道“锂”系列专题六：电化学储能产业链及分析框架

中信期货研究|有色与新材料专题报告（锂） 道“锂”系列专题六： 电化学储能产业链及分析框架 2023-07-21 投资咨询业务资格： 证监许可【2012】669号 中信期货贵金属指数中信期货有色金属指数 报告要点 电化学储能上游为电池系统原材料和储能变流器原材料，中游为储能系统集成 产业，下游为大储（发电侧、电网侧）、中储（工商业）、小储（户储、便携储）。储能存量市场以抽水蓄能为主，电化学储能贡献重要增量。电化学储能需求侧驱动看政策，核心在于盈利空间。按照我们乐观预估，2023年全球储能市场对碳酸锂需求 量为10.1万吨，占全球碳酸锂总需求的9.7%左右。 165380 330 115 S-22D-22M-23J-23 280 230 摘要： 电化学储能上游为电池系统原材料和储能变流器原材料，中游为储能系统集成产业，下游为大储（发电侧、电网侧）、中储（工商业）、小储（户储、便携储）。储能市场存量以抽水蓄能为主，电化学储能贡献重要增量，其中，锂离子电池占据电化学储能市场绝对主导位置，铅、钠电池等储能技术发展呈现百家争鸣态势。 电化学储能需求驱动在政策，核心在盈利空间。（1）大储：国内强制配储形成规模刚需，美国受供应链问题缓解和IRA法案补贴或实现翻倍式增长；（2）中储：工商业储能形成四大商业模式和六大盈利模式，峰谷价差扩大增厚盈利空间，两充两放凸显经济性；（3）小储：户储存在消费属性且以欧洲市场为主，电力价格上涨、居民供电不稳定和户储收益率高成为驱动户储市场发展关键。2023年，我们对全球储能电池需求量的乐观预估为202GWh。 电化学储能供给能力偏宽松。（1）锂离子电池：全球锂电池规划产能达到3146.02GWh，全球动力电池2023年实际需求经测算为715GWh，产能层面动力电池改储能电池较为容易，储能行业供给偏宽松；（2）铅蓄电池：铅酸蓄电池技术成熟、成本低，缺点在于能量密度低和循环次数少，铅炭电池通过负极掺（镀）入高表面积碳材料边际提高能量密度，超40GW产能正在建设，难对锂离子电池储能地位发起挑战；（3）钠离子电池：电池性能优异被寄予厚望，据不完全信息统计，至少有8GWh储能用钠离子电池产能投产，随钠离子电池产能在远期进一步释放有望对锂电储能边际替代增强。 从储能对金属需求角度来看，磷酸铁锂电池每GWh消耗碳酸锂510吨，铅酸蓄电池每GWh消耗铅2万吨，铅炭电池每GWh消耗铅815吨。按照我们乐观预估，2023年全球储能市场对碳酸锂需求量为10.1万吨，对精炼铅需求量为8-10万吨，储能占碳酸锂和精炼铅全球消费的比重分别为9.7%、0.7%。 风险因素：光伏、风电装机不及预期，钠离子电池投产降本超预期 有色金属研究团队 研究员：沈照明 021-80401745 shenzhaoming@citicsf.com 从业资格号：F3074367投资咨询号：Z0015479 李苏横 0755-82723054 lisuheng@citicsf.com从业资格号：F03093505投资咨询号：Z0017197 郑非凡zhenfeifan@citicsf.com从业资格号：F03088415投资咨询号：Z0016667 重要提示：本报告非期货交易咨询业务项下服务，其中的观点和信息仅作参考之用，不构成对任何人的投资建议。中信期货不会因为关注、收到或阅读本报告内容而视相关人员为客户；市场有风险，投资需谨慎。如本报告涉及行业分析或上市公司相关内容，旨在对期货市场及其相关性进行比较论证，列举解释期货品种相关特性及潜在风险，不涉及对其行业或上市公司的相关推荐，不构成对任何主体进行或不进行某项行为的建议或意见，不得将本报告的任何内容据以作为中信期货所作的承诺或声明。在任何情况下，任何主体依据本报告所进行的任何作为或不作为，中信期货不承担任何责任。 