2022全球长时储能报告

2022年长期储能报告 市场报告 WoodMackenzie电力与可再生能源 可信情报woodmac.com 2022年长期储能报告woodmac.com 关于WoodMackenzie 我们利用我们的集成技术为我们的专家提供商业洞察力和访问权限专有金属、能源和可再生能源研究平台。 伍德麦肯齐是理想的定位为支持消费者生产者和金融家 新能源经济。 ⚫获得的Genscape，制作绿色科技媒体（GTM） ⚫能源转型的领导者和跨商品 ⚫超过600位行业专用分析师和全球顾问 ⚫靠近客户和行业联系人 1 2022年长期储能报告woodmac.com 关于本报告 本报告对全球长持续时间储能行业进行了全面分析，重点关注亚太、欧洲、北美国。该报告强调了可能提供长期电力存储的主要技术集团最近发展的关键趋势应用程序，包括 •电化学储能 •热能储存 •机械储能 该报告分析了选定储能技术的当前创新状况，投资格局和经济性。报告还回顾这些技术寻求更广泛部署时出现的市场机遇和挑战，同时考虑到政府能源政策、立法和脱碳战略。 提供了长期储能主要发展趋势的执行摘要，以供参考，反映了市场、政策、立法和影响大规模部署的技术动态。 本报告将每年发布一次，以补充我们的年度全球储能技术趋势报告和全球能源存储市场展望更新报告。 SourceWoodMackenzie2 2022年长期储能报告 woodmac.com Contents 1.Executive摘要 2.电化学能源存储 3.热能源存储 4.Mechanical能源存储 5.供应商景观 6 8 19 25 30 3 2022年长期储能报告woodmac.com 长持续时间存储定义 定义长期储能 •术语“长期储能（LDES）”用于指具有足够持续时间以提供可靠容量和支持电网的广泛技术组 WoodMackenzie将长持续时间定义为额定功率下8小时以上的放电持续时间，不包括锂离子电池技术。 长期储能技术的比较 技术当前性能创新现状* 恶魔大规模 成本范围持续时间效率响应时间寿命R&D飞行员purchase部署 钒液流电池 1,180-4,000（美元/千瓦） Hours 70%-80% 毫秒-秒 15-25年 Zn-Br液流电池 295-844（美元/千瓦时） N/A Hours 65%-70% 毫秒-秒 15-25年 铁液流电池 N/A Hours 65%-70% 毫秒-秒 15-25年 铁空气电池 N/A 从Hrs到Days N/A 毫秒-秒 N/A 热能储存 567-5,7000（美元/千瓦） 从Hrs到Days 50%-80% 几分钟 20-30年 抽水蓄能重力储能 94-570（美元/千瓦时） 462-2,777（美元/千瓦 ） 72-249（美元/千瓦时） N/A 从Hrs到DaysHours 70%-80% N/A 秒-最小值 Min 30-60年 25-30Years 压缩空气存储 690-4,200（美元/千瓦 ） 86-2,100（美元/千瓦时 ） 从Hrs到Days50%-65%Min 20-40年 4 来源：WoodMackenzie.*：我们相信储能的成功创新经历了四个阶段：1.研发，2.试点层面的小规模研究和工程，3.示范层面，4.大规模部署；评估是基于大多数项目在每一类技术的状态。注：不适用意味着没有足够的行业数据可用。 2022年长期储能报告woodmac.com 长期储能技术的价值有望大幅增长 长期储能技术可以为电力系统提供多种好处 不同长时间储能技术的应用 •长期储能技术 作为增强功能的低成本解决方案的巨大前景电力系统的可靠性和稳定性，具有 可再生能源渗透率高。 全球储能系统平均储存时间(小时) 1.21.31.3 1.8 2.2 3.43.1 2.4 4.4 •不同类型的长期储能技术有自己的优势和缺点。 •这使这些技术能够发挥不同的作用在电网级大规模电能中的作用 存储应用程序。 •随着更多的长期储能项目 在线，全球的平均存储持续时间储能系统有望增加 持续。 201720182019202020212022202320242025 来源：WoodMackenzie5 执行摘要 woodmac.com 1 长期储能(LDES)项目吸引了580亿美元的承诺过去三年 •在这580亿美元中，有300亿美元的项目正在建设或运营中。 •580亿美元相当于57GW的LDES-相当于全球储能容量的三倍 2022年部署。 尽管进展迅速，但大多数长期储能技术仍处于起步阶段，举步维艰在2030年之前进行成本有效的扩展 2 •抽水水电是唯一真正部署的大规模LDES技术，并将继续主导到2030年。 •克服一系列技术，财务和业务障碍是新兴LDES技术获得更广泛服务的关键与与CCS配对的CCGT相比，部署、降低成本并证明经济。 LDES的发展存在明显的地理差异 3 •钒氧化还原液流电池和压缩空气储能的部署在中国在很大程度上受到强有力的政策支持。 •美国正在加强其LDES行业，公司积极加强创新，促进试点和示范项目。 •大多数欧洲国家对这一领域的热情不高，而英国正试图找出正确的方式。 6 2022年长期储能报告woodmac.com 锂离子电池不是长期储能的实用解决方案 电池设计、价格上涨和可持续性问题限制了锂离子电池提供长时间储能 电池级锂化学品价格（实际2022美元/吨）* 70,000 65,000 60,000 55,000 50,000 •在锂离子电池中，“能量与功率”之比可以被操纵为提供“长期储能”服务。 •然而，由于锂离子电池设计的性质，功率和 45,000 能量容量耦合。 40,000 •这防止了功率和能量容量的独立缩放 35,000 +845% 储能系统，经济地制造锂离子电池技术 30,000 无法提供长期储能服务。 25,000 •飙升的电池原材料价格引起了越来越多的关注 20,000 在储能应用中使用锂离子电池。 15,000 •价格上涨的风险导致储能项目延期和 10,000 取消，增长放缓。 5,000 0 2021年第一季度2021年第二季度2021年第三季度2021年第四季度 2021年第一季度2022年第二季度 电池级碳酸锂(合同) 电池级氢氧化锂(合同)电池级碳酸锂(现货)电池级氢氧化锂(现货) •与锂离子电池相关的可持续性和安全性问题进一步限制锂离子电池在长期储能应用中的使用。 来源：WoodMackenzie，*：WoodMackenzie的锂价格数据，2022年8月全球锂短期展望7 2.电化学储能 2022年长期储能报告woodmac.com 氧化还原液流电池为长时间储能增压 独特的系统架构、长循环寿命和不易燃特性使液流电池对ESS具有吸引力 •典型的氧化还原液流电池(RFB)由两个独立的具有电荷存储物种的电解质溶液。这两种溶液是泵送通过离子交换发生的细胞通过离子选择性膜来储存和产生能量。 氧化还原液流电池示意图 •几个独特的功能使RFB成为长期的有吸引力的选择储能（>8小时）应用。 •RFB将电力和能源分离，因此扩大能源规模会更便宜容量，而不会显著损害电力容量。 •RFB还提高了操作安全性和更长的使用寿命 （超过20年）比锂离子电池（10-15年）。 •RFB的一个典型缺点是它们的能量密度相对较低 (目前钒氧化还原液流电池为30-40Wh/L，而钒氧化还原液流电池为400-650Wh/L 锂离子电池)。 按比例缩放液流电池能量容量示意图* 100kW/400kWh 系统 100kW/600kWh 系统 •RFB架构对各种化学物质具有灵活性。许多 在过去的几十年中，人们对化学物质进行了探索。 •典型的例子包括钒氧化还原液流电池，锌溴氧化还原液流电池和铁氧化还原液流电池。 电解质 电源组件管理和 控制部件 资料来源：WoodMackenzie，*：该图显示了液流电池系统可以设计为更长的持续时间，而无需添加电源组件。