2023全球电化学储能行业现状与未来发展白皮书

2023全球电化学储能行业现状与未来发展白皮书 2023GlobalElectrochemicalEnergyStorageIndustryWhitePaper ——DevelopingStatusandOutlook 2023年9月 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系沙利文独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未经沙利文事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，沙利文保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。沙利文开展的所有商业活动均使用“沙利文”的商号、商标，沙利文无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表沙利文开展商业活动。 储能：“碳中和”背景下能源转型的助推器 关键词：储能、“碳中和”、能源转型 白皮书摘要 弗若斯特沙利文（北京）咨询有限公司谨此发布《2023全球电化学储能行业现状与未来发展白皮书》。本报告旨在分析“碳中和”背景下，全球电化学储能行业的发展现状、发展特点、驱动因素及未来发展趋势等。 本报告从储能出发，具体对比了当前不同储能技术的特点，凸显了电化学储能的性能优势与旷阔的发展前景，分析了全球不同地区电化学储能行业的发展现状与趋势，以及电化学储能的新兴技术、新型应用场景，肯定了以电化学储能为代表的新型储能技术在实现全球“碳中和”目标道路中的重要性。 本报告所有图、表、文字中的数据均源自弗若斯特沙利文（北京）咨询有限公司，数据均采用四舍五入。 在“碳中和”的目标背景下，储能的重要性日益增长。储能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要支撑技术之一，是平抑新能源波动、降低大规模新能源接入对电网造成冲击的重要手段。随着政策推动、电力市场改革的深化，储能应用场景将会更加多元，进入快速发展阶段。 电化学储能的广阔发展前景 关键词：电化学储能、锂电储能 电化学储能具备地理位置限制小、建设周期短、成本持续下降等优势，以锂电池、钠硫电池为代表的电化学储能整体处于示范和部署到商业化过渡阶段，近年来发展迅速。电化学储能的市场占比由2017年的不到1%，快速提升至2022年的20%左右。电化学储能预计成为未来的主流储能技术。 电化学储能产业在全球各地的快速崛起 关键词：发电侧、电网侧、用户侧 电化学储能可与光伏、风电等新能源发电相结合，缓解可再生能源稳定性差的问题。同时，电化学储能可提供调峰、调频、AGC、黑启动等辅助服务，保障电网安全。此外，电化学储能可以起到削峰填谷的作用，为住宅、工业和商业用户节约用电成本。目前，全球不同地区电化学储能的发展模式各不相同，如中国主要以布局发电侧储能为主，欧洲等地区则以发展用户侧储能为主。 电化学储能产业技术和应用场景日益多元 关键词：钠离子电池、液流电池、光储充、数据中心、基站 电化学储能技术路线不断创新，其技术多元化发展趋势明显；除锂离子电池外，新兴技术例如钠离子电池、液流电池将有望成为未来电化学储能的发展方向。随着储能电池市场的快速发展，电化学储能有望在电网侧和用户侧场景应用更加丰富，为行业发展带来持续动力。 名词解释 储能：化学或物理的方法将电能储存起来并在需要时释放的相关技术及措施。依据储存方式，储能可分为机械储能、电磁储能、电化学储能、热储能和化学储能。 电化学储能：指利用化学元素做储能介质,充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变价,主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能、钠硫电池储能等。 