2023中国户用储能出海报告

霞光社ShineGlobal丨霞光智库 户用储能出海报告 霞光社ShineGlobal丨霞光智库 01.储能的作用和分类 目录02.户用储能的驱动因素 Contents03.美国户储市场 04.欧洲户储市场 05.澳大利亚户储市场 06.其他户储市场 07．户储产业链及典型企业案例 2 霞光社ShineGlobal丨霞光智库 01 诸能的作用和分类 是普及可再生能源应用的关键技术 可再生能源大规模并网的主要障碍：稳定性和匹配性差霞光社ShineGlobal丨霞光智库 ·传统能源发电主要依靠化石燃料，可根据数据分析、节假日及不同季节负荷等预测未来用电负荷，同步调节填料供电系统，匹配需求变化，维持电力的供需平衡。随着2050年零碳排目标的推进，以风光发电为主流的新能源发电方式开始逐渐替代传统发电。新能源发电虽然环保，但主要依靠太阳能风能等，受时间、天气、季节气候等波动因素影响，供电不稳定，难以按需调节电力供应。 ·风、光电的出力时间，与用电需求不匹配，如光伏的输出电量集中于午后，夜间无输出；风电输出则集中于半夜，白天出力较低，均呈间歇性特征。而用电高峰为上午和晚，且波谷时段仍有较 高基荷。风光电的不可控性以及短周期波动不稳定性会产生弃风弃光，大规模并网后输出功率的频繁波动，也会对电网稳定和安全造成威胁。 各种发电方式灵活性对比24小时风力、光伏输出电量和电力负荷 输出电量MW 发电方式 发电原理 电力供应按需负荷万kw 调整的灵活性 高 火力发电燃烧加热水成为水蒸气推动汽轮机带动发 电机 传统 能源水力发电水流推动水轮机带动发电机较高 电力负荷 核能发电核裂变反应加热水成为水蒸气推动汽轮机高 带动发电机 风力发电风力带动风轮驱动发电机 新 风电出力 源能光伏发电通过半导体材料将太阳能直接转换为电能 光热发电集聚太阳能加热水蒸气推动汽轮机带动发电机低 生物质能发电燃烧加热水成为水蒸气推动汽轮机带动发电机较高海洋能、地热能等利用潮汐海浪的水力或地热蒸汽发电 不可再生能源可再生能源10111213141516171819202122230 数据来源：据公开资料制作 23:00-5:0011:00-16:0023:00-5:00 电力负 数据来源：据公开资料制作荷高峰 8:00-11:00 17:00-22:00 4 风光电的高速发展带动了对储能的需求霞光社ShineGlobalI霞光智库 。在零碳经济的目标下，可再生能源的发展将会提速，其中风、光电由于技术相对成熟、受地理限制相对更小，是代替化石能源的主力。 ·全球风光电增长势头强劲，2023年预测全球风光电装机量共计增长400GW以上，其中在近几年分布式光伏的增速最快，年平均增长率达26%，新装机量几近与光伏电站持平。 ·风光电的渗透率逐年提高，尤其是分布式光伏的普及，催生了储能的应用需求。针对风光电的间歇性出力特征，储能系统充当电力系统的“蓄水池”，在风光电出力时蓄电，用电高峰时放电，解 全球可再生能源净增装机量（GW）零碳经济转型目标下的能源消耗预测 500 类型 2017-2022年平均增长率 450 400 350 光伏电站分布式光伏 风电 水电 13.2% 26.0%14.9% 9.0% 焦耳 200,000 180,000 煤达峰 2021 石油达峰 天然气达峰 煤 160,000 天然气 O0E 140,000 石油 250 120,000 核电 200 150 100,000 80,000 60,000 其它可再生生物质能 光伏 10040,000 风能 20,000 2017201820192020202120222023E2024E ■光伏电站■分布式光伏■离岸风电■陆上风电■水电■生物质能■其他 200020102020203020402050 数据来源：IEA 数据来源：BloombergNEF 5 储诸能在新型电力系统中的关键作用：削峰填谷霞光社ShineGlobalI霞光智库 ·新能源大规模稳定并网需要配备调峰、调频装置，储能成为构建新型电力系统的关键环节。