2022年中国储能行业研究报告 -实现“双碳”目标的必由之路.pdf

概览标签：储能、储能系统、物理储能、机械储能、电磁储能、电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能、超级电容器、超导储能、锂电池、铅酸电池、液流电池、钠硫电池、储能逆变器、电池管理系统、能量管理系统、微电网、削峰填谷、新能源消纳、宁德时代、阳光电源实现“双碳”目标的必由之路2022年中国储能行业研究报告2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理行行查简介2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理储能：储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程，通常储能主要指电力储能。储能又是石油油藏中的一个名词，代表储层储存油气的能力。物理储能：物理储能指的是利用抽水、压缩空气、飞轮等物理方法实现能量的存储，具有环保、绿色的优点。物理储能具有规模大、循环寿命长和运行费用低等优点，但需要特殊的地理条件和场地，建设的局限性较大，且一次性投资费用较高，不适合较小功率的离网发电系统。电磁储能：电磁储能包括超导储能、电容储能、超级电容器储能。超导储能超导储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换；级电容器储能超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。电化学储能：电化学储能，通过电池所完成的能量储存、释放与管理过程。电化学储能指的是以锂电池为代表的各类二次电池储能。抽水蓄能：抽水蓄能，一种储能技术。即利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理。利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能。适用于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，还可提高系统中火电站和核电站的效率。压缩空气储能：压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。飞轮储能：飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。名词解释（1/3）2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理超级电容器：超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超导储能：超导储能是由于超导磁体环流在零电阻下无能耗运行持久地储存电磁能，且在短路情况下运行，所以称超导储能。超导线圈的优点在于，一次储能可长期无损耗地保存，又可瞬时放出，储存能量高，用低压电源励磁即可，装置体积小，节省了常规所需的送变电设备和减少送变电损耗。锂电池：锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。铅酸电池：铅酸电池，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。液流电池：液流电池是由Thaller于1974年提出的一种电化学储能技术，是一种新的蓄电池。液流电池由点堆单元、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，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，是一种新能源产品。钠硫电池：钠硫电池（NaS）作为一种新型化学电源，自问世以来已有了很大发展。钠硫电池体积小、容量大、寿命长、效率高，在电力储能中广泛应用于削峰填谷、应急电源、风力发电等储能方面。微电网：微电网（Micro-Grid）也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。名词解释（2/3）2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理储能逆变器（PCS）：储能逆变器可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS 由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS 控制器通过 CAN 接口与 BMS 通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。