北极星智能电网在线讯
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新型储能
作为构建新型电力系统必不可少的组成部分,既是未来电力行业发展的重要方向和必备环节,也是实现双碳目标和高质量发展的必要手段和关键支撑。在此背景下,我国
电化学储能
产业近几年迎来快速迅猛发展,成为当前新能源领域中最为火热的赛道之一,各路英雄豪杰都在拼命往这个赛道上“挤”,导致整个产业已呈现出比较饱和状态,未“老”先“剩”,转眼间从“暖春”步入到“寒冬”,从高速发展的成长期迈入深度转型“阵痛期”,亟待采取行之有效的对策措施予以应对,以确保整个行业持续、健康和高质量发展。
(来源:微信公众号“能源新媒” 文:徐进)
电化学储能不可或缺
概言之,电化学储能是利用化学电池将电能储存起来并在需要时再将化学能转化为电能的储能技术。从现有技术路线看,大体可划分为锂离子电池、铅蓄电池、液流电池和钠硫电池等不同类别,其中,锂离子电池是当前电化学储能的主流技术路线,占整个新型储能装机95%以上,其他电化学储能如液流电池、纳硫电池等仍处于示范阶段,如果想要实现大规模的应用还有较长的路要走。从终端客户角度看,电化学储能又可分为表前储能和表后储能,其中,表前储能(俗称大储)通常是指发电侧与电网侧储能,主要用于电力调峰与系统调频;表后储能(又称用户侧储能)则进一步分为工商业储能与家庭储能,主要是增强供电稳定性,并通过峰谷差价套利有效降低用电成本。
同抽水蓄能传统储能和压缩空气储能等其他新型储能相比,电化学储能因其具备不受地理条件限制、建设周期短、响应速度快、技术相对成熟、能量密度大、转换效率高等独特优势,在电源侧、电网侧和用户侧等不同场景得到广泛应用,装机规模快速增长,呈现出一派欣欣向荣的景象,被称之是“迎合可再生能源大规模接入和缓解弃风弃光问题的关键技术,是推动分布式综合能源系统、智能配电网、微电网、能源互联网发展的必备技术,是帮助解决常规电力削峰填谷、提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的重要支撑技术”,成为各国竞相角逐和抢占的战略新兴产业。
电化学储能尤其是在以下四大方面的应用场景最为普遍:一是电动汽车领域,其核心就是电化学储能技术,通过电池将电能储存起来,然后通过电机驱动车辆运动。经过多年发展,我国已初步建立了具有全球竞争力的电动汽车全产业链优势并实现了“弯道超车”,现已成为我国制造业发展“新标杆”和对外出口的“新三样”;二是
储能电站
行业,是指在建设开发风光等新能源过程中,通过配建电化学储能将发出的多余电量储存起来,以备在电力需求的高峰时使用,从而达到平衡电网负荷、提升电力系统可行性和稳定性等目的;三是工商储能系统,是指随着分布式和家用光伏发电系统日益普及,电化学储能将白天发出的电储存起来,以备不时之需,从而达到减少能源浪费、提高能源利用效率的目的;四是移动基站辅助服务,是指为保障通信的稳定性和连续性,通过利用电化学储能技术为移动通信基站提供备用电源服务,以确保通信系统的正常运行。
“一半是海水一半是火焰”
新型电力系统的加快构建和新能源汽车销售的持续“火爆”,让近几年以电化学储能为主的新型储能迎来高速发展的“黄金期”。专家预期,“十四五”期间我国电化学储能平均每年将会以80%的增速增长,“十五五”期间仍将保持平均每年50%的增速。在电化学储能赛道火热发展的同时,随之而来的诸如行业内卷、产能过剩、库存高企、盈利不足等问题日益凸显,同质化竞争呈现出愈演愈烈之势。电化学储能行业可谓是“一半是火焰,一半是海水”,正经历着“冰与火两重天”的严峻考验。