利用储能进行削峰填谷，可在低需求时段将多余电力储存起来，并在高峰时段再释放，达到平滑波动幅 度的目的。 ·对于传统发电，储能系统通过充放电调节，可以减缓电力机组功率及电网输电配电的投入，提高电网利用率和发电负荷率，通过调峰、调频、备用等电力辅助服务稳定电网的整体运行。 ·对于可再生能源，储能可以增强对风光电的消纳能力，在更长时间维度上调节新能源发电波动，避免电网拥堵。风光发电占越高，需要的储能容量就越大、储能时长越长，根据马里兰大学等的研 究报告，当风光发电占比达到50%-80%时，储能时长需要达到10h级。 储能在电力系统中的削峰填谷作用示意风光发电占比与长时储能需求关系 电力额定功率下最大需要 系统的储能时长（小时）弃电少、输电和电 负荷网灵活性要求高 高峰储能系统向电网放电， 1000灵活性 区间 负荷 100 <1h<10h 季度级 天/周级 弃电多、输电和电 网灵活性要求低 中等负荷 10 小时级 基本负荷 储能系统从电网充电 661011121314151617181920212223020406080100 区域电网年发电量中风光发电占比（%） 数据来源：公开资料自制数据来源：Joule 6 储能技术分类：抽水蓄能仍占主流，电化学增长最快霞光社ShineGlobal丨霞光智库 ·储能技术路线按不同的能量储存方式，分为氢储能、热储能、机械储能、电化学储能和电磁储能，分别对应将电能转化为氢能、热能、动/势能、化学能和电磁能进行储存。按储能时长区分，国内一般定义储能时长在4小时以下的为短时储能，如电磁储能和飞轮储能，其它4小时以上的均为长时储能，电化学储能介于两者之间。 ·全球储能装机量由2013年的140GW增长至2022年的238GW。其中，抽水蓄能因其经济性、技术难度低，一直是第一大储能方式，其全生命周期度电成本为0.21元/kWh，相较于磷酸铁锂电池目前 度电成本0.66元/kWh，经济性更优。但随着各类新型储能的兴起，抽水蓄能的装机量占比逐年加速下滑，于2022年跌破80%（2021年占比86.2%）。 ·新兴的储能技术如绿氢储能、飞轮、相变储热、液流电池、超导储能等，大多仍处于发展起步阶段，距离大规模商用仍有较长过程。但以锂电池为主的电化学储能，对比其它储能方式限制条件 少，灵活性高，已成为第二大储能技术，并随着电池成本快速下降，近五年CAGR达80%，装机量占比由2013年的0.3%迅速提升至2022年的18.7%。 技术分类储能原理简述功率规模能量密度优势劣势技术成熟度各储能技术路线2000-2022年全球累计装机占比（MW%） 抽水蓄能 机 电机抽水形成高差储为势 能，需时用水流发电 100-5000MW0.5-2Wh/L 地理限制大成熟 度电成本低 初始投资大广泛应用 械抽水蓄能,79.3% 储压缩空气储能 电机压缩空气，需时释放容量大响应慢成熟 能空气驱动涡轮发电 10-1000MW2-6Wh/L 寿命长 需地下穴井 能量损耗大 飞轮储能 电机旋转飞轮储为动能 需时用惯性发电 0.001-20MW20-80Wh/L 瞬时功率大 寿节长 放电时间 自放电率高 商业化早期 环保问题 能量密度低 电 化储学 能 电磁储能氢储能热 储 能 锂离子 电池 钠硫电池液流电池铅蓄电池 超级电容器 超导电磁储能 氢储能 熔盐储热 相变储热固体储热储冷 短时储能长时储能 电池蓄电 用静电效应产生电位差电流在超导线圈磁场内无 损循环 电解水制氢，用氢燃料电池发电 用太阳能、电能等加热/制冷后存储，需时加热水蒸 气发电或直接供暖/供冷 0.1-100MW0.1-10MW0.1-1000MW1-300MW 数据来源：EESI 20-400Wh/L1-20Wh/L600Wh/L70-210Wh/L 灵活性高性价比高 充放电快转换效率高 