电池管理系统（BMS）：电池管理系统一般指BMS电池系统，BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。能量管理系统（EMS）：能量管理系统包括数据采集和监控系统（SCADA系统），自动发电控制（AGC）和经济调度控制（EDC），电力系统状态估计（StateEstimator），安全分析（Security Analysis），调度员模拟培训系统（DTS）。削峰填谷：削峰填谷是调整用电负荷的一种措施。根据不同用户的用电规律，合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间。以降低负荷高峰，填补负荷低谷。减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡。“源网荷储一体化”：所谓的“源网荷储一体化”指的是电源、电网、负荷、储能整体解决方案的运营模式。执行一体化的模式，可精准控制社会可中断的用电负荷和储能资源，提高电网安全运行水平。提升可再生能源电量消费比重，促进能源领域与生态环境协调可持续发展。名词解释（3/3）2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业市场概述定义及形式分类储能的定义储能 是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程。储能又是石油油藏中的一个名词，代表储层储存油气的能力。储能可以对电力进行存储，在需要的时候释放，能够有效解决电力在时间和空间上的不平衡。储能技术的应用贯穿于电力系统发电、输电、配电、用电的各个环节。储能形式广义上，储能可以分为 电储能、热储能 和 氢储能 三类，其中电储能是目前最主要的储能形式。电储能中，根据储存的原理不同可以分为 物理储能、电磁储能、电化学储能 三类。其中，物理储能是目前最为成熟、成本最低、使用规模最大的储能方式，电磁储能由于充放电速度快等明显优势同样具有极大发展潜力，但目前技术还不够成熟，电化学储能是应用范围最为广泛、发展潜力最大的储能技术。目前在多种类型的储能技术中，以 抽水蓄能、电化学储能 应用最为广泛。资料来源：CNESA，行行查研究中心资料来源：北极星储能网，行行查研究中心储能技术热储能电储能氢储能物理储能电磁储能电化学储能抽水蓄能压缩空气储能飞轮储能超级电容器超导储能锂电池铅酸电池钠硫电池液流电池储能形式2021 年中国储能装机容量占比79%18%2%1%抽水蓄能锂离子电池压缩空气储能其他2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理2022年6月7日，国家发改委、国家能源局发布关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知，通知明确了新型储能可作为独立储能参与电力市场，鼓励配建新型储能与所属电源联合参与电力市场、加快推动独立储能参与电力市场配合电网调峰、充分发挥独立储能技术优势提供辅助服务、优化储能调度运行机制、进一步支持用户侧储能发展、建立电网侧储能价格机制。随着储能盈利环境的不断改善，储能项目目前进入高速发展阶段。由于场景的多样性、各储能技术与降本的情况，储能路线未来会是百花齐放的局面。各储能技术根据其输出功率、能量密度、储能容量、充放电时间等特点，将在不同的应用场景发挥最优储能效果。中国储能行业市场概述储能主要技术路径对比资料来源：IRENA，行行查研究中心资料来源：IRENA，行行查研究中心锂离子电池UPS电能质量电网支持负载转移大功率管理1KW10KW100KW1MW10MW100MW1GW秒分钟小时抽水蓄能电站压缩空气储能液流电池：Zn-Cl Zn-Air Zn-Br；钒液流电池（VRB）、多硫化物液流电池（PSB）、新化学电池钠硫电池（NaS）先进铅酸电池钠-氯化镍电池高能超级电容器铅酸电池镍镉电池镍氢电池高功率飞轮高功率超级电容器超导磁能量密度（Wh/L）电容器超级电容器飞轮储能锂电燃料电池钠硫电池铅酸电池锌溴液流电池多硫溴流电池镍镉电池超导储能钒液流电池压缩空气储能抽水蓄能功率密度（W/I）大型储能小型储能各储能技术的系统额定功率与放电时间各储能技术的能量密度与功率密度2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径物理储能：抽水蓄能（1/2）抽水蓄能 即利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理。