新型储能：新型储能是指除抽水蓄能以外的新型储能技术，包括新型锂离子电池、液流电池、飞轮、压缩空气、氢（氨）储能、热（冷）储能等。 表前及表后储能：表前储能包含所有非用户侧主体，如发电侧、电网侧等。发电侧指新能源发电的配置储能，电网侧指电网的调频装机、电网调峰装机。表后储能包括户用及工商业用户。工商业指分布式光伏配置储能及独立削峰填谷储能，户用则指家用光伏配置储能。 发电侧、电网侧及用户侧储能：发电侧储能是指在火电厂、风电场、光伏电站发电上网关口内建设的电储能设施或汇集站发电上网关口内建设的电储能设施。电网侧储能是指储能与配电网合作，可参与电网的调峰调频、调频、谐波等等电力辅助服务。用户侧储能多数以配合小功率光伏应用的光储形式存在，包括户用储能、工商业储能等。 锂离子储能电池：锂离子储能电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。 钠离子储能电池：指利用钠离子电池作为储能设备来进行能源转换和贮存。优势在于它承载的能量密度大且成本低，具有更高的循环使用能力,是一种潜在的可再生能源储备系统。 液流电池：由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成。其特点容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，包含全钒液流电池、锂离子液流电池、铅碳液流电池。 5G基站：指一种高速、低延迟的通信设备，需要大量的能源来维持其稳定运行。储能技术可以有效降低基站运营成本，同时实现环保减排，为5G通信网络的可持续发展提供有力的支持。 核心洞察： 01 新能源开启储能新篇章 02 无处不在的储能 03 储能：从发电侧、电网侧到用户侧 04 储能，不只是储存电能 05 电化学储能引领储能行业变革 第一章—— 储能产业概述 新能源开启“储能”新篇章 储能：储存电能，并在需要时释放 “储能”是通过化学或物理的方法将电能储存起来并在需要时释放的相关技术及措施。依据储存方式，储能可分为机械储能、电磁储能、电化学储能、热储能和化学储能。 在不同储能技术中，机械储能中的抽水蓄能是当前商业化应用最为成熟的储能方式，以锂电池、钠硫电池为代表的电化学储能整体处于示范和部署到商业化过渡阶段，近年来发展迅速。其他储能方式如机械储能中的高速飞轮储能，电磁储能中的超导储能、超级电容储能，化学储能等仍处于研发阶段，尚未得到产业化应 用。 不同储能技术所处阶段 锂电池储能 液硫电池储能 高速飞轮储能 熔盐堆储能 超级电容储能 低速飞轮储能 超导电磁储能 钠硫电池储能 压缩空气储能 绝热钙储能 家用热水储能 氢储能 合成天然气储能 储热 储冷 热化学储能 地矿储能 抽水蓄能储能 研究阶段 示范和部署阶段 大规模商业化阶段 X 资本需求 技术风险 来源：InternationalEnergyAgency(IEA),沙利文研究 电化学储能将成为未来储能主流技术 电化学储能将成为主流储能技术 在不同储能技术路线中，抽水蓄能储能装机规模占比超90%。然而，抽水蓄能存在地理位置限制、电站建设周期长、前期投资大等缺陷。与抽水蓄能相比，电化学储能具备地理位置限制小、建设周期短、成本持续下降等优势，已成为近年来增长最快的储能方式，其市场占比由2017年的不到1%，快速提升至2022年的20%左右。电化学储能预计成为未来主流储能技术。 电化学储能技术路线不断创新，其技术多元化发展趋势明显；除锂离子电池外，新兴技术例如钠离子电池的循环寿命也正不断提高，将有望成为未来电化学储能的发展方向。随着储能电池市场的快速发展，储能电池有望在电网侧和用户侧场景应用更加丰富，为行业发展带来持续动力。 DC DC AC 电池 汇流电箱 逆变器 电网 EMS 电池管 理系统 负荷 AC 电化学储能集成系统架构 来源：中国电源学会，EnergyTrend，沙利文研究 应用最为广泛的锂电池储能 锂电池储能应用广泛 与其他储能技术相比，锂电池储能具备使用寿命长、能量密度高等优点。锂电池正成为目前市面上最为常见的储能技术，广泛应用于各类电子产品、行动装置及车载电池。