一方面,基于储能市场的高景气和高增长预期,电化学储能正成为资本角逐的新赛道,一些地方政府不顾及当地是否有资源禀赋优势或扎实产业基础,贸然采取“拿来主义”,机械照搬照抄别人的经验与做法,造成产业重复建设、发展势头火热等现象十分突出,各地产业规划上大同小异、频频“撞车”,带来严重的“后遗症”;还有不少其他领域的企业甚至是三无(即无技术研发,无生产能力,无售后服务)“皮包公司”纷纷跨界涌入这一热门赛道,都想方设法来“分一杯羹”。大量企业和资本蜂拥而至在一定程度上刺激了整个行业的爆发式增长,迎来一波又一波扩产增容热潮,产能严重过剩预示着新一轮洗牌开始。然而,储能有其独特的发展规律和相对高的技术门槛,若没有过硬的技术积累和相应的人才保障,只是盲目跟风、随意投资,终究不过是昙花一现,也会对整个行业发展造成不利影响,只有那些拥有核心技术和过硬产品的企业才是永远立于不败之地的“王道”。
另一方面,尽管目前电化学储能的发展处于如火如荼的势态,但由于行业加速洗牌、市场日益饱和、产业严重内卷、价格愈演愈烈、竞争趋于白热,其热辣滚烫的“盛宴”背后其实是“一把辛酸泪”,除了诸如福建宁德、比亚迪等少数几家行业顶尖企业发展相对较好外,绝大多数企业的毛利率比较低,效益下滑,处于微利边缘,有些甚至出现巨额亏损,整个行业总体状况并不理想,全要素生产率近年不升反降。尤其是随着储能价格屡创新低,不少抱着“博一把”的心态而盲目进入该行业的投资商,逐渐认识到该行业进入的“高门槛性”和赚钱的艰难性,已有相当部分企业相继退出了该行业,可谓是“出师未捷身先死,长使英雄泪满襟”。还有的因为产品严重同质化,让不少电化学储能企业想借助投机取巧的“噱头”搏一把或通过压降材料成本、优化员工、削减工资、减少开支等方式来降本增效,想方设法寻找各种“续命术”,以确保在竞争激烈的市场狭缝中求得生存之道。
“挡路虎”有待破解
总体而言,电化学储能发展中面临的困难和遇到的难题有其深刻的历史背景,是由多方面因素共同引起的,既有政策和市场层面的问题,也有技术和硬件层面的问题。要想确保其健康发展并迈入正轨有很多难关要闯,需要政府和企业共同努力去解决:
从政策和市场层面,电化学储能存在市场话语权相对较弱、主体资格有待明确、社会资本参与辅助服务门槛高等问题,导致在市场竞争中常处于被动不利地位:一是新型储能成长空间受限。由于传统电力市场留给新型储能的空间不大,发电侧储能收益直接来源于电力市场,而现行的电力市场的总体运行环境对电化学储能的发展并不太友好,致使电化学储能收益难以保障;二是储能作为辅助服务市场主体资格尚待明确。因为电化学储能受自身规模限制,难以像传统抽蓄那样主要用来调峰调频,其价值主要体现在它提供的辅助服务上,因此辅助服务市场的规制对其收益有着决定的影响。但在发电侧,电化学储能是作为发电厂机组的辅助设备运行的,其本身并没有辅助服务市场独立的经营资格,致使在收益分享中常处于不利地位,由此给电化学储能的收益带来很大不确定性;三是作用空间易受限制。因为电化学储能容量规模一般较小,满功率连续充放电大都在1至2小时之间,虽可有效应对新能源日内波动,但若出现长时间极端天气情况,储能利用效率会受到较大制约;四是“劣币驱逐良币”现象突出。由于电化学储能产业现有标准体系尚不完善,行业进入门槛相对较低,近两年大量良莠不齐的企业纷纷涌入,价格战和“口水战”频频迭出、狼烟四起,容易导致整个行业陷入无序竞争的恶性循环之中。
从技术和硬件设施层面来讲,我国电化学储能面临产业链脱钩、技术标准滞后、安全性难以杜绝等诸多问题,致使电化学储能在成长过程中不可避免会遇到一些“麻烦”:一是关键核心零部件存在“短板”。虽然我国电化学储能产业已经形成了从正负极材料、隔膜、电解液、双极板到电池模组和电堆生产、电池制造及后端应用市场开发的完产业链条,但在IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等一些上游核心零部件仍依赖进口,自给率不到三成,面临“卡脖子”的处境;二是电池芯片和仿真软件存在“软肋”。尽管我国近年在电池芯制造和仿真软件方面投入大量人力与财力,但电池企业在设计仿真环节中普遍使用的仍是国外的CAE仿真软件,国内电池设计仿真软件设计虽取得一定进展,距离实现国产替代还有较大的差距,对整个产业发展的束缚也远超核心零部件断供的程度;三是产业技术标准存在“欠缺”。我国在电化学储能领域的标准创制起步较晚,在国际标准的创建方面严重滞后于产业发展,电化学储能相关制造工艺及安全标准大多由西方发达国家所制定,同我国电化学储能产业的国际地位极不匹配;四是原材料供应面临“瓶颈”。电化学储能的上游金属材料(锂、钴、镍等)矿石资源的“壁垒”效应非常明显,对外依存度总体超过80%,譬如磷酸铁锂电池的最关键原材料“锂”矿,我国储量仅占全球6%,60%以上的锂资源依赖国外进口,存在明显资源安全保障压力,实现自主可控迫在眉睫。