利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能。抽水蓄能电站按建设类型可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站。纯抽水蓄能电站 没有或只有少量的天然来水进入上水库（以补充蒸发、渗漏损失）。厂房内安装的全部是抽水蓄能机组，其主要功能是调峰填谷、承担系统事故备用等任务，而不承担常规发电和综合利用等任务。混合式抽水蓄能电站 的上水库具有天然径流汇入，来水流量已达到能安装常规水轮发电机组来承担系统的负荷。厂房内所安装的机组，一部分是常规水轮发电机组，另一部分是抽水蓄能机组。相应地这类电站的发电量也由两部分构成，一部分为抽水蓄能发电量，另一部分为天然径流发电量。所以混合式抽水蓄能电站除了可以调峰填谷和承担系统事故备用外，还能实现常规发电和满足综合利用。我国抽水蓄能电站的发展始于20世纪60年代后期。20世纪80年代中后期，我国电力供需和电网调峰矛盾突出，我国抽水蓄能发展迎来第一个建设高峰期。其间广州抽蓄电站，北京十三陵以及浙江天荒坪抽蓄电站相继建成投产。资料来源：行行查研究中心资料来源：北极星储能网，中国水力发电工程学会公众号，行行查研究中心电站类别电站功能混合型抽水蓄能电站在电机运行过程中增加常规的水电机组辅助运行，使电站既能调节电网，又能通过径流发电。纯抽水蓄能电站专门为电网的调节而建立，主要作用是按计划进行发电，同时为了保证电网系统的稳定运行，还会针对电网的峰值以及低谷情况进行针对性的调节，最重要的任务就是调整电网的峰值负荷和调频抽水蓄能电站分类19681973-19751994-20002015-201720211968年，河北岗南水库安装1.1万千瓦的进口抽水蓄能机组。1973年和1975年北京密云水库白河水电站分别改建并安装了两台1.1万千瓦抽水蓄能机组，总装机容量2.2万千瓦，标志着我国抽水蓄能电站建设起步。广州抽水蓄能电站1期、2期分别于1994年和2000年建成投产，总装机容量240万千瓦。北京十三陵抽水蓄能电站装机规模80万千瓦，于1997年建成;浙江天荒坪抽水蓄能电站装机180万千瓦，于2000年全部投产。全国新开工22座抽水蓄能电站，开工容量3085万千瓦，建成投产抽水蓄能机组22台，共685万千瓦。2021年底全国抽蓄电站累计装机规模36GW,中长期发展规划到2025年，由水蓄能投产总规模6200万千瓦以上;到2030年，投产总规模1.2亿千瓦左右。中国抽水蓄能发展历程2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径物理储能：抽水蓄能（2/2）资料来源：北极星电力网，行行查研究中心资料来源：中国电力网2021年全球水力发电报告，行行查研究中心名称国家装机容量（MW）水库蓄能（MWh）丰宁抽水蓄能电站中国3,60040,000巴斯县抽水蓄能站美国3,00324,000惠州抽水蓄能电站中国2,448/广州抽水蓄能电站中国2,400/奥多良木発窟所日本1,93215,546拉丁顿抽水蓄能电站美国2,12219,548天荒坪抽水蓄能电站中国1,83610,4602021年世界最大的抽水蓄能电站抽水蓄能的工作原理是将水的重力势能转化为机组旋转机械能，再将机械能转化为电能，能量转化效率 70%-80%。抽水蓄能电站具有 抽水和发电 两种基本功能，利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库。抽水蓄能是目前唯一具有规模性和经济性的电能贮存形式、是解决电网调峰调频及事故备用的最成熟工具，加快发展抽水蓄能是可再生能源大规模发展的重要保障和构建以新能源为主体的新型电力系统的迫切要求。截至2021年底，位于中国河北省承德市的丰宁抽水蓄能电站是当前世界规模最大的抽水蓄能电站，创造四项世界第一：装机容量世界第一，储能能力世界第一，地下厂房规模世界第一，地下洞室群规模世界第一。抽水蓄能工作原理示意图上池（水库）压力隧洞调压井水电站变压器调压井输电线下池（水库）尾水隧洞尾水抽水蓄能耗电量100%70%发电量2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径物理储能：压缩空气储能（1/2）除了抽水蓄能外，能够实现大规模工业应用的储能方式就是 压缩空气储能。压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将富余电能用于驱动空气压缩机压缩空气，将空气高压密封在山洞、报废矿井、过期油气井、沉降的海底储气罐或地面储气罐中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动燃汽轮机发电的储能方式。