2024新型储能行业研究报告-深企投产业研究院

深企投产业研究院 2024行业研究系列报告 新型储能行业研究报告 !"#$D&Q()*+,-!"# $fi+/01234 1 2024年4月 深企投产业研究院 !# 一、新型储能类型与应用概述1 二、压缩空气储能5 （一）应用现状及工作原理5 （二）压缩空气储能产业链7 三、飞轮储能9 （一）应用现状及工作原理9 （二）飞轮储能产业链11 四、全钒液流电池12 （一）应用现状及工作原理12 （二）全钒液电池储能产业链16 五、钠离子电池18 （一）应用现状18 （二）钠离子电池产业链20 六、超级电容器26 （一）产业类别及应用26 （二）超级电容器产业链28 七、熔融盐储能30 （一）应用现状及技术原理30 （二）熔融盐储能产业链32 八、重力储能35 （一）技术原理及应用35 （二）重力储能产业链39 九、超导磁储能40 （一）应用现状及技术原理40 （二）超导磁储能产业链41 !"#$% 图12022年中国储能技术和世界先进水平的比较成熟度4 图22022年中国储能集成示范和产业化梯队5 图3传统压缩空气储能技术原理6 图4压缩空气储能核心设备7 图5飞轮储能系统结构10 图6飞轮储能系统运作示意图10 图7全钒液流电池的构成14 图8全钒液流电池产业链17 图9中广核德令哈200万千瓦光热储一体化项目原理图31 图10基于熔融盐储热的工业余热发电系统31 图11熔融盐光热储能系统产业链33 图1212小时储热100MW塔式太阳能光热电站投资组成33 图13EnergyVault公司光伏项目配套重力储能37 图14ft体斜坡储能原理示意图38 图15重力储能产业链39 图16超导磁储能结构原理41 表1主要储能技术比较2 表2储能技术应用场景3 表3飞轮储能系统和装置开发应用重点机构12 表4全钒液流电池产业链代表企业17 表5钠电池与锂电池产业环节技术路线对比21 表6钠离子电池主要企业22 表7钠电池正极材料（含前驱体）主要企业23 表8钠电池负极材料主要企业24 表9钠电池电解液、电解质主要企业25 表10超级电容器产业链重点企业29 表11熔融盐储能产业链代表企业34 表12高温超导带材重点企业43 储能技术多元发展，各有不同的应用场景。我国新型储能技术基本上与国际先进水平并跑，压缩空气储能、储热储冷、锂离子电池、液流电池和钠离子电池技术已达到或接近世界先进水平。 '"()*+,)-./01 新型储能是指抽水蓄能以外的储能技术。储能形式根据技术路径不同主要分为热储能、电储能和氢储能三大类，其中电储能又可按能量储存形式分为物理储能、电磁储能和电化学储能。物理储能除了抽水蓄能外，还包括压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等；电磁储能包括超导储能、超级电容器储能等；电化学储能包括锂离子电池、钠电池、铅蓄电池、液流电池、钠硫电池、燃料电池等储能形式；热储能主要包括熔融盐储能、热（冷）储能等。 储能技术呈现多元化发展格局，各有不同的应用场景。每种储能技术均具有一定的独特性，在实际应用中，需要用户综合考虑各种储能技术的特点以及优缺点，选择最适宜的技术方案。比如，飞轮储能、超级电容、超导储能可以解决秒级或分钟级以下的调频需求；抽水蓄能、压缩空气储能、燃料电池和电化学储能等则更适用于进行小时级调峰；氢储能适合执行季节性调峰。不同储能技术的特点如下表所示。 