雙碳目標加速，儲能需求爆發(fā)，你在等什么？｜碳中和-儲積電

目前在全球范圍內(nèi)，應對全球變化、盡早實現(xiàn)碳中和已成為各國政府核心課題之一。隨著“3060”目標的提出，全球碳中和時間表已逐步明晰。目前，全球已有超過 120 個國家和地區(qū)提出了碳中和目標，其中大部分計劃在 2050 年實現(xiàn)碳中和。

01、我國實現(xiàn)碳中和核心在于能源結(jié)構(gòu)的清潔化、低碳化，能源結(jié)構(gòu)將加速向非化石能源轉(zhuǎn)變。根據(jù)國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)，在過去的三十年間，全球 55%的累計排碳來自電力行業(yè)，電力行業(yè) 80%排碳來自燃煤發(fā)電，而隨著全球電動化的推進，未來電力占二次能源比重將不斷增加。因此減少燃煤發(fā)電比重的同時大力發(fā)展清潔能源成為實現(xiàn)碳中和的重要途徑。根據(jù)清華大學能源環(huán)境經(jīng)濟研究所預計，若我國 2060 年實現(xiàn)碳中和，屆時風、光占一次能源比例將接近 50%，占發(fā)電量比重則將接近 60%。

根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織的數(shù)據(jù)，預計一次能源需求峰值 61 億噸標準煤左右，2035 年后能源消費出現(xiàn)負增長，2050、2060 年能源消費總量預計分別為 60.0、59.0 億噸標準煤，其中非化石能源消費占一次能源消費比重有望達 75%、90%。

構(gòu)建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)成為全球共識，儲能將作為核心環(huán)節(jié)參與其中。在新型電力系統(tǒng)中，從供給側(cè)看，新能源逐漸成為裝機和電量主體。

廣義上講，儲能即能量存儲，是指通過一種介質(zhì)或者設備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。根據(jù)能量存儲形式，儲能包括電儲能、熱儲能和氫儲能，其中電儲能是最主要的儲能方式。電儲能中，根據(jù)存儲原理不同又分為電化學儲能和機械儲能。電化學儲能是指二次電池儲能，包括鋰離子電池、鈉離子電池、鉛蓄電池和液流電池等；機械儲能包括重力儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。

從需求側(cè)看，終端能源消費高度電氣化、電力“產(chǎn)消者”大量涌現(xiàn)。

從系統(tǒng)整體來看，電力系統(tǒng)運行機理將發(fā)生深刻變化：由于新能源發(fā)電具有波動性和隨機性，無法通過調(diào)節(jié)自身出力適應用戶側(cè)需求變化，傳統(tǒng)的“源隨荷動”模式將不再適用于新型電力系統(tǒng)，必須通過儲能等措施，依靠源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動，實現(xiàn)電力供需動態(tài)平衡。

雙碳戰(zhàn)略下，全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行，風光電高比例接入電網(wǎng)，為電網(wǎng)安全造成沖擊，儲能可平抑風光電不穩(wěn)定性，已漸成剛需。因此，全球政策對儲能裝機高度傾斜，以保障電力系統(tǒng)安全性：歐洲國家石油、天然氣等自然資源受限，故大力發(fā)展新能源，并對儲能進行相應補貼，現(xiàn)戶用儲能已率先起量；美國通過稅收減免、財政補貼、強制配儲等方式支持儲能，現(xiàn)已成為全球最大儲能市場；國內(nèi) 2021 年出臺儲能頂層政策，隨后不斷完善實施細則，推動行業(yè)發(fā)展。

儲能在不同場景下發(fā)揮作用，需求漸趨剛性。

發(fā)電側(cè)：儲能與風光電配合裝機，解決新能源消納問題，并平抑其波動性；

電網(wǎng)側(cè)：儲能參與輔助服務市場，維護電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定；

用電側(cè)：工商業(yè)用戶利用儲能進行峰谷價差套利，同時可協(xié)助電力系統(tǒng)實現(xiàn)削峰填谷。

我國儲能市場尚處于起步階段，可再生能源并網(wǎng)儲能裝機占比快速提升。根據(jù)CNESA統(tǒng)計，截至 2021 年底，中國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模 46.1GW，同比增長 29.5%。2015-2021 年中國累計投運儲能規(guī)模占全球市場總規(guī)模比值由 11.0%提升至 22.0%，重要性逐年凸顯。從細分結(jié)構(gòu)來看，2021 年我國電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)儲能占比分別為 41%、35%、24%，工商業(yè)的盈利性較好驅(qū)動用戶側(cè)儲能裝機占比快速提升，較 2020 年提升 22 個百分點。