压缩空气储能的能源转化效率较高，一般在 75%左右，如果再采用一些先进的技术（如超导热管技术等），其效率能进一步提升到 80%以上。国内压缩空气储能技术不断进步，压缩空气储能（CAES）、先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）、超临界压缩空气储能系统（SC-CAES）、液态压缩空气（LAES）等都有研究覆盖，500kW容量等级、1.5MW容量等级及10MW容量等级的压缩空气储能示范工程均已建成。资料来源：CNESA，中储国能官网，行行查研究中心压缩空气储能技术研发历程地点项目规模参与单位甘肃宁县100MW/400MWh大唐中宁能源开发有限公司山东兰陵100MW/600MWh国华投资山东公司湖北应城300MW中能建数字科技集团有限公司、国网湖北综合能源服务有限公司江西瑞昌1000MW/6000MWh葛洲坝能源重工有限公司山东泰安2*300MW 6*300MW中能建数字科技有限公司、鲁银投资辽宁朝阳300MW中能建数字科技有限公司河北张北县100MW中储国能技术有限公司南京400MW苏盐集团、中国科学院工程热物理研究所、中储国能技术有限公司贵州毕节10ME中国科学院工程热物理研究所河北黄骅200MW/1600MWh中国华电集团河北华瑞能源集团有限公司河南叶县100MW/800MWh平顶山晟光储能有限公司、中国机械设备工程股份有限公司2021年6月-2022年4月国内压缩空气储能项目资料来源：北极星储能网，行行查研究中心15KW液态空气储能系统2MW液态空气储能系统5KW蓄热式压缩空气储能系统15KW先进空气储能系统1.5MW先进压缩空气储能系统国家能源大规模物理储能技术研发中心10MW先进压缩空气储能系统100MW压缩空气储能系统200520092010201120132015201620202022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径物理储能：压缩空气储能（2/2）盐穴压缩空气储能 是指利用盐穴来进行储能。利用低谷电压缩空气存储于盐穴中，在高峰用电时释放高压空气做功发电，整个过程都是通过空气的压缩和释放来实现电能的存储和输出。当前盐穴综合利用开发已获得国家支持，盐穴是指在含盐地层或盐丘中利用钻井注入水等溶剂使盐岩溶解形成的地下空腔，是一种优良的储存资源。我国盐矿资源丰富，但与欧美等国相比在盐穴储能利用方面的研究起步较晚，盐穴地下储库的建设数量和技术水平仍有较大差距。当前盐穴综合利用开发已成为国家支持、行业内重点关注的发展方向，未来随着相关研究及应用的持续推进，我国盐穴综合利用开发有望得到快速发展。2022年5月26日，我国首个盐穴压缩空气储能电站在江苏金坛成功并网投运。资料来源：中科院之声，行行查研究中心资料来源：中储国能官网，行行查研究中心新型压缩空气储能优势54267813零污染环境友好不依赖任何化石燃料不排放任何有害物质综合储能综合性储能技术储冷系统可为中央空调提供冷能储热系统可为居民供暖提供热量无地理条件约束新型压缩空气储能系统利用储罐储存液态空气，不再依赖岩石洞穴、盐洞等特殊地理环境安全可靠安全无爆炸风险系统最高压力值处于我国规定的中压管道压力值范围内寿命长全机械设备使用寿命长达30-50年效率高系统储能和释能过程的热能和冷能均能够很好地回收，储能效率可达70%规模大单体功率可达100MW张家口项目储电量可达40万度成本低边际成本在规模化后逐级降低最低度电成本低至0.2元87651234燃料压缩机膨胀机电动机/发电机M/G燃烧室泵电力离合器离合器压缩空气储气装置空气废气压缩空气储能系统工作原理2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径物理储能：飞轮储能飞轮储能 是一种源于航天的先进物理储能技术，是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能主要有飞轮转子、支撑轴承、高速电机、电力电子控制装置、真空室五个部分组成。其中，飞轮 是整个产品的核心部件，直接决定着储存能量的多少，电力电子变换装置决定了输入输出能量的大小。系统工作时，利用电能驱动飞轮高速旋转，将电能转换为机械能，在需要的时候通过飞轮惯性拖动电机发电，将储存的机械能变为电能输出（即所谓的飞轮放电）的一种储能方式。不同于其他电池技术，其优越性体现在短时间、高频次、大功率充放电特性上。飞轮储能，响应快、适于模块化。相比抽水储能电站和压缩空气电站，飞轮储能设备体积要小很多，所以其对工作环境的适应性更强，更容易模块化。