压缩空气储能产业前景如何？

本周专题： 伴随新型电力系统下新能源出力占比不断提升，电网压力持续增加，辅助调节资源的价值日益凸显，在此背景下，压缩空气储能作为大规模、长时储能模式迎来发展机遇。本周我们将对压缩空气储能产业链情况及未来发展前景进行讨论与分析。 核心观点： 辅助调节资源价值日益凸显，新型储能技术多样化发展 双碳目标下新能源装机维持高增速，装机规模占比不断提升，而由于新能源出力受制于不稳定性，其电力供应能力相对不足，电网压力不断增加。在此背景下，辅助调节资源重要性日益凸显，储能产业迎来发展机遇，装机容量有望快速扩张。2022年2月国家发改委及能源局发布《“十四五”新型储能发展实施方案》，提出要探索储能产业不同技术路径和发展模式，并加强储能电站安全性控制，政策引导下，物理型新型储能技术发展前景可观。 效率提升+成本下行，压缩空气储能产业化提速 压缩空气储能作为物理型储能技术，以压缩空气为储能载体，通过机械设备实现能量存储及跨时间、空间转移和利用。伴随新型压缩空气储能技术的迅速发展，系统摆脱了对化石燃料的依赖，系统效率得到显著提升，产业化进程开始提速。截至目前，国内已建成压缩空气储能项目容量约182.5MW，处于建设或规划状态的项目容量约6.2GW，增量显著，且均为100MW以上的大规模长时储能项目。系统效率方面，2021年投运的张家口100MW项目系统效率达70.4%，与2013年投运的廊坊1.5MW项目相比提高18.3pct； 投资成本方面，山东肥城二期项目单位建设成本为5000元/KW，相比于一期项目降幅达50%。效率提升+成本下行推动压缩空气储能产业加速发展，预计2025年累计装机容量达到6.76GW，2030年累计装机容量达到43.15GW。 产业链上游市场增量可观，核心设备厂商有望深刻收益 产业链方面，压缩空气储能产业链上游为相关设备及储气盐穴资源等，中游为压缩空气储能行业，下游为电网系统及各类用电部门。从投资占比来看，其核心设备为空气压缩机和透平膨胀机，支出占比达到总建设成本的45.7%。对核心设备市场空间进行测算，在中性情况下，2025年其累计市场规模预计将达到185亿元，2030年其累计市场规模有望达到854亿元，面对广阔的市场空间，陕鼓动力、金通灵、杭氧股份等多家国内空分设备厂商纷纷入局，未来业绩有望深刻收益。 投资建议：伴随新型电力系统下新能源出力占比不断提升，电网压力持续增加，辅助调节资源的价值日益凸显，压缩空气储能作为大规模、长时储能模式迎来发展机遇。效率提升叠加成本下降有望推动压缩空气储能产业化进程提速，未来装机规模有望加速扩张。同时在此背景下，其上游空气压缩机、透平膨胀机等核心设备市场规模或将显著增长，相关设备厂商有望深刻收益。标的方面，上游设备建造厂商建议关注【东方电气】【上海电气】【哈尔滨电气】【陕鼓动力】【金通灵】【杭氧股份】【中储国能】（未上市）等，中下游投资运营厂商建议关注【福能股份】【华能国际】【华电新能】（未上市）等。 风险提示：政策推进不及预期，疫情超预期反弹，储能电站收益渠道拓展不及预期，储能技术发展不及预期，项目建设进度不及预期，上游设备涨价，行业竞争加剧，数据假设及测算具有一定主观性等 1.压缩空气储能产业前景如何？ 伴随新型电力系统下新能源出力占比不断提升，电网压力持续增加，辅助调节资源的价值日益凸显，在此背景下，压缩空气储能作为大规模、长时储能模式迎来发展机遇。本周我们将对压缩空气储能产业链情况及未来发展前景进行讨论与分析。 1.1.辅助调节资源价值日益凸显，新型储能技术多样化发展 双碳目标下，新能源装机维持高增速，装机规模占比不断提升。双碳目标下，能源结构绿色转型加速，新能源装机规模持续扩张。据国家能源局数据，2021年我国可再生能源新增装机1.34亿千瓦，占全国新增发电装机的76.1%；截至2021年底，我国可再生能源发电累计装机达到10.63亿千瓦，占总发电装机容量的44.8%。 图1：2021年各类电源装机增长量占比 图2：2021年全国各类电源装机结构 新能源出力受制于不稳定性，电力供应能力相对不足。