水資源稟賦的要求就更高。也是因此,抽水蓄能無法通過研發(fā)帶來的技術(shù)進(jìn)步獲得太多的紅利,長期來看市場空間受限嚴(yán)重。

 

 

反觀在新型儲能技術(shù)中目前一騎絕塵的鋰離子電池技術(shù),可以通過產(chǎn)品創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新,不斷降低原材料生產(chǎn)成本、產(chǎn)品制造成本,并提升產(chǎn)品的性能,包括安全性和使用壽命等,一旦某一項(xiàng)痛點(diǎn)取得了技術(shù)突破(例如循環(huán)次數(shù)等),或者某一種材料實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)替代等,就能迅速提升市場空間。

 

 

因此,在目前百舸爭流的新型儲能技術(shù)賽場,核心材料的自主程度和涉及壽命、效率和安全性的工藝技術(shù)進(jìn)展,是投資者需要關(guān)注的關(guān)鍵所在。

 

 

02 哪些技術(shù)具備提前押注的可能性

 

 

在電力系統(tǒng)中,儲能的角色相對特殊:對于發(fā)電企業(yè)來說,儲能是用戶;對于電網(wǎng)側(cè)來說,儲能是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要部分;而對于用戶側(cè)來說,儲能承擔(dān)了一部分發(fā)電企業(yè)的作用。

 

 

因此,評價某項(xiàng)技術(shù)或者材料,也應(yīng)該采用不同的視角:該技術(shù)的創(chuàng)新帶來成本的降低,是否能夠幫助電網(wǎng)更加平穩(wěn)的運(yùn)行,是否能夠?yàn)橛脩籼峁└€(wěn)定、清潔的電力。

 

 

目前,不同技術(shù)路徑目前的市場應(yīng)用狀態(tài)不同,我們嘗試以階段為劃分標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)前述優(yōu)缺點(diǎn)選取應(yīng)用場景更廣的五類技術(shù)路線,看看不同新興儲能技術(shù)路線的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn),以及對應(yīng)公司。

 

 

1)市場培育階段(尚無規(guī)模化應(yīng)用)

 

 

鈉離子電池

 

 

鈉離子電池可以達(dá)到的理論性能與鋰離子電池相近,同時具備在用戶側(cè)(包括消費(fèi)電子產(chǎn)品)、發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用潛力,在鈉離子電池上的創(chuàng)新也更加接近“根本性創(chuàng)新”。由于鈉資源的地殼豐富度遠(yuǎn)高于鋰,且正負(fù)極材料需要的金屬也便宜很多,該技術(shù)的突破能夠徹底擺脫鋰資源的限制,極大程度降低電池成本。

 

 

目前,已經(jīng)公開宣布對在鈉離子電池方面研發(fā)出現(xiàn)進(jìn)展的上市公司是寧德時代(300750.SZ);一級市場中的公司則是中科海鈉,也是目前創(chuàng)立最早的初創(chuàng)企業(yè),產(chǎn)業(yè)化走得也比較遠(yuǎn)。中科海鈉擁有來自中國工程院、中國科學(xué)院物理研究所的研發(fā)團(tuán)隊(duì),是國際少有擁有鈉離子電池核心專利與技術(shù)的電池企業(yè)之一。公司在2021年獲得梧桐樹資本的數(shù)億元A輪投資。

 

 

其余鈉離子電池產(chǎn)業(yè)初創(chuàng)企業(yè)包括:賁安能源(2020年獲軟銀中國投資,研發(fā)無機(jī)水系鈉鹽電池)、鈉創(chuàng)新能源(2021年獲得戰(zhàn)略輪融資)、星空鈉電和眾鈉能源(2022年獲得碧桂園創(chuàng)投的天使+輪融資)。

 

 

2)市場成長初期

 

 

全釩液流電池

 

 

在全球范圍內(nèi),該技術(shù)相對比較成熟,但從國內(nèi)來看,該技術(shù)還處于不完善的階段,產(chǎn)業(yè)規(guī)模比較小,國產(chǎn)化率相對較低。其中全氟磺酸樹脂膜及樹脂的國產(chǎn)化替代,將會對該電池的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈完整度有比較顯著的提升作用。同時,由于全釩液流電池在長時間的儲能工作中,其電解液成本占比相對較高(41%),核心材料在國內(nèi)處于壟斷地位。