储能时飞轮系统将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载。资料来源：中关村储能产业技术联盟公众号，行行查研究中心资料来源：行行查研究中心轴向传感器保护轴承磁轴承磁轴承保护轴承径向传感器飞轮转子（机械能）径向传感器(电能)(电能)电力电子转换装置能量输入电动/发电机电力电子转换装置能量输出飞轮储能装置结构示意图及其工作原理飞轮储能的应用场景飞轮储能应用场景UPS市场轨道交通市场电网调频市场储能式电动汽车充电桩2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径电磁储能：超级电容器储能电磁储能 是电力储能技术的一种，电磁储能主要包括超导磁储能、电容储能和超级电容器储能三种方式。电磁储能是一种新兴的储能技术，与其他储能技术相比，电磁储能在充放电速度极快、转换效率等方面具有明显优势，技术成熟之后在一些特定领域作用重大。超级电容器 也称为双电层电容器，其中的电荷以静电方式存储在电极和电解质之间的电层界面上，在整个充放电过程中，不发生化学反应。在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言，会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，使其保持电中性；当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性。超级电容的优点为充放电速度快（最主要优势）、使用寿命长、大电流放电能力强，缺点为能量密度低、制造成本高。资料来源：行行查研究中心资料来源：CNKI，超级电容器国内外应用现状研究，行行查研究中心超级电容器传统电容器锂电池电容量/容量160,000F10mF1,2003,350mAh充放电时间数秒至数分钟10万次数千小时1万次功率密度（W/kg）1,0002,0001,00010,00050200能量密度（Wh/kg）3150.120100工作温度范围-40C70C-40C85C-25C45C超级电容器、传统电容器和锂电池对比集电板（current collector）电解质（electrotyte）活性炭电极（activated carbon electrode）隔板（separator）A 充电前B 充电后超级电容器的工作原理2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理电网变压器功率变换器旁路开关电流引线杜瓦超导磁体冷却系统磁体保护主监控系统Usc，isc中国储能行业技术路径电磁储能：超导储能超导储能 是利用超导线圈通过整流逆变器将电网过剩的能量以电磁能形式储存起来，在需要时再通过整流逆变器将能量馈送给电网或作其他用途，可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率。由于超导储能具备反应速度快、转换效率高等优点，可以用于改善供电质量、提高电力系统传输容量和稳定性、平衡电荷，因此在可再生能源发电并网、电力系统负载调节和军事等领域被寄予厚望。超导储能的工作原理是利用超导体的电阻为零的特性制成的储存电能的装置。通过功率变换器将电网的能量以电磁能的形式储存在超导磁体中，根据电网或负荷需要，再通过功率变换器将能量馈送给电网或负荷。超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统四大部分。超导材料技术开发是超导储能技术的重中之重。超导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和温室超导材料。资料来源：行行查研究中心优点缺点超导储能由于直接将电能储存在磁场中，并无能量形式转换，能量的充放电非常快(几毫秒至几十毫秒)，功率密度很高;极快的响应速度，可改善配电网的电能质量超导材料价格昂贵；维持低温制冷运行需要大量能量;能量密度低(只能维持秒级);虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用，但因价格昂贵和维护复杂，在电网中应用很少大多是试验性的超导储能优缺点资料来源：南方电网技术，行行查研究中心超导储能装置拓扑示意图超导储能的技术优势是具有高达 95%的转换效率；毫秒级的响应速度、大功率和大能量系统；寿命长及维护简单、污染小；技术劣势有成本很高（材料和低温制冷系统），使得它的应用受到很大限制。