對我國儲能發(fā)展的歷史進行復盤，并結(jié)合碳中和進程對其未來進程進行預測。我們認為，我國儲能發(fā)展可大致分為四個階段。

第一階段為 2016 年以前：新能源發(fā)電滲透率較低，儲能主要用于電力系統(tǒng)負荷“削峰填谷”，裝機以抽水蓄能為主。

第二階段為 2016-2020 年：電化學儲能開始走上歷史舞臺以解決新能源發(fā)電滲透率提升帶來的棄風棄光問題。

第三階段預計為 2021-2030 年：隨著政策鋪墊及電力系統(tǒng)逐漸市場化，電化學儲能將迎來發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)的全面爆發(fā)，預計 2025 年國內(nèi)電力系統(tǒng)儲能需求將達 76GWh，較 2021 年 CAGR 達 111%。

第四階段為 2031-2060 年：風光電等不穩(wěn)定電源將成為我國電力系統(tǒng)供電主力，儲能將成為電力系統(tǒng)的核心以保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

目前，中國儲能發(fā)展瓶頸主要在于經(jīng)濟效益不佳：風光發(fā)電量不足導致儲能利用率低，電力市場不成熟導致商業(yè)模式有所欠缺。中國依靠發(fā)電側(cè)強配儲能促進儲能裝機，為風光電大比例接入電網(wǎng)時點做鋪墊，可有效彌補短期需求空缺。

在政策推動和產(chǎn)品技術不斷完善下，儲能經(jīng)濟性日益提升，迎來了產(chǎn)業(yè)成長初期爆發(fā)式增長，未來，中國風光電新增裝機持續(xù)引領全球，在雙碳目標引領下，發(fā)電占比將持續(xù)提升；經(jīng)濟性方面，政策端在持續(xù)發(fā)力，電力市場不斷完善，經(jīng)濟效益邊際向好。

02、2021 年 7 月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，指出到 2025 年實現(xiàn)新型儲能商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展，裝機規(guī)模需達到 30GW，2030 年實現(xiàn)新型儲能全面市場化，正式提出具體的數(shù)值規(guī)劃目標。并且，此次政策發(fā)布主要從電源側(cè)切入，規(guī)劃布局一批配置儲能的大規(guī)模新能源電站。預計政策端發(fā)力推進供電側(cè)先行起量，逐步帶動用戶側(cè)實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的全面布局。

2022 年 2 月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，要求 2025 年電化學儲能技術性能進一步提升，系統(tǒng)成本降低 30%以上。

2022 年 6 月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，明確新型儲能獨立市場主體地位，促進儲能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)多場景應用。

碳中和政策下能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加速，風電光伏的高速發(fā)展將刺激儲能需求高速增長。各地政府陸續(xù)出臺相應政策并簽訂“風光儲一體化”相關項目，配儲比例基本處在10%-20%之間。按2030年風電光伏12億千瓦的規(guī)劃，并假設配儲比例為20%，可得2030年新能源發(fā)電側(cè)儲能需求至少為240GW。

據(jù)CNESA統(tǒng)計，2021年中國已投運電儲能項目累計裝機規(guī)模46.1GW，同比增長30%。其中，新型儲能累計裝機規(guī)模達到5.73GW，同比增長75%。2021年中國新增投運電力儲能項目裝機規(guī)模突破10GW，其中抽水蓄能新增規(guī)模8GW，同比增長437%，新型儲能新增規(guī)模達2.4GW，同比增長54%。新增百兆級項目數(shù)量達到78個，為20年同期9倍。

據(jù)CNESA預測：

保守場景：政策執(zhí)行、成本下降、技術改進等因素未達預期。2026年新型儲能累計規(guī)模將達48.5GW，2022-26年CAGR為53.3%。

理想場景：儲能規(guī)劃目標順利實現(xiàn)。隨著電力市場逐漸完善，儲能供應鏈配套、商業(yè)模式日臻成熟，新型儲能憑借建設周期短、環(huán)境影響小、選址要求低等優(yōu)勢成功跑出。2026年新型儲能累計規(guī)模達79.5GW，2022-26年CAGR為69.2%。

儲能不僅可提高常規(guī)發(fā)電和輸電的效率、安全性和經(jīng)濟性，也是實現(xiàn)可再生能源平滑波動、調(diào)峰調(diào)頻，滿足可再生能源大規(guī)模接入的重要手段。