表1主要储能技术比较 类型 容量/MW 转换效率 启动时间 放电时间 优点 缺点 抽水蓄能 100-4500 50-85% 5-10分 钟 几十小时 技术成熟，规模大，成本低 效率低，地理条件要求苛刻，存在生态破坏问题 压缩空气储能 10-350 40-50% 5-10分 钟 1-20小 时 占地小，单位投资较小，运营成本低 效率低，存在地理（地质）条件限制，投资回报期长 飞轮储能 0.005-22 80-90% 1秒 几秒-20分 钟 响应速度快，转换效率高，寿命长 额定功率较小，成本较高、自放电率高，噪音大 锂电池 0.001-100 70-90% 10-20 秒 1-20小 时 能量密度高，自放电小 成本高，循环寿命待提升 铅蓄电池 0.001-50 60-70% 10-20 秒 1-20小 时 成本低，可靠性好 寿命短，污染大 液流电池 0.1-200 65-80% <1秒 1-20小 时 安全性好，长循环，寿命长 初期投资成本高 超级电容器 0.001-5 >90% 1-10秒 几秒-几分钟 响应速度快，转换效率高，循环寿命长，功率密度高 投资成本高，能量密度低 超导储能 0.1-0.5 >90% <1秒 几秒-几分钟 响应速度快，转换效率高 技术未成熟、未商业化、投资成本高 重力储能 几十-100 80-90% 1-10秒 6-15小 时 建设周期短，转换效率高，使用寿命长，度电成本低 能量密度较低，建设规模较大，浇筑水泥块耗能大 熔融盐储热 5-1000 50-75% 15分钟 4-16小 时 储能密度高，稳定性好，安全性高，使用寿命长，储热成本低 投资成本高，对蓄热装置材料的抗腐蚀性要求高，只能应用在采用热能发电或者清洁供热场景 资料来源：深企投产业研究院整理。功率按照现实项目（包括规划项目）的最大功率，非理论值。 按照时长要求的不同，储能的应用场景可分为容量型（≥4小时）、能量型（约1～2小时）、功率型（≤30分钟）和备用型（≥15分钟）四类，对应的应用场景如下表所示。 表2储能技术应用场景 类型 储能时长 实际应用场景 运行特点 技术特征要求 储能类型 容量型 ≥4小时 削峰填谷、负荷调节、离网储能等 大规模能量吞吐 安全性高、成本低、大规模（100MW）、深充深放（循环寿命5000次以上）、资源环境友好 抽水蓄能、压缩空气储能、熔融盐储能、储氢、钠硫电池、液流电池 能量型 约1～2小时 复合功能，调峰调频和紧急备用等多重功能 充放电转换频；可观的容量； 高安全性；较快的响应速度；一定的规模（MW）；便于集成的设备形态 锂离子电池等 功率型 ≤30分钟 辅助一次调频；提供系统阻尼；提高电能质量 动作周期随机；秒级响应速度；大功率充放电 高功率；高响应速度；高存储；循环寿命紧凑 超级电容器、飞轮储能、超导储能 备用型 ≥15分钟 作为不间断电源提供紧急电力 快速启动 高响应速度 飞轮储能、全钒液流电池、铅蓄电池、锂电池 资料来源：中国能建《关于“熔盐储热”技术》，天风证券等，深企投产业研究院整理。 从各类储能技术的研发推广进程看，目前我国储能技术基本上与国际先进水平并跑，压缩空气储能、储热储冷、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池和钠离子电池技术已达到或接近世界先进水平；抽水蓄能、飞轮储能、超级电容和储能新技术与世界先进水平还有一定的差距，如下图所示。 图12022年中国储能技术和世界先进水平的比较成熟度 资料来源：陈海生等《2022年中国储能技术研究进展》。 综合分析我国各储能技2022年的基础研究、关键技术和集成示范的情况，各种储能技术可以大致分为四个梯队。其中，第一梯队为抽水蓄能，单机规模100MW以上，占2022年全国储能装机的77.1%左右；第二梯队为锂离子电池、压缩空气储能、液流电池、铅蓄电池和储热储冷技术，单机规模可达10-100MW，其中锂离子电池装机最多，有可能未来形成单独的一个梯队；第三梯队为钠离子电池、飞轮储能和超级电容器，目前单机规模可以达到MW级，其中钠离子发展受关注最多，有可能未来进入第二梯队；第四梯队为重力储能、热泵储电、压缩二氧化碳和液态金属技术等新型储能技术，需要进一步的研发，以便实现集成示范和产业化应用。 图22022年中国储能集成示范和产业化梯队 资料来源：陈海生等《2022年中国储能技术研究进展》。 2"3456*+ （一）应用现状及工作原理 ——应用现状。压缩空气储能（CAES）目前处于小规模应用阶段。