2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径电化学储能系统：商业化落地历程电化学储能 是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。依据储存设备，电化学储能可分为锂电池、铅酸电池、铅碳电池、液流电池及钠硫电池储能，其中，锂电池和铅酸电池是产业化应用最为广泛的电化学储能技术路线。电化学储能是当前应用范围最广、发展潜力最大的电力储能技术。我国电化学储能市场大致可分为四个发展阶段：技术验证阶段（20002010年）：主要是开展基础研发和技术验证示范；示范应用阶段（20112015年）：通过示范项目开展，储能技术性能快速提升、应用模式不断清晰，应用价值被广泛认可；商业化初期（20162020年）：随着政策支持力度加大、市场机制逐渐理顺、多领域融合渗透，储能装机规模快速增加、商业模式逐渐建立；产业规模化发展阶段（20212025年）：储能项目广泛应用、技术水平快速提升、标准体系日趋完善，形成较为完整的产业体系和一批有国际竞争力的市场主体，储能成为能源领域经济新增长点。资料来源：CNESA，派能科技招股书，行行查研究中心2000年-2010年截至2010年底电化学储能累计装机规模2.7MW2011年-2015年截至2015年底电化学储能累计装机规模164.1MW2016年-2020年2020年底预测电化学储能累计装机规模3.3GW2021年-2025年技术验证科研计划实施技术验证示范示范应用示范项目开展应用模式探索国际市场拓展应用价值明晰商业化初期政策支持力度加大装机规模快速增加多领域融合渗透商业模式逐步建立产业规模化发展储能项目广泛应用技术水平快速提升标准体系完善形成完整产业体系中国电化学储能产业发展历程2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径电化学储能系统：BMS是核心部分完整的电化学储能系统主要由 电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备 构成。电池组是储能系统最主要的构成部分；电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度等；储能变流器可以控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。资料来源：行行查研究中心资料来源：电子工程世界，腾讯网，行行查研究中心电池管理系统(BMS)电器架构主要构成主要作用电池组（Pack）电池组是电化学储能系统实现电能储存和释放的主要载体，一般先由多个电芯经串/并联后形成电池模组，再由多个电池模组经并联成电池组。电池管理系统（BMS）BMS能有效地监测电池组的各种状态、对电池组充电与放电过程进行安全管理、对电池组可能出现的故障进行报警和应急保护处理以及对电池组的运行进行优化控制，并保证电池组安全、可靠、稳定的运行。储能逆变器（PCS）PCS控制电池组的充放电过程，是负责交直流变换的电子装置。能量控制系统（EMS）EMS包含了数据采集、网络监控、能量调度和网络数据分析四大类。电化学储能系统的主要结构及作用资料来源：派能科技，阳光电源，行行查研究中心电芯电池模组电池管理系统储能变流器储能电池系统能量管理系统其他软硬件系统直流充电直流发电状态信息控制信息控制信息状态信息状态信息控制信息从控制器1从控制器2电机整车控制器电机控制器组合仪表车载充电器监控、标定和程序刷新接口高压控制器BMS外部CAN1 LBMS外部CAN1 HBMS内部CANLBMS外部CAN2 HBMS外部CAN2 IBMS内部CANH控制信号电池电流电池电压电池总负电池总正维修开关BDU主控制器电化学储能系统组成图2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径电化学储能：锂离子电池锂系电池分为 锂电池 和 锂离子电池。3C产品使用的其实是锂离子电池，通常俗称其为锂电池。而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。锂电池是由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，它的比能量极高，但是有安全隐患。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极材料是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。这种电池其实也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中，容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，所以一般情况下是禁止充电的。