电力设备行业深度报告：长时储能千帆竞，借海扬帆奋者先

长时储能千帆竞，借海扬帆奋者先 分析师：尹沿技（SAC执业证书号S0010520020001）2023年8月6日 主要观点 Ø长时储能需求旺盛，具备多种优势。长时储能一般定义为持续放电时间4小时以上的储能技术。长时储能的应用有效提高风光发电消纳能力；兼顾储能系统快速响应特点与长期输出能力，提高电网的灵活性；能够更好地实现电力平移，提高电力峰谷套利能力。2022年全球/中国已投运电力储能项目累计装机规模237.2/59.8GW，以锂电储能为主的新型储能装机增长迅速。Ø长时储能技术种类丰富，可以分为机械储能、电化学储能、热储能以及氢储能四大主线。机械储能包括压缩空气、抽水储能、 重力储能；电化学储能根据材料不同分为锂离子电池、钠离子电池、铅蓄（碳）电池和液流电池储能；热储能主要为熔盐储能。其中，抽水储能和锂离子电池储能发展较为领先。Ø抽水储能经济性最高，降本仍是未来长时储能发展的主要驱动力。抽水储能技术发展成熟，度电成本低至0.21-0.25元/kWh， 显著低于其他储能技术。受制于建设周期长、地理限制因素大，抽水储能电站发展较为局限。新型长时储能技术具备发展空间，锂离子电池、液流电池、重力储能、铅碳电池、压缩空气储能成本仅次于抽水储能，度电成本约为0.44元/kWh、0.49元/kWh、0.5元/kWh、0.56元/kWh、0.63元/kWh。钠离子电池储能、熔盐储能、氢储能度电成本偏高，约为0.84元/kWh、0.89元/kWh、1元/kWh，成本优势尚不明显。Ø新型长时储能经济性改善取决于设备与材料成本的降低。机械储能寿命较长，为30年左右，因此储能度电成本较低。压缩空 气储能所使用设备较为成熟，未来有望通过提升系统转化效率降低度电成本；重力储能技术尚未达到普遍商业化的水平，成本的下降依赖于技术突破。熔盐储能主要应用于光热发电、余热收集和火电厂改造等有限领域。电化学储能的设备协调能力较强，因此有较大的耦合潜力，其中锂离子电池、液流电池和铅碳电池经济性较突出，材料成本的下降以及转化效率的提升决定了成本下降空间。氢储能具有广阔前景，目前由于制、储端成本高昂暂不具备经济性。Ø投资建议：未来随着长时储能装机需求持续增长，中上游储能设备制造与系统集成相关企业有望受益。抽水储能建议重点关 注浙富控股与南网储能；熔盐储能建议关注西子洁能与东方电气；重力储能建议关注中国天楹；压缩空气储能建议关注开山股份与陕鼓动力；电化学储能建议关注宁德时代、比亚迪、阳光电源、上海电气(液流电池）与圣泉集团（钠离子电池）；氢储能建议关注亚普股份与京城股份。Ø风险提示：全球储能装机未及预期、储能成本波动风险、长时储能技术商业化推进滞后风险、政策推进不及预期风险、行业 竞争加剧风险。 关注标的 目录 长 时 储 能 定 义 及 功 能 2 长 时 储 能 发 展 现 状 一 览 长 时 储 能 主 要 技 术 分 类 及 市 场 分 析 3 4 长时储能定义及标准 Ø定义：长时储能是在普通储能系统的基础上，可实现跨天、跨月，乃至跨季节充放电循环的储能系统。根据充放电时长长短，一般将储能分为短时储能和长时储能两大类。长时储能具备为电力系统提供稳定的电力支持，同时提高系统的可靠性和灵活性的能力。Ø目前，国内外对于长时储能的充放电时长暂未达成统一标准。1）国外：2021年美国桑迪亚国家实验室发布《长时储能简报》， 把长时储能定义为持续放电时间不低于4小时的储能技术。同年，美国能源部发布相关报告，将其定义为额定功率下至少持续运行（放电）10小时的储能系统。2）国内：为了区分大规模建设的2小时储能系统，一般把长时储能定义为4小时以上的储能技术。 长时储能优势（一）：提升新能源消纳能力 Ø可再生能源发电渗透率越高，所需储能时长越长。可再生能源发电具有间歇性的特点，主要发电时段和高峰用电时段错位，存在供需落差。