一方面，由于風電、光伏發(fā)電具有波動性和間歇性，故當該發(fā)電占比提升后，供電側(cè)將隨之出現(xiàn)隨機波動的特性，對電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性提出更高的要求，市場對儲能調(diào)峰調(diào)頻、穩(wěn)定運行等需求增加。

另一方面，部分地區(qū)仍面臨棄光、棄電率高的問題，如青海、內(nèi)蒙古、河北等。隨著新一批大型風電光伏發(fā)電基地的開工建設，預計未來大規(guī)模新能源并網(wǎng)發(fā)電將會對新能源消納利用帶來較大壓力。因此，儲能市場將在未來迎來重大機會窗口。

各國能源結(jié)構(gòu)在碳中和背景下加速轉(zhuǎn)型，全球儲能市場近年保持高速增長態(tài)勢。據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA）統(tǒng)計，2021年全球新增投運電力儲能項目裝機規(guī)模達18.3GW，同比增長185%，已投運累計裝機規(guī)模達209.4GW，同比增長9%。其中，新型儲能新增投運規(guī)模翻番達到10.2GW，已投運裝機規(guī)模累計25.4GW，同比增長68%。美國、中國、歐洲為前三大市場，合計占全球市場的80%（根據(jù)2021年新增新型儲能項目規(guī)模計算）。

03、儲能的三大應用場景：

儲能是指將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量（如動能、勢能、化學能等）儲存至儲能裝置，并在需要時釋放。其中，新型儲能布局靈活，預期未來將加速發(fā)展。從選址布局來看，相對于以抽水蓄能為代表的傳統(tǒng)儲能（多數(shù)在發(fā)電側(cè)）來說，新型儲能在配置方面具備更高靈活性，在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均可布局，因此可選擇大規(guī)模或分布式布局。

此外，新型儲能同時具備多種功能，可以起調(diào)峰、調(diào)頻等作用。雖然目前新型儲能在技術應用方面發(fā)展相對較慢，但考慮到其應用范圍廣、配置靈活度高、建設周期短等特點，我們相信新型儲能具備巨大發(fā)展?jié)摿Γ磥黼S著技術迭代、成本下降的帶動下，新型儲能的滲透率將會大大提升。

儲能產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括電池原材料及生產(chǎn)設備供應商等；中游主要為電池、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)以及儲能變流器供應商；下游主要為儲能系統(tǒng)集成商、安裝商以及終端用戶等。

儲能電池系統(tǒng)：BMS（Battery Management System，電池管理系統(tǒng)），是配合監(jiān)控儲能電池狀態(tài)的設備。BMS和電芯一起組成電池系統(tǒng)。完整的電化學儲能系統(tǒng)主要由電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、儲能變流器（PCS）以及其他電氣設備構(gòu)成。電池是儲能系統(tǒng)最主要的構(gòu)成部分；電池管理系統(tǒng)主要負責電池的監(jiān)測、評估、保護以及均衡等；能量管理系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡監(jiān)控和能量調(diào)度等；儲能變流器可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。儲能電池系統(tǒng)由電池和電池管理系統(tǒng)兩部分組成。電池是整個儲能系統(tǒng)中成本占比最高的部分，約占 60%，PCS 占比為31%。

能量管理系統(tǒng)：EMS（Energy Management System，能量管理系統(tǒng)），是儲能系統(tǒng)的決策中樞，充當“大腦”角色。能量管理系統(tǒng)包括電網(wǎng)級能量管理系統(tǒng)和微網(wǎng)級能量管理系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)中提到的EMS一般指微電網(wǎng)級。EMS的核心基本功能是安全優(yōu)化調(diào)度策略和可視化。儲能EMS需要負責優(yōu)化調(diào)度，給出多尺度協(xié)調(diào)控制的調(diào)度策略，并自動維持微電網(wǎng)的壓頻穩(wěn)定；核心控制策略包括頻率調(diào)節(jié)策略、電壓調(diào)節(jié)策略、削峰填谷策略、電網(wǎng)波動平抑策略、目標負荷實時跟蹤策略、計劃儲能處理策略等。

儲能變流器：PCS（Power Conversion System，儲能變流器），是連接儲能電池系統(tǒng)和電網(wǎng)/負荷的雙向電流可控轉(zhuǎn)換裝置。既可以把電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電輸送給電網(wǎng)，也可以把電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供電池充電。

并網(wǎng)模式下，在負荷低谷期，儲能變流器把電網(wǎng)的交流電整流成直流電給電池組充電，在負荷高峰期，儲能變流器把電池組中的直流電逆變成交流電反送到電網(wǎng)中；