锂离子电池 主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池的优点为电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、充电迅速等，缺点为成本高、容易衰老、回收率低等、目前主要应用在手机、笔记本电脑等电子产品中。资料来源：行行查研究中心资料来源：行行查研究中心锂电池铅酸电池液流电池钠硫电池备电时长30min-7h3-12h4-8h1-4h循环圈数500-10,0005,000-15,0001,500-6,5002,0001,500-2,0001,500-2,000比容量（mAh/g）140-155100-130140-155155-190170-190优点充放电稳定、工艺简单锰资源丰富、成本低、安全性能好成本低、高温性能好电化学性能好、循环性能好、能量密度高能量密度高、低温性能好缺点钴价格昂贵能量密度低低温性能差钴价格昂贵钴价格昂贵电池产品相关影响体积能量密度高、成本高、安全性较差，适用高端数码成本低、能量密度低，适用低端数码、电动自行车安全性好、循环寿命长，适用客车电池综合性能好，适用各类数码产品与乘用车电池综合性能较好，适用各类数码和乘用车电池锂电池负极材料非碳材料碳材料石墨类负极材料石墨烯负极材料无序碳负极材料硅基负极材料钛酸锂负极材料其他非碳负极材料SiO负极材料硅碳负极材料硅基合金负极材料硬碳软碳人造石墨复合石墨中间相碳微球天然石墨2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径电化学储能：锂电池（2/2）电解液添加剂是指添加量较少，可以显著改善电池一种或几种性能的物质，一般分为 阻燃添加剂、防过充添加剂、成膜添加剂、电解液稳定剂和其他添加剂。其中，成膜添加剂一般选用还原分解电位较高的化合物，在首次充放电时能够先于电解液的其他溶剂成分分解，在负极表面形成稳定的SEI层（固体电解质界面膜，是电子绝缘体却是Li+的优良导体，Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出），从而保护电极免受溶剂分子的破坏，提高电池寿命与安全性。锂电池隔膜根据生产工艺可以分为 干法隔膜和湿法隔膜，其中湿法隔膜中的湿法膜涂覆将是大趋势。湿法和干法各有优缺点，湿法工艺薄膜孔径小而且均匀，薄膜更薄，但是投资大，工艺复杂，环境污染大。干法工艺相对简单，附加值高，环境友好，但孔径和孔隙率难以控制，产品难以做薄。资料来源：电解液添加剂对锂离子电池电化学性能影响研究，行行查研究中心资料来源：行行查研究中心锂电池添加剂阻燃添加剂防过充添加剂成膜添加剂电解液稳定剂其他添加剂有机成膜添加剂无机成膜添加剂VC：碳酸亚乙烯酯，含量高时可能导致高低温性能劣化FEC：氟代碳酸乙烯酯，低温性能好，高温储存性能不佳VEC：乙烯基碳酸乙烯酯，高温储存性能好1,3-PS：1,3 丙磺酸内酯，高温储存性能好锂电池隔膜分类及特点锂电池电解液添加剂分类锂电池隔膜干法隔膜湿法隔膜干法单拉干法双拉湿法基膜涂覆隔膜PP、PEPP湿法异步拉伸湿法同步拉伸陶瓷涂覆PVDF涂覆芳纶涂覆PEPE硬弹性薄膜冷、热拉伸形成纳米微孔膜晶在热和应力作用下转化为晶，吸收冲击能在材料内部产生孔洞环境友好，设备简单，投资小，周期短，成本低，能耗低，生产难度小成孔剂与聚烯烃树脂混合的熔融材料塑化后拉伸，将成孔剂萃取出来，形成微孔膜材料厚度均匀，拉伸强度高，抗穿刺性强，透气性好，化学稳定性好，安全性好提高隔膜的耐高温、耐热收缩性能和穿刺强度，好的浸润和吸液保液的能力，提高电池寿命（相较异步拉伸）同步拉伸厚度均匀性进一步提升，透明度高，光学性能好缺点：车速慢，拉伸比例固定，可调性差提高耐高温性能和安全性，对液体电解质吸收性好，延长电池循环寿命，增加大倍率放电性能优秀的耐热性和防火阻燃性，良好的浸润和吸液保液的能力，延长电池的循环寿命，提高隔膜的抗氧化性，实现高电位化，提高能量密度2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径电化学储能：铅酸电池铅酸电池（VRLA）是一种电极主要由铅及其氧化物制成、电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸电池工作原理为铅酸蓄电池是以二氧化碳和海绵状金属铅分别为正、负极活性物质，硫酸溶液为电解质的一种蓄电池。铅酸电池的优点为产业链较成熟、使用安全、维护简单、成本低、寿命长、质量稳定等，缺点为充电速度慢、能量密度低、循环寿命短、易造成污染等方面的问题。