风电日波动最大幅度可达装机容量的80%，且呈现一定的反调峰特性；光伏发电受昼夜、天气、移动云层变化的影响，同样存在间歇性和波动性。随着风电/光伏并网比例提升，常规电源装机容量占比相应降低，而新能源出力稳定性与常规能源相比仍存在明显差距，因此容易导致高峰时段电力供应能力不足。 图3：典型日风电出力曲线 图4：典型日光伏出力曲线 辅助调节资源重要性日益凸显，储能产业迎来发展机遇，装机容量有望快速扩张。在此背景下，储能系统已成为新型电力系统下不可或缺的重要一环，而截至2022H1，全国各类储能系统装机规模为46.1GW，其中除抽水蓄能外的新型储能规模仅为5.7GW，不足风光装机规模的1%，电力辅助调节资源重要性与稀缺性日益凸显，储能产业迎来发展机遇。2021年7月，国家发改委和国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，明确2025年30GW的发展目标，未来五年将实现新型储能从商业化初期向规模化转变，到2030年实现新型储能全面市场化发展。根据中关村储能产业技术联盟初步测算，2025年新型储能装机总规模预计达到47GW。 表1：典型地区储能“十四五”规划 新型储能技术呈多样化趋势，物理型储能发展前景可观。新型储能是除抽水蓄能外的其他以输出电力为主要形式的储能，主要类型包括电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。2022年2月23日，国家发改委及能源局发布《“十四五”新型储能发展实施方案》，《方案》提出，一方面，要积极开展新型储能关键技术研发，探索不同技术路径和发展模式，促进多种形式储能发展；另一方面，应加强新型储能安全风险防范，保障新型储能项目建设运行的全过程安全。政策引导下，物理形式的新型储能技术发展前景可观。 图5：国内各类新型储能技术占比（截至2021年底） 1.2.效率提升+成本下行，压缩空气储能产业化提速 压缩空气储能系统采用压缩空气作为储能载体，是一种以机械设备实现能量存储及跨时间、空间转移和利用的物理储能技术。压缩空气储能系统主要分为储能和释能两个工作过程：储能时，电动机驱动压缩机将环境空气压缩至高压状态并存入储气装置，电能在该过程中转化为压缩空气的内能和压力势能；释能时，储气装置中存储的压缩空气进入空气透平膨胀机中膨胀做功发电，压缩空气中蕴含的内能和压力势能在该过程中重新转化为电能。 传统压缩空气储能系统依赖于化石燃料及大型储气室，且系统效率较低，其发展和应用受到限制。早期压缩空气储能为补燃式系统，均依赖于燃烧室和洞穴储气室，由于需要化石燃料支持，系统在产生碳排放的同时，其系统效率也受到一定限制，以美国Mcintosh电站为例，其系统能量效率约54%，与抽水蓄能、电化学储能等储能技术存在一定差距，其发展和应用受到限制。 图6：传统补燃式压缩空气储能原理示意图 图7：早期压缩空气储能结构示意图 新型压缩空气储能技术迅速发展，系统摆脱对化石燃料的依赖，系统效率提升。国内外学者在传统压缩空气储能的基础上，通过采用优化热力循环、改变工质或其状态、与其他技术(包括储能技术)互补等方法，开拓出了多种新型的压缩空气储能技术，使其得到迅速发展，目前主要的压缩空气储能技术包括蓄热式压缩空气储能系统、等温压缩空气储能系统、水下压缩空气储能系统、液态压缩空气储能系统、超临界压缩空气储能系统等。其中蓄热式压缩空气储能系统效率较高，具备较为成熟的技术，加之我国有大量的盐洞、废弃矿洞，该系统技术发展前景较为广阔。 表2：压缩空气储能技术路径对比 国内压缩空气储能装机规模快速扩张，产业化进程提速。从存量来看，目前国内已建成压缩空气储能项目数量为7个，总装机容量约182.5MW，多为小规模示范项目；从增量来看，目前国内华能集团、华电集团、大唐集团、福能股份等多家企业均开始布局压缩空气储能项目，处于建设或规划状态的项目容量约6.2GW，相比于存量机组规模增量显著，且项目装机规模均达到100MW以上，备电时长达4-8小时。