储量巨大可远程运输 寿命长 转换效率高安全性高 安全隐患 成本高 不能用于交流电路 能量转换效率 低 成本高 7 商业化商业化早期 开发阶段开发阶段 趋近成熟 锂离子电池， 新型储能，19.3% 数据来源：CNESA 熔融盐储热, 1.4% 铅雷电池，1.4%钠硫电池，1.1%液流电池0.1% 压缩空气，0.3% 飞轮储能，0.2% 其它，2.5% 可靠性低 94.4% 储能的应用场景：表前稳定并网、表后节约成本霞光社ShineGlobal丨霞光智库 储能在源网荷各端的应用场景和作用储能有源、网、荷三大应用领域，主要作用是提高可靠性、稳定性和风光电消纳水平： 发电侧 电网侧用户侧 口源：平滑风光电功率波动，削峰填谷减少充风充光；为火电提供二次调频辅助 甚 火电水电风电光伏输电配电户用工商业口网：电网侧调频调峰，缓解电网阻塞，从而延缓电网扩容 口荷：电力自发自用、峰谷套利、降低最高负荷，减少用电成本；提高工商业用户的电能质量 ·储能按以上应用场景分三类：发电侧和电网侧统称为大储（即表前储能）、工商业储能和户用储能。 ·在细分应用场景中，调峰、备用电源、电价套利等能量型需求，需要较长的存放电时间（小时级以 短时辅助动态运行 延缓输配电扩容 提高电能质量 上），但对响应速度和瞬时充放电能力要求不高，这一类需求主要通过电化学、抽水蓄能和压缩空气 <4h 调频平滑风光出力 等长时储能来满足。 而另一些应用场景，如调频、电能质量和负荷跟踪等功率型需求，对响应速度要求高（毫秒级），但 黑启动服务缓解线路阻塞容量费管理充放电时间通常很短、频次更高，主要应用的是飞轮、电化学和超级电容器等短时储能。 调峰备用容量跟踪计划出力 分时电价管理 需求侧管理 电化学储能可兼顾响应快且瞬时功率大、及充放电时间长且容量大两种需求，被广泛应用于各种场 景。 应急/备用电源时 跨季节能量时移1年长 各类储能技术的容量等级及储能时长 数据来源：《储能技术及应用》氢能 1月长 源网荷各端主要应用的储能技术时 储 发电侧1周抽水蓄能 压缩空气 抽水蓄能A 00电网侧 1天能 电化学储能型求 氢储能 X1小时压缩空气储能 短 电化学、飞轮储能 飞轮储 时 火电、风光发电厂 变电站 1分钟 能 超级电求 电化学储能电化学、飞轮工商业储能储容 变电站 能超导储 1秒能 100毫秒 用户侧容量 电化学户用和微网能电化学、飞轮工商业储能 数据来源：EIA8 1kwh1MWh 数据来源：GGI 1GWh1TWh 户用储能+光伏，电力自发自用，经济性突出霞光社ShineGlobalI霞光智库 户用储能系统主要应用于安装了户用分布式光伏的家庭，白天，光伏发电优先供家用负载使用，多余的电能存储到蓄电池中，仍有富余的情况下可选择性并入电网；夜间，光伏系统无法发电时 电池放电供家用负载使用，不足部分从电网购电。 ，户储系统有助于户用光伏自发自用，大幅节约电费支出，也能作为应急电源，保障用电稳定性。特别是对于高电价、高峰谷价差或电网老旧地区的家庭，购置户储系统具备较好的经济性。户储装机规模通常在10kWh级，单机装机规模小。因为电化学储能部署灵活、量产技术成熟、安装运维简便，目前户储均采用电化学储能技术路线。 居民用电方案可分为电网购电、仅光伏和光储系统三种，据欧洲2020年居民用电量数据，假定家庭用电为15kWh/天，安装3kW光伏设备发电量为12kWh/天，5kW光伏发电量为20kWh/天。在三 种方案中，居民电价和上网电价越高、光储系统的度电成本越低，光储发电的经济性越强。 户用光储系统的典型工作场景居民用电方案示意(以欧洲为例) 直流电 交流电 方案 电力来源 每日用电成本 电网购电 全部电网 居民电价*15 白天光伏发电50%自用 仅光伏(3kW)50%上网，夜晚电网购电 居民电价*9-上网电价*6+光伏度电成本 光储(5kW光伏+10kWh储能）完全自用，余电上网光伏度电成本+储能度电成本-上网电价*5 电网数据