“五措并举”确保行稳致远
电化学储能作为一个具有“高确定性”的战略性新兴产业,整个产业仍处于快速发展的商业化初期,前期资金投入量大、生产技术密集高、产品更迭速度快,一旦规划、投资、市场不及预期,往往会造成重大经济损失、付出高昂机会成本。要采取多管齐下的策略,通过“强内力”破除“重内卷”,“强优势”化解“高门槛”,“差异化”平衡“同质化”,努力打造电化学储能创新的新高地,不断开拓电化学储能发展的新局面。
1、在“统”字上下功夫,统筹推进储能业务发展的新模式。近年来,国家及地方颁布一系列鼓励新型储能业务尤其是电化学储能发展的政策文件,政策的层层加码促使电化学储能迎来新的历史机遇,但如何确保政策同向发力、形成合力,助力电化学储能产业行稳致远则是一个重要命题:一要统一认识,树立“一盘棋”思想,坚持以规划为引领、以创新为驱动、以市场为主导、以机制为保障、以安全为底线,高点定位、统筹谋划、科学布局好电化学储能发展的战略定位,以产业发展和国家整体利益大局为重,正确处理好局部与全局、个体与整体的关系,切实打破和消除各种阻碍电化学储能发展的利益藩篱;二要统合政策标准。结合双碳目标和新型能源系统构建的要求,对现行新型储能发展政策和规划措施进行整体性设计和系统性谋划,将其纳入构建新型电力系统的大框架之下,真正形成各层面法规、政策、制度、标准的有机配套与相互协调,从制度安排上纾解电化学发展上面临的诸多共性难题,从顶层设计上科学谋划好电化学储能的发展方向;三要统筹资源资本,充分利用国内国际两大市场、两种资源,因地制宜推动电化学储能全领域、全球范围内资源要素的合理配置,有效激活资源价值和放大资本功能,切实提升新型储能发展的财政、金融、税收、土地等政策合力,尽可能实现规划、产业、平台、人才“四大共享”,为电化学储能产业发展营造良好环境。
2、在“改”字上动真格,大胆勇??储能产业发展的新路径。目前制约以电化学化储能为主的新型储能良性发展的突出问题是传统电力交易模式下电站利用率较低、盈利难有保障,导致成本与收益的不匹配。据中电联新发布《新能源配储能运行情况调研报告》,所调研电化学储能项目平均等效利用系数仅为12.2%,而新能源配储等效利用系数仅为6.1%,远低于其他类型配储的利用系数。在电力市场化改革大背景下,如何加大改革、构建有利于新型储能良性发展的运行机制显得尤为必要:一是采取行之有效的政策手段,切实提高以电化学为主的新型储能利用率,从根本上解决新型储能大规模建设和调用不充分之间的矛盾。日前,国家能源局印发《关于促进新型储能并网和调度运用的通知》,就加强新型储能并网和调度运行管理、技术要求及协调保障等方面提出了一系列具体要求;二是不断加大市场机制和商业模式创新,丰富电化学储能应用场景和实际参与交易品种,确保收益来源多元化。
在这方面山东经验值得借鉴,首创独立储能电站进入现货市场运行方式,创造了电量交易+容量补偿+容量租赁收益模式,让新型储能运行经济性得到可靠保障;三是借鉴抽水蓄能、煤电的做法,在全国范围内探索建立新型储能容量电价机制,切实改变新型储能建设运行成本难以通过输配电价疏导、主要由新能源电站单一主体“买单”的现状,让新型储能电站有一个基本可靠的收益保障。