離網(wǎng)模式下，儲能變流器與主電網(wǎng)脫開，給本地的部分負荷提供滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的電能。

儲能溫控：溫控指通過加熱或冷卻技術對某事物的溫度進行有效控制和調(diào)節(jié)。溫控系統(tǒng)與 BMS 配合，對鋰電池進行恒溫恒濕控制，維持電池在安全運行參數(shù)范圍內(nèi)，提升電池在運行期間的穩(wěn)定性，避免電池進入熱失控狀態(tài)。儲能溫控技術主要包括風冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻。

其中，風冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長、成本低、易于實現(xiàn)，是目前國內(nèi)主流技術路徑。液冷系統(tǒng)散熱效率高、散熱速度快，在高倍率、高容量場景下優(yōu)勢凸顯，故全球儲能系統(tǒng)正呈現(xiàn)液冷加速滲透，取代風冷的趨勢。熱管冷卻、相變冷卻需與風冷、液冷配合使用，因價格較高，目前在儲能領域應用較少。

04、儲能成為電力系統(tǒng)的關鍵要素有兩點：可再生能源接入電網(wǎng)需求的提升、極端事件發(fā)生頻率的增加。當前，全球儲能市場正以前所未有的速度增長。根據(jù)研究機構(gòu)HISMarkit公司的預測，2022年全球部署的儲能系統(tǒng)總裝機容量將超過12吉瓦。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）的預測，到2030年全球儲能裝機將達到230吉瓦以上。根據(jù)彭博新能源財經(jīng)（BNEF）的預測，全球2030年新增儲能裝機容量將達到58吉瓦/178吉瓦時，是2021年創(chuàng)紀錄值的五倍多。

BNEF發(fā)布的最新報告指出，目前美國是全球最大的儲能市場，而中國則最早可能在2025年超過美國，成為全球最大的市場。印度將快速發(fā)展，在2030年成長為第三大市場。位列十大市場的其他國家/地區(qū)包括澳大利亞、德國、歐洲其余地區(qū)、日本、英國、拉丁美洲和意大利。

在政策推動和產(chǎn)品技術不斷完善下，頂層設計加碼，儲能迎超級風口。雙碳戰(zhàn)略下，全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行，風光電高比例接入電網(wǎng)，為電網(wǎng)安全造成沖擊，儲能可平抑風光電不穩(wěn)定性，已漸成剛需，近幾年儲能市場格局變化明顯，未來預計有其他領域巨頭公司切入。

因此，全球政策對儲能裝機高度傾斜，以保障電力系統(tǒng)安全性：歐洲國家石油、天然氣等自然資源受限，故大力發(fā)展新能源，并對儲能進行相應補貼，現(xiàn)戶用儲能已率先起量。

美國通過稅收減免、財政補貼、強制配儲等方式支持儲能，現(xiàn)已成為全球最大儲能市場；國內(nèi) 2021年出臺儲能頂層政策，隨后不斷完善實施細則，推動行業(yè)發(fā)展。

中國則在發(fā)電側(cè)要求強配儲能，亦有較高確定性。相對而言，大型儲能量級高于戶用儲能，在不同場景下發(fā)揮作用，需求漸趨剛性。

目前，國內(nèi)儲能度電成本顯著低于海外，但由于電力市場不成熟，儲能商業(yè)模式較差，用戶側(cè)經(jīng)濟性尚未凸顯，短期內(nèi)依賴政策端補貼或裝機量目標等推動行業(yè)發(fā)展，仍無法實現(xiàn)經(jīng)濟性。但總體而言仍處于發(fā)展初期，缺乏統(tǒng)一部署和規(guī)劃。若后期儲能政策規(guī)劃力度或執(zhí)行力度不及預期，則行業(yè)發(fā)展將缺乏驅(qū)動力，對整體業(yè)績產(chǎn)生負面影響。

長期來看，儲能行業(yè)驅(qū)動力將從政策端補貼向經(jīng)濟性轉(zhuǎn)變，儲能系統(tǒng)度電成本下降速度是經(jīng)濟性體現(xiàn)的關鍵指標。綜合來看，在碳中和目標指引下，全球儲能發(fā)展勢在必行。

未來國內(nèi)新能源發(fā)電占比穩(wěn)步提升，國家出臺一系列政策完善儲能商業(yè)模式，增厚經(jīng)濟效益，儲能經(jīng)濟性邊際向好，在全球友好政策疊加產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展的加持下，儲能萬億級市場正冉冉升起。

來源：氫能碳中和