目录 摘要：1 一、电化学储能产业链及应用场景4 1.1电化学储能产业链：上游-中游-下游4 1.2电化学储能应用场景：发电-电网-用户4 1.2.1发电侧：解决光伏、风电等可再生能源并网问题5 1.2.2输电侧：调峰、调频、缓解电网阻塞。5 1.2.3用户侧：自发自用+峰谷价差套利6 二、电化学储能技术概况6 2.1储能技术：抽水蓄能装机规模最大，电化学储能装机增速最高6 2.2锂离子电池：主导电化学储能市场，磷酸铁锂电池更受青睐7 2.3铅蓄电池：技术成熟、成本低，储能装机规模小9 2.4钠离子电池：性能优异，寄予厚望9 三、电化学储能需求：驱动在政策，关键在收益11 3.1大储：中国政策强制配储能，美国项目储备丰富11 3.1.1中国：政策强制配储形成大储装机规模刚需11 3.1.2美国：全球大储主力市场，项目储备丰富14 3.2中储：四大商业模式+六大盈利模式15 3.2.1商业模式：终端应用场景分散，形成4大商业模式15 3.2.2盈利模式：峰谷价差套利+自发自用15 3.3小储：户储市场主要在欧美17 四、电化学储能供给：锂电占据绝对优势18 4.1锂离子电池18 4.2铅酸蓄电池19 4.3铅炭电池19 4.3.1铅炭电池已建产能或产品19 4.3.2铅炭电池在建/拟建产能20 4.4钠离子电池21 4.4.1实际投产项目梳理21 4.4.2规划或正在建设项目梳理22 4.4.3已发布的钠离子电池产品梳理25 五、储能领域对有色金属需求测算27 5.1锂离子电池：磷酸铁锂电池单位耗碳酸锂量510t/GWh27 5.2铅酸蓄电池：每GWh耗铅量为2万吨28 5.3铅炭电池：单位耗铅量为815.1t/GWh28 5.3.1昆工科技的铅炭储能电池结构28 5.3.2铅炭储能电池含铅量测算29 5.4总结30 免责声明32 图表目录 图表1：储能产业链4 图表2：储能的应用场景5 图表3：储能技术的分类6 图表4：2022年中国电力储能存量市场结构7 图表5：2022年中国电力储能增量市场结构7 图表6：2022年全球电化学储能累计装机结构8 图表7：2022年中国新型储能累计装机结构8 图表8：不同正极材料锂电池性能对比8 图表9：2019年中国电力系统储能锂电池分类出货量占比9 图表10：2019年全球家用储能锂电池分类出货量占比9 图表11：钠离子电池与锂离子电池结构及材料10 图表12：不同类型电池电化学储能系统参数及全生命周期度电成本测算11 图表13：2021年以来各地发布的新能源配储政策12 图表14：2022年全球新型储能新增装机市场分布14 图表15：2017-2022年美国新型储能新增装机14 图表16：2022年美国新装储能应用场景分布14 图表17：2017-2022年美国新型储能新增装机14 图表18：工商业储能的盈利模式16 图表19：各省市一般工商业代理购电峰谷价差情况16 图表20：2022年美国新装储能应用场景分布18 图表21：2017-2022年美国新型储能新增装机18 图表22：储能电池VS动力电池18 图表23：全球锂电池产能分布结构19 图表24：SMM样本企业储能电池产量19 图表25：行业内领先者多为铅酸蓄电池企业20 图表26：中国钠离子电池实际投产项目梳理21 图表27：已发布的钠离子电池产品23 图表28：已发布的钠离子电池产品25 图表29：七组实验相关实验数据29 图表30：昆工科技2V铅炭储能电池耗铅量测算30 据SMM数据，2023H1全球储能电池产量高达82.8GWh,同比增长105%，储能电池出货量为87GWh，同比增长122%。其中，Q2储能电池产量为45.1GWh，环比增长20%，出货量为47.4GWh，环比增长20%。全球各国在碳中和背景下能源结构加速转型，电化学储能市场保持高景气增长，本文基于能源金属视角对电化学储能产业链和分析框架做了深度梳理。 一、电化学储能产业链及应用场景 1.1电化学储能产业链：上游-中游-下游 储能的结构包括电池PACK（电芯+PACK）、BMS、EMS、PCS、温控系统。