美国加州独立系统运营商（CAISO）评估加州的电力生产和需求时发现，随着光伏装机容量的逐年上升，一日净负荷的弯曲程度越明显，净负荷的大幅波动会损害电网基础设施。Ø因此随着可再生能源的渗透率逐年上升，对平衡电力系统的负荷要求增加，而长时储能可在更长时间维度上调节新能源发电波 动，避免电网拥堵，增加清洁能源消纳能力。根据《Long-Duration Electricity Storage Applications, Economics, and Technologies》，当风光发电占比达到50%-80%时，储能时长需要达到10h以上。 长时储能优势（一）：提升新能源消纳能力 Ø新能源发展动能强劲，长时储能需求空间大。根据全球能源互联网发展合作组织预测，预计到2030年，风光发电渗透率将接近50%。又根据麦肯锡数据，长时储能于2025年起开始大规模增长。2030年起全球可再生能源渗透率将升至约60%-70%，长时储能累计装机量将达到150-400GW(对应储能容量5-10TWh)，累计投资规模将达到2000-5000亿美元。到2040年，长时储能累计装机量将加速达到1.5-2.5TW(对应储能容量85-140TWh)，是目前全球储能系统装机量的8-15倍，累计投资额将达到1.5-3万亿美元。目前全球电力行业正处于从化石能源向可再生能源的能源转型关键阶段，火电厂将逐步退出历史舞台，预计发电量占比降至10%以下，“长时储能+大型风光项目”将替代化石能源成为基础负载发电厂。 资料来源：麦肯锡，华安证券研究所整理 长时储能优势（二）：为电网提供灵活性 Ø长时储能有具备调频优势。随着新能源比例的逐步提升，用户负荷、风力发电、光伏发电等不确定性使得电力系统净负荷波动加剧。传统火电机组因爬坡约束和机组启停限制难以快速并长期跟踪负荷需求，而长时储能兼顾储能系统快速响应特点及长期输出能力有望成为调频主力。Ø储能系统灵活性在时间尺度上与电力系统安全性和容量充裕度存在耦合关系。针对不同的功能，所需的储能系统持续时长存在 显著差异，因此一般需要在分钟级、小时级、日级、季度级乃至年度级等多时间尺度上规划电力系统结构。一般，短时储能侧重于保证电力系统在瞬时扰动下保持平衡等电网安全性问题；长时储能侧重于实现峰谷时期供需匹配等经济性问题。且长时储能技术也具备短时储能的功能；反之则不成立。因此长时储能的提供灵活性的综合性能更优。 长时储能优势（二）：为电网提供灵活性 Ø容量型（≥4小时）需求与日俱增。根据不同储能时长的需求，储能的应用场景可以分为容量型、能量型、功率型和备用型四类。新型储能技术的规模化发展将从备用型和功率型应用逐步扩展至能量型和容量型的应用。目前新能源侧配置储能系统通常以功率型或能量型为主，主要起到平滑功率波动的作用。随着新能源装机容量和发电比例的提升，对储能时长的要求越来越高，容量型储能的需求日益增长。Ø容量型储能应急复原能力强。极端天气事件越来越多，长时储能可以提高当地和区域电力供应的复原力，同时自然灾害和能源 供应紧张频繁会导致电价上涨和电网运营成本增加，长时储能保障电力供应可降低社会用电成本。例如，西北地区在2020年冬季的一次冷空气间歇期中，风电低出力达到120小时，长时储能应对能源危机的必要性显现。 长时储能优势（三）：峰谷套利空间更大 Ø峰谷套利是工商业储能的一大盈利模式。在负荷低谷时，以较便宜的谷电价对储能电池进行充电；在负荷高峰时，由储能电池向负荷供电，实现峰值负荷的转移，从峰谷电价中获取收益。Ø根据现行的各省区的峰谷电价机制，峰时持续时间基本超过4小时。例如上海大工业两部制夏季（7-9月）高峰时段为8：00-15： 00及18：00-21：00，其中7-8月的12：00-14：00为尖峰时段。相较于短时储能，长时储能系统可更好地实现电力平移，将可再生能源发电系统的电力转移到电力需求高峰时段，起到平衡电力系统、规模化储存电力的作用。 