9 2022年长期储能报告woodmac.com 钒液流电池一直是最流行的液流电池技术 钒氧化还原液流电池（VRFB）在过去三年中吸引了超过22亿美元的投资 2020-22年宣布/委托的RFB项目数量 34 •VRFB是迄今为止部署最多的氧化还原液流电池 在过去三年中，全球吸引了超过22亿美元的投资。 •VRFB的关键竞争优势是其对称化学。没有放电中跨膜的化学或电化学梯度 9 状态和两种液体电解质可以无限期持续。 33 钒氧化还原液流电池 铁氧化还原液流电池 锌溴氧化还原液流电池 未知•VRFB的商业化速度比许多其他长期公司要快得多- 持续时间储能技术。VRFB项目的一半 按创新状况和国家划分的VRFB项目：2020-2022年 2020-2022年之间宣布/委托的是商业性的。 飞行员 Others 12%韩国9%• R&D6% 6% 中国主导了VRFB储能的开发和部署项目。 Total 5.2GWh 澳大利亚 9% 50% UK6% Total 5.2GWh 56% •2022年9月，世界上最大的液流电池（使用VRFB化学）储能站在中国大连并网。第一个 项目的阶段容量为100兆瓦/400兆瓦时。第二阶段 预计该项目的产能将扩大到200兆瓦/800兆瓦时。 32% 演示Commercial 15% 美国 中国 •强有力的政策支持是中国VRFB快速发展的关键推动因素。 2022年长期储能报告woodmac.com VRFB公司正在创建垂直整合的商业模式 公司寻求跨价值链的垂直整合以发展竞争优势 上游和中游服务 钒钒 采矿处理 电解质 making VRFB研发 VRFB 组装/ making 电解质租赁 发展 ESS项目VRFB提供商 •VRFB公司正在改变商业模式，并在整个价值链中变得越来越一体化，以促进VRFB的部署。 •垂直一体化的VRFB公司在降低成本，赢得市场份额和增强竞争优势方面处于更加积极的地位。 2022年长期储能报告woodmac.com VRFB的更大部署主要受到其高成本的阻碍 相对较高的前期资本成本和钒价格波动限制了VRFB的更广泛部署 VRFB储能系统的平均成本*（美元/千瓦时） •虽然VRFB技术是目前商业上最先进的流程电池，它还没有从学习曲线和经济中受益过去10年在锂离子电池技术中观察到的规模年。 •VRFB的前期资金成本仍然相对较高，难以与锂离子电池竞争6小时或更短的持续时间。 •VRFB储能系统的平均资本支出约为中国锂离子电池储能系统。 VRFB 锂离子 295 700 +137% •High 供需，是VRFB在长期使用中面临的另一大挑战。持续时间储能应用。 欧洲平均V2O5现货价格（美元/磅） +418% -54% •在过去的十年里，钒价格出现了显著的波动，尤其是近年来。 •2018年下半年五氧化二钒的价格是2016年上半年的六倍以上。 25 20 15 10 5 0 H1H2H1H2H1H2H1H2H1H2H1H2H1 2016201620172017201820182019201920202020202120212022 2022年长期储能报告woodmac.com VRFB成本降低在很大程度上依赖于技术收益和规模经济 降低成本将在更广泛的VRFB部署中发挥关键作用 降低VRFB成本的策略 •对于VRFB，钒的价格和数量是总成本的关键 电解质。进一步的研发是必要的，以提高电解质的效率减少钒的消耗。 •电池堆中的膜是初始投资的重要贡献者以及维护成本。一些膜占比超过 系统总成本的20%。因此，进一步的研发努力是必要的使用低成本材料开发替代膜。 •还需要进行研发工作，以提高效率和能源密度电池堆。 •预计将探索新的商业模式，如租赁钒电解质减少VRFB储能系统的初始投资。 •推动价值链创新并加快部署帮助实现规模经济。 •政府将加大