3、在“新”字上求突破,着力发展储能领域的新质生产力。创新是引领发展的第一动力。当前及未来一段时间,电化学储能技术发展将围绕成本、安全、环保、循环寿命等方面加大创新和攻关,重点聚焦于以下关键方向:一是大容量、长时间储能电池结构不断革新升级,电池容量在500Ah+以上和时长4小时以上锂离子电池技术会得到市场更大的青睐,尤其是更高能量密度、更短充电时间、更长使用寿命及更高安全性能的固态电池发展前景不可小觑,有望给储能产业带来颠覆性变革;二是取材方便、成本低廉的液流电池、钠离子电池的产业化进程将加快,有可能实现更大规模的研发应用,存在后来居上、弯道超车的可能;三是高性能、低成本的正负极电极、电解质、隔膜等储能关键材料和核心元器件的研发将持续优化改进,以填补国内市场空白和实现市场突围,为电化学储能技术的发展和应用提供更加高效和可靠的支持;四是包括电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、温控系统和消防系统、多能互补和混合储能系统等在内的系统集成技术和仿真软件设计方兴未艾,以更好实现国产替代和破解“卡脖子”难题,为电化学储能各类场景打造“一站式”解决方案,使储能电站的整体性能更加优化。总之,技术创新是电化学储能发展的永恒主题,只有在储能材料、电芯设计和制造、储能系统集成和安全管理等领域和方向持续加大创新,才能有效破解产业发展中的瓶颈和梗阻,在与狼共舞中取得竞争主动权。
4、在“融”字上作文章,积极培育“储能+”的发展新业态。随着家庭、工商业、微电网等分布式储能的广泛兴起以及应急电源、充电桩、通信等移动储能的日益普及,电化学储能应用场景将会越来越丰富,以“储能+”融合发展的新业态将成为引领行业的必然趋势:一是储能与能源电力的融合。在进一步做好“风光水火储一体化”多能互补和源网荷储的基础上,积极推进在城市配网领域合理配置一定规模电化学储能,鼓励在满足电网安全要求、符合电网规划的前提下,依托现有变电站周边空地建设储能电站;二是储能与工商业的融合。大力推广“用户侧共享储能”等商业模式新示范,结合新能源汽车下乡+乡村振兴战略积极建设农村“新能源+储能”微电网示范项目,努力探索工商业分布式储能市场化应用的新途径,鼓励在综合智慧能源系统开展分布式多能联供的新模式;三是储能与交通运输业的融合。加快新能源汽车充电桩等基础设施建设步伐,鼓励在新能源汽车换电站和超级快充站合理配置电化学储能设施,支持构建以新能源汽车充换电网络、电池租赁、回收利用为链条的新型储能生态体系;四是储能与环保产业的融合。数据显示,当电化学电池材料中拆解回收占比为40%,电池成本可降到0.4元/Wh;当拆解回收占比为90%,电池成本可降低到0.2元/Wh。由此可见,储能与环保产业联系十分紧密,不仅有利于回收宝贵稀缺资源,而且也可有效避免环境污染,同时还能实现大幅降低电池成本。
5、在“深”上见实效,夯实筑牢储能产业发展战略新高地。牢牢把握电化学储能产业革命大趋势,不断深化储能产业结构调整,以筑牢价值链为核心,重塑创新链、供应链、产业链和生态链,做强长板优势,补齐短板弱项,努力构建“四链”协同的现代电化学储能产业发展新体系:一是优化创新链。充分发挥市场对技术研发方向、研发重点、实施路线、创新要素配置的导向作用,最大限度释放“人才、资本、信息、技术”等创新要素活力,建立覆盖研发、检测、中试和实证的全场景的创新链平台,实现基于协同创新驱动的“产学研用”一体化的高度耦合与良性互动;二是做强供应链,重点围绕电化学储能的产品设计、材料采购、物流运输、仓储管理、生产加工、样品试制、订单处理、终端零售等全环节减环节、优流程、提效率,实现“产供销、内外贸、上下游”一体化发展;三是精壮产业链,加快培育形成从锂矿开采加工到正负极、隔膜、电解液等关键材料以及电池制造、检测检验、终端应用及拆解回收等全生命周期的产业链条,切实推动电化学储能产业向价值链中高端迈进;四是丰富生态链。搭建起覆盖关键矿产开采、重要材料冶炼、关键零部件生产、重大装备制造、系统集成、产品咨询检测、项目投资建设等完整的产业体系,通过延链、补链、增链、强链,实现倍增效益和乘数放大效应,打造产业集中集聚集群优势,奋力书写引领电化学储能世界发展浪流的中国答卷。