资料来源：北极星储能网，华安证券研究所整理 资料来源：光伏能源圈，光伏盒子，各省发改委，华安证券研究所整理 目录 长 时 储 能 发 展 为 大 势 所 趋 长 时 储 能 发 展 现 状 一 览 2 3 长 时 储 能 主 要 技 术 分 类 及 市 场 分 析 长时储能是市场主力，储能规模快速增长 Ø长时储能是储能市场主力军。根据《储能产业研究白皮书2023》，2022年全球已投运电力储能项目累计装机规模237.2GW，其中，抽水蓄能累计装机同比下滑6.8%，占总装机规模下降至79.3%。中国已投运电力储能项目累计装机规模59.4GW，占全球市场总规模的25%，年增长率38%，抽水蓄能累计装机占比77.1%。以抽水蓄能、熔融盐储热、锂电储能为代表的长时储能技术占据主导地位。Ø中国储能规模持续增长。2022年中国电力储能累计装机规模达59.4GW，相较于2018年增长51.1%，预计2025年装机规模将 达到64.06GW，总体保持稳定增长态势。 发展历程：循序渐进，正逐步向产业化降本过渡 以我国为例，将风光发电量作为划分点，长时储能发展主要分为三个阶段。（1）2021年以前：即长时储能技术发展的战略窗口期。该阶段的储能主力仍为原有的存量机组，而抽水储能等项目还在规划建设中， 此时长时储能出现，弥补主流技术的不足；（2）2025-2030年：即长时储能技术产业化的降本时期。该阶段除了已经稳定使用的存量机组以外，还逐步投入运营大量的抽水蓄能，同时对未来的新型储能时长也提出了更高要求；（3）2030年以后：传统储能方式受限，不再符合新型电力系统的要求，长时储能等新技术将替代传统储能方式成为时代主流。 海外现状：政府注入资金支持，开发商踊跃投资 Ø国外加码长时储能政策支持，全球长时储能市场火热。例如：1）美国能源部从2018年起就不断地投入资金，支持长时储能的技术研发，其目标是在2030年把储能成本降低到5美分/度电以内；加州作为长时储能最活跃地区之一，在2020年就发出了标书采购50MW/4GWh的8小时长时储能系统，在2022年到2023年预算中计划提供3.8亿美元进一步支持长时储能部署。2）英国政府为24个不同技术类型的长时储能技术提供了6800万英镑的竞争性融资资金支持，并于2021年初启动了总投资1亿美元的长时储能示范竞赛；欧洲投资银行管理的欧盟创新基金项目发展援助(PDA)从15个被定义为大规模清洁能源项目中选择了重力储能和热储两个长时储能项目进行支持，每个项目投资超过750万欧元。Ø全球长时储能开发商投资活动活跃。麦肯锡统计，2021年全球长时储能开发商投资总额为9.1亿美元，相较于2018年增长153%， 呈爆炸式增长。 国内现状：政策支持，确立长期发展趋势 Ø国内中国政府已出台多项相关政策和法规以促进长时储能技术的发展。在针对新能源消纳和系统调峰问题，我国将推动大容量、中长时间尺度储能技术示范，同时部署了全钒液流电池、铁铬液流电池、压缩空气储能、熔盐储热、氢储能等多种类别长时储能技术的研发攻关。国家科技部发布的《“十四五”国家的重点研发计划》提出为代表各种长时间储能多种储能技术提供了研发的资金支持，重点包括超长时间尺度储能技术3项：100MW级先进压缩空气储能技术、新一代液流电池储能技术、宽液体温域高温熔盐储热技术；中长时间尺度储能技术4项：低成本长寿命锰基储能锂离子电池、有机储能电池、水系金属离子储能电池、百兆瓦时级钠离子电池储能技术。 目录 长 时 储 能 发 展 为 大 势 所 趋 长 时 储 能 发 展 现 状 一 览 2 3 长 时 储 能 主 要 技 术 分 类 及 市 场 分 析 长时储能技术分类 Ø长时储能技术可以分为机械储能、化学储能、热储能以及氢储能四大主线。机械储能包括压缩空气、抽水储能、重力储能；电化学储能根据材料不同分为锂离子电池、钠电池、铅蓄（碳）电池和液流电池储能；热储能主要为熔盐储能。其中，抽水储能和锂离子电池储能发展较为领先。Ø各储能技术路线对比：抽水蓄能和压