储能上游包括电池系统原材料和储能变流器原材料，电池系统原材料主要包括正极、负极、隔膜和电解液等电芯原料产业，储能变流器原材料主要包括电子元器件、电感器和变压器等电气设备产业。储能中游为储能系统集成产业，包括电池PACK、BMS、EMS、储能变流器（PCS）和温控系统等；储能下游按照储能功率大小可分为大储（发电侧、电网侧）、中储（工商业）、小储（户储、便携储），主要为发电、电网和用户等需求场景，涵盖了发电集团、电网公司、第三方投资者和户用等主体。 图表1：储能产业链 资料来源：公开资料中信期货研究所 1.2电化学储能应用场景：发电-电网-用户 储能类型按照电力系统环节可以分为发电侧储能、电网侧储能和用电侧储能三大储能场景，其中电源侧、电网侧储能又称为表前储能或大储，用户侧储能又称为表后储能。用户侧储能分为工商业储能与家庭储能，两者区别在于客户群体， 而我国的用户侧储能基本为工商业储能。 图表2：储能的应用场景 资料来源：慧博智能中信期货研究所 根据这三大场景的不同特点，从电网的角度又可分成能量型需求和容量型需求。能量型需求一般需要较长的放电时间（如削峰填谷），而对响应时间要求不高。与之相比，功率型需求一般要求有快速响应能力，但是一般放电时间不长（如系统调频）。实际应用中，需要根据各种场景中的需求对储能技术进行分析，以找到最适合的储能技术。 1.2.1发电侧：解决光伏、风电等可再生能源并网问题 主要和光伏、风电等可再生能源融合，平滑发电曲线，满足电网系统的接入要求，解决弃电问题。光伏、风电等新能源发电具有波动性、间歇性特点，发电量在不同时间随着光照、风力的强度而变化，若直接并入电网会对电网造成冲击，影响电网的电能质量。利用储能系统可保证新能源发电的稳定性和连续性，增强电网的柔性与本地消化新能源的能力。 1.2.2输电侧：调峰、调频、缓解电网阻塞。 储能可实现对用电负荷的削峰填谷，即在用电负荷低谷时发电厂对储能电池充电，在用电负荷高峰时段将存储的电量释放，从而实现电力生产和消纳之间的平衡。储能系统能够快速精确地响应调度指令，相较传统的火电调频精确性更高、调频效果更好。由于空间上发电与输电能力不平衡容易造成电网阻塞，利用储能系统可以将无法输送的电能储存在储能设备中，有效解决电网阻塞造成的发电与输电在空间、时间上的不匹配性。 1.2.3用户侧：自发自用+峰谷价差套利 主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量费用管理等，同时还可以带来备用电源、虚拟增容、绿电交易的价值。根据应用场景的不同，用电侧储能可以分为工商业储能、户用储能。工商业储能是指用于工商企业的储能系统，其一般与分布式光伏配套使用。分布式光伏发电是指在用户附近建设，以用户自发自用、余电上网的形式，在配电系统中平衡调节为特征的设施。户用储能是指用于家庭用户的储能系统，户储系统可大幅节约用电成本、保障用电稳定性，在高电价、电网稳定性差的地区需求旺盛。 二、电化学储能技术概况 2.1储能技术：抽水蓄能装机规模最大，电化学储能装机增速最高 储能技术主要包括机械储能、电化学储能、化学储能、电磁储能和热储能等 5类。其中，机械储能也称物理储能，主要包括抽水蓄能、压缩空气蓄能和飞轮 蓄能等3种；电化学储能主要包括锂离子电池、铅蓄电池、钠离子电池、液流电 池、钠硫电池和镍氢电池等6种，铅蓄电池主要包括铅酸蓄电池和铅炭电池2种； 化学储能主要包括氢储能、氨储能等2种；电磁储能主要包括超导储能、电容储 能和超导电容储能等3种；热储能主要包括熔融盐储能和储冷等2种。 图表3：储能技术的分类 资料来源：公开资料中信期货研究所 抽水蓄能是目前最成熟的大规模储能方式。抽水蓄能基本原理是电网负荷低谷利用过剩电力，将液态水从低水库抽往高水库，实现电能向重力势能的转换。 在电网负荷高峰期再使液态水从高水库流到低水库推动水轮发电机发电，实现重力势能向电能的转换。根据CNESA统计，截至2022年底，全球已投运储能项