据CNESA（中国能源研究会储能专委会/中关村储能产业技术联盟）统计，截至2021年底，压缩空气储能在全球新型储能装机规模中的占比为2.3%。根据国家能源局数据，截止2022年底，压缩空气储能占全国新型储能装机规模的2%（如按照CNESA全球储能数据库的不完全统计，占比为1.5%）。当前压缩空气储能整体产业规模仍较小。 ——工作原理。传统的压缩空气储能是基于燃气轮机开发的储能技术，其工作原理是，在用电低谷，用过剩的电能来驱动压缩机，将空气压缩至高压并储存在储气装置（如地面储气罐、地下盐穴、地下人工硐室等）中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰， 由储气装置释放储存的高压空气，通过（进入燃烧室）燃烧或者换热的方式，加热压缩气体，将其输送至膨胀机内膨胀做功，推动发电机发电。其工作原理如下图所示。 图3传统压缩空气储能技术原理 资料来源：中国科学院工程热物理研究所《浅谈“压缩空气储能技术”》。 ——优缺点。压缩空气储能具有启动快速、能量密度和功率密度较高、运营成本低、设备使用寿命长、损耗低等优点，一般可储释能上万次，寿命达40-50年。缺点是，能量转换效率低下（仅能到50%），需要大洞穴或者大容量储气装置存储压缩空气、存在地域（地质）条件限制，投资回报期较长。压缩空气储能中，储气方式不同，成本差异较大，单位成本约7000-9000元/kW，总体上当前压缩空气储能的单位成本高于抽水蓄能和电化学储能，单位kWh成本则与电化学储能相当。目前压缩空气储能度电成本0.24-0.25元，随着规模提升，新 型压缩空气储能系统的度电成本可达到0.2元，如果未来能降到0.15元以下，则经济效益更加显著。 （二）压缩空气储能产业链 上游为装备制造、储气库。压缩空气储能系统主要由压缩机、空气透平膨胀机（空汽轮机）、发电机、换热器、储热介质等构成，储能电站设备投资约占65%-70%，其余为土建安装及其他辅助工作。其中核心设备为压缩机（离心式空气压缩机），可占到储能电站投资的15%以上；换热器、透平机、辅助系统、控制系统等，和传统火电站配置类似，约占储能电站投资的15%，基本无技术瓶颈。 图4压缩空气储能核心设备 资料来源：乐晴智库。 核心设备厂商：国外压缩机主要有阿特拉斯·科普柯、西门子、日本神钢等，国内能达到相应技术要求的主要有陕鼓动力、沈鼓集团、金通灵三家企业。目前100MW级压缩机基本可以实现国产化，但实现单机300MW级仍存在很大难度和技术瓶颈。设备主要企业包括：陕鼓动力（空压龙头，压缩机、膨胀机）、沈鼓集团（离心压缩机）、金通 灵（空气膨胀机）、杭氧股份（空气压缩机、透平膨胀机）、川空集团 （空分设备、透平膨胀机）、哈电汽轮机（空气透平、油气换热器等）、东方汽轮机（空气透平、油气换热器）、上海汽轮机（空气透平、油气换热器）等。 储气库资源供应：压缩空气储能储气库包括高压气罐、低温储罐、废旧矿洞改造、新建洞穴、盐穴等多种形式，现阶段在建、已投产项目多采用地下储气库（废旧矿洞改造、新建洞穴、盐穴），我国盐业企业中，鲁银投资、苏盐井神、中盐化工、雪天盐业等均在盐穴储能领域有所布局。储气装置占储能电站投资的10%—20%，如采用地下盐穴，成本约占10%；如采用人工硐室，成本约20%；如储气装置使用压力容器，其单位造价是盐穴储气造价的10倍以上。 中游为储能系统集成（主要提供技术支持）、储能电站施工建设。主要的技术提供方是中储国能（中科院热物理研究所下属，近期完成超10亿元A轮融资）、中科储能、科远智慧，以及中科院理化所、清华大学等高校院所；主要的系统集成商包括中储国能、陕鼓集团等；项目整体建设施工单位主要有中国能建、中国电建等，主要提供EPC （工程建设总承包）业务。从建设市场情况看，中国能建目前占据主要地位。 下游为投资运营商（业主单位）。当前参与投资布局（包括规划中）的企业包括中国能建、中国电建、国家能源集团、国家电投、中国华能、福能股份、华电集团、大唐集团、三峡集团（三峡能源）等，基本为国企（央企）。 7"89*+ （一）应