2024新型储能行业研究报告-深企投产业研究院

行业研究系列报告 新型储能行业研究报告 !"#$%&'()*+,-!"#$.+/0123456 2024年4月 !"#" 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 （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13Energy Vault公司光伏项目配套重力储能............37图14山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。 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。 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。 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。 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。 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。 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