可以看出，压缩空气储能产业化发展已经开始提速。 表3：国内压缩空气储能项目梳理 伴随压缩空气储能项目规模不断扩张，其系统效率与投资成本持续向好： 系统效率方面，2013年投运的河北廊坊1.5MW超临界压缩空气储能示范项目系统效率仅为52.1%，而2021年投运的张家口100MW压缩空气储能示范项目系统效率已达到70.4%，相比提高18.3pct； 图8：国内空气压缩储能项目系统效率对比 投资成本方面，2021年投运的山东肥城10MW压缩空气储能调峰电站一期项目单位建设成本达10000元/KW，而目前正处于建设状态的二期项目单位建设成本已降至5000元/KW，接近抽水蓄能的建设成本，降幅达50%。 图9：国内空气压缩储能项目单位建设成本对比（元/KW） 效率提升+成本下行推动压缩空气储能产业加速发展。据观研报告网预测，2022-2025年我国新增储能装机中压缩空气储能渗透率或将达10%，则新增装机6.59GW，预计2025年累计装机容量达到6.76GW；2026-2030年新增储能装机中压缩空气储能的渗透率有望达到23%，则新增装机量36.39GW，预计2030年累计装机容量达到43.15GW。 图10：国内压缩空气储能装机容量预测（GW） 1.3.产业链上游市场增量可观，核心设备厂商有望深刻受益 产业链方面，压缩空气储能产业上游包括空气压缩机、透平膨胀机、蓄热换热系统等核心设备，以及储气盐穴资源等；中游为压缩空气储能行业；在下游市场，压缩空气储能电站接入电网系统，服务于工业用电、商业用电、居民用电等部门，起到调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用等关键作用。 图11：压缩空气储能产业链情况 从投资占比来看，压缩空气储能项目建设大致可分为核心设备、其他设备、电气控制系统、土建及施工等，其中核心设备主要为空气压缩机与透平膨胀机。根据美国电力研究院研究，其核心设备支出占比达到总建设成本的45.7%，其中空气压缩机支出占比为30.1%，透平膨胀机占比达到15.6%。 图12：压缩空气储能项目投资占比 压缩空气储能产业上游核心设备市场空间广阔。假设上游核心设备占比保持45.7%，平均单位建设成本为6000元/KW，按照压缩空气储能规模增长预期，经我们测算，在中性情况下，到2025年空气压缩储能产业上游核心设备累计市场空间有望达到185亿元，2022-2025年年均增长达61.8亿元；到2030年，其累计市场空间有望达到854亿元，2025-2030年年均增长达133.8亿元，市场规模增量空间广阔。 表4：压缩空气储能上游核心设备市场空间测算 国内多家空分设备厂商入局，未来业绩有望深刻收益。在压缩空气储能项目的快速扩张下，国内多家空分设备厂商纷纷开始着手布局，其中，陕鼓动力已与中能建数字科技集团签署战略合作协议，共同布局压缩空气储能项目；东方电气、上海电气、哈尔滨电气、沈鼓集团等作为供应商为江苏金坛60MW项目提供设备支持；金通灵与中储国能合作，为贵州毕节和山东肥城项目提供设备供应；杭氧股份为同里综合能源服务中心内500kW液态空气储能示范项目提供核心设备供应等。 1.4.投资建议 伴随新型电力系统下新能源出力占比不断提升，电网压力持续增加，辅助调节资源的价值日益凸显，压缩空气储能作为大规模、长时储能模式迎来发展机遇。效率提升叠加成本下降有望推动压缩空气储能产业化进程提速，未来装机规模有望加速扩张。同时在此背景下，其上游空气压缩机、透平膨胀机等核心设备市场规模或将显著增长，相关设备厂商有望深刻收益。标的方面，上游设备建造厂商建议关注【东方电气】【上海电气】【哈尔滨电气】【陕鼓动力】【金通灵】【杭氧股份】【中储国能】（未上市）等，中下游投资运营厂商建议关注【福能股份】【华能国际】【华电新能】（未上市）等。 2.环保公用投资组合 表5：环保公用投资组合（截至10月11日收盘）