铅酸电池作为备用电源应用在电信、太阳能系统、电子开关系统、通讯设备、小型后备电源（UPS、ECR、电脑后备系统等）、紧急设备等，作为主电源应用在通讯设备、电力控制机车（采集车、自动运输车、电动车）、机械工具启动器（无绳电钻、电动起子、电动雪橇）、工业设备/仪器、摄像等方面。资料来源：CNKI，钠离子电池：从基础研究到工程化探索，行行查研究中心资料来源：汽车之家，行行查研究中心铅酸电池锂离子电池（磷酸铁锂/石墨体系）质量能量密度30-50（Wh）/kg120-180（Wh）/kg体积能量密度60-100（Wh）/L200-350（Wh）/L单位能量原料成本0.40元/（Wh）0.43元/（Wh）循环寿命300-500次3000次以上平均工作电压2.0V3.2V-20oC容量保持率小于60%小于70%安全性优优环保特性差优铅酸电池与锂电池对比电球导线正极（+）负极（-）PbSO4SO42-SO42-4H2PbSO42H2OPbO22e-Pb2e-Pb电子流方向电子流方向稀硫酸流放电时的化学反应Pb+2H2SO4+PbO22PbSO4+2H2O放电时的化学反应负极侧PbSO4 Pb+H2SO4正极侧PbO2Pb+H2SO4充电时的化学反应负极侧Pb+H2SO4 PbSO4正极侧Pb+H2SO4 PbO2铅酸电池的工作原理2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理电池堆离子膜电极电解液电解液泵泵电源/负载中国储能行业技术路径电化学储能：液流电池与钠硫电池液流电池 是通过可溶电对在惰性电极上发生电化学反应而完成储电放电的一类电池。一个典型的液流电池单体的结构包括：正、负电极；隔膜和电极围成的电极室；电解液罐、泵和管路系统。液流电池一般是通过液态活性物质发生氧化还原反应来实现电能与化学能的相互转化，从而实现电能存储与释放的电化学储能装置。液流电池存在很多的细分类型和具体的体系，目前全球真正研究较为深入的液流电池体系只有四种，包括全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池和多硫化钠/溴液流电池。钠硫电池 由正极、负极、电解质、隔膜和外壳组成，与一般二次电池（铅酸电池、镍镉电池等）不同，钠硫电池是由熔融电极和固体电解质组成，负极的活性物质为熔融金属钠，正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐。钠硫电池的阳极由液态的硫组成，阴极由液态的钠组成，中间隔有陶瓷材料的贝塔铝管。电池的运行温度需保持在300C以上，以使电极处于熔融状态。资料来源：金属百科，中国钒网，行行查研究中心资料来源：网络公开资料整理绘制，行行查研究中心负荷电源放电充电放电负极固体电解质正极钠氧化铝陶瓷硫磺NaNa+SNa2Sxe-液流电池的工作原理钠硫电池的工作原理2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理中国储能行业技术路径燃料电池：氢储能电池氢燃料电池是一种将氢气所具有的化学能直接转换成电能的装置，基本原理是氢气进入燃料电池的阳极，在催化剂作用下分解成气质子和电子，形成的氢质子穿过质子交换膜达到燃料电池阴极并与氧气结合生成水，电子则通过外部电路到达燃料电池阴极形成电流。本质上是一种电化学反应发电装置。资料来源：亿华通招股书，行行查研究中心资料来源：第一元素网，行行查研究中心燃料电池工作原理质子交换膜催化剂层O或空气阴极阳极HOHH扩散层e-O或空气H2O燃料电池与锂离子电池对比对比因素锂离子电池氢燃料电池能量密度锂离子电池能量密度提升受制于电池材料理论瓶颈燃料电池是一种发电装置，能量密度远高于锂离子电池功率密度提升有限开放动力系统，功率密度提升容易安全性高密度性和高安全性难以兼容，过高的能量密度容易导致安全性问题燃料储存导致危险可靠性可靠性不足高可靠性环境温度适应性低温性能较差温度适应范围为-30-90使用寿命实际电动汽车的使用寿命为5-8年按每天1.5小时，使用寿命达9年以上政策支持补贴逐渐退出补贴力度较大资源约束锂矿石资源紧缺减少铂金资源消耗环境保护排放转移至上游煤电零排放、低碳2022 HangHangCha来源：行行查研究中心整理41%35%24%电源侧电网侧用户侧中国储能行业应用领域发电侧、电网侧和用户侧储能可分为发电侧、电网侧和用户侧三大应用场景，虽然储能系统安装在发电侧、电网侧和用户侧，能够给电网提供的辅助服务的功能是一样的，但每个应用场景侧重点不尽相同。具体表现为，发电侧：调频、新能源消纳、黑启动，提升电能质量；电网侧：提高电网稳定性、平滑网络需求