随着市场对锂电池需求持续扩大带来大规模量产，锂电池成本将逐步下降以匹配商业化开发及广泛运用。下列表格例举了各主要储能技术对比： 储能技术 功率 循环次数 放电时 能量密度 效率 技术 主要储能技术对比 （MW） 或寿命 长 （Wh/I） 成熟度 抽水蓄能 100-3,000 30-60年 4-12h 0.2-2 70-85% 压缩空气 10-1,000 20-40年 2-30h 2-6 40-75% 熔融盐储热 1-300 30年 小时级 70-210 80-90% 锂电池0.1-1001,000-10,000次 1min-8h200-40085-98% 铅酸蓄电池0.1-1006-40年1min-8h50-8080-90% 钠硫电池10-1002,500-4,400 次 液流电池0.1-10012,000- 14,000次 1min-8h 150-300 70-90% 20-70 60-85% 600 25-45% 20-80 70-95% 6 80-95% 10-20 80-98% 小时级 氢储能0.01-1,0005-30年分钟级-星 期级 飞轮储能0.001-2020,000- 100,000次 秒级-小时级 超导储能0.1-1100,000次毫秒级-分 钟级 超级电容0.01-110,000-100,000次 毫秒级-分钟级 开发阶段商业化早期商业化趋近成熟成熟 来源：EESI,沙利文研究 无处不在的储能 储能的运用可简单分为表前与表后 •表前储能：包含所有非用户侧主体，如发电侧、电网侧等。发电侧指新能源发电的配置储能。在中国，发电侧主要通过解决弃电提高发电收入以及参与调峰辅助服务获取补贴实现经济性，目前主要由政策驱动。在海外，储能主要靠削峰填谷从而实现峰谷价套利以实现经济性。电网侧指电网的调频装机、电网调峰装机。电网调频、调峰储能装机都通过参与对应的电网辅助服务获取辅助服务补贴实现经济性。 •表后储能：包括户用及工商业用户。与中国相比，海外市场更注重户用和工商业储能装机的并重发展。其中，工商业指分布式光伏配置储能及独立削峰填谷储能。光伏配置储能的作用为节省工商业企业的用电费用并保证特殊情况下的电力供应；而独立削峰填谷储能则通过峰谷价差套利，以节省企业用电成本实现经济性。户用则指家用光伏配置储能，通过存储光伏发电为家庭用户提供电力，使光伏发电无法工作的时间段（如夜间或阴雨天）仍能保证电力的自给自足，通过节省用电费用来实现经济性。与海外国家相比，中国户用储能仍有较大的发展空间。 储能应用场景分类 发电侧 电网侧 用户侧 工商业 户用 新能源电站旁 减少弃电、调峰、 平滑输出 增加发电收入， 获取调峰补贴 大型火电站旁 调频、调峰 获取调频、调峰 补贴 工商业企业园区 家庭住宅 削峰填谷、 存储光伏发电、 备用电源 保证能源自给 峰谷套利、节省用电成本 节省用电成本 应用场景 位置 核心功能 收益模式 来源：高工产业研究院（GGII），沙利文研究 发电侧、电网侧和用户侧各不相同 应用场景不同： 发电侧根据计划出力及平滑发电输出，为系统提供调峰、调频及备用容量等辅助服务，解决弃风、弃光等问题。而电网侧则用于延缓变电设备的升级与增容，提高电网运行的稳定水平；用户侧通过分时电价管理、容量费用管理、提高供电质量和可靠性、提高分布式能源就地消纳、提供辅助服务等方面。 时间尺度不同： 发电侧平滑新能源出力波动、调频等场景属于超短时和短时尺度供应，季节性调峰等场景属于长期尺度应用； 电网侧提供系统备用、延缓输变电设备阻塞等均属于短时尺度应用；用户侧提高电能质量、调频属于超短时和短时尺度应用，参与需求侧相应在短时和长期尺度均有应用。 超短时尺度（秒~分钟） 短时尺度（小时~天） 长期尺度（多日及以上） 平滑风光出力 跟踪发电计划 调频 调峰 提高发电基地送出 发电侧、电网侧、用户侧储能情况 发电侧 提高系统暂态稳定性 无功支撑 调频提供备用容量 黑启动服务 缓解设备阻塞 事故备用 电网侧 提高电能质量 需求侧响应 备用电源 用户侧 参与辅助服务 来源：全球能源互联网发展合作组织，沙利