 

 

在二級市場中,目前已經(jīng)公開生產(chǎn)全釩液流電池樹脂材料的企業(yè)包括東岳集團(tuán)(00189.HK)和巨化股份(600160.SH);電解液材料則掌握在攀鋼釩鈦(000629.SH)手中。一級市場部分,創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)具備大連物化所背景的大連融科是全釩液流電池電堆生產(chǎn)的龍頭企業(yè),已經(jīng)開始在全球最大的液流電池項(xiàng)目中提供技術(shù)和產(chǎn)品。

 

 

壓縮空氣儲能

 

 

我國壓縮空氣儲能技術(shù)起步比較晚,但進(jìn)步神速,2021年國內(nèi)有多個已簽約的代建項(xiàng)目,密度較往年有大幅提升。目前新型的壓縮空氣儲能技術(shù)包括:絕熱壓縮空氣儲能、液態(tài)空氣儲能和超臨界壓縮空氣儲能。相比于傳統(tǒng)技術(shù)具備規(guī)模大、成本低、清潔及更少依賴化石能源和地理?xiàng)l件的特點(diǎn),從經(jīng)濟(jì)性和市場空間上看,是目前最具潛力的物理儲能技術(shù)。

 

 

在二級市場方面,有國內(nèi)透平機(jī)械(壓縮空氣儲能技術(shù)上不可或缺的設(shè)備)龍頭陜鼓動力(601369.SH)和東方電氣(600875.SH)、空氣膨脹機(jī)設(shè)備制造商金通靈(300091.SZ)。

 

 

一級市場方面,壓縮空氣儲能系統(tǒng)解決方案提供商中儲國能在國內(nèi)走得相對靠前,背景是中國科學(xué)院工程熱物理研究所,目前已突破了1—100MW級壓縮空氣儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),在2021年獲得來自聯(lián)想之星等機(jī)構(gòu)的1.8億元Pre-A輪投資。

 

 

3)市場成長中期

 

 

鋰離子電池

 

 

無論是在包括消費(fèi)電子產(chǎn)品的用戶側(cè),還是電力、電網(wǎng)側(cè)的規(guī)模應(yīng)用,鋰離子電池走得相對靠前,其技術(shù)進(jìn)步的難度也更大。在二級市場中已經(jīng)能夠拼湊出一整條完整的鋰電池儲能產(chǎn)業(yè)鏈。

 

 

圖片來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,Wind,光大證券研究所

 

 

在一級市場來看,由于先發(fā)者已經(jīng)徹底站穩(wěn)了腳跟,想要在鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中實(shí)現(xiàn)突破的難度較高。

 

 

鉛碳電池

 

 

作為鉛酸電池的一種,鉛碳電池同樣具備目前鉛酸電池?fù)碛械膬?yōu)勢和困境。其優(yōu)勢在于,技術(shù)應(yīng)用時間長(超過50年),技術(shù)非常成熟;劣勢在于瓶頸非常明顯,在大規(guī)模儲能領(lǐng)域中的應(yīng)用,相比鋰電池來說壽命明顯更短,且用得越多壽命越短。

 

 

目前,國內(nèi)二級市場的龍頭包括天能股份(688819.SH)和超威動力(00915.HK),需要重點(diǎn)觀察這些龍頭企業(yè)對于鉛碳電池壽命的公開信息,一旦實(shí)現(xiàn)單體壽命大于1萬次,系統(tǒng)壽命4000次以上,且放電深度提升至60%-80%,就會極大程度改善目前的鉛碳電池的競爭力。

 

 

無論是何種技術(shù)路線,其最終都必須要達(dá)到能夠應(yīng)對跨天、跨周的長時儲能,同時具備更高的安全性和更低的成本,可以在規(guī)模部署之后,有效幫助風(fēng)電和光伏成為未來中國能源系統(tǒng)中的主力能源。隨著風(fēng)電和光伏裝機(jī)規(guī)模的大幅度提升,儲能行業(yè)在潛在市場規(guī)模的刺激之下,將迎來一段相當(dāng)長時間的“黃金發(fā)展期”。


 
 
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