储能技术是指利用大容量且能实现快速充放电的储能设施装置或物理介质将能量存储起来的技术,主要有物理储能、电化学储能、储热和储氢、电磁储能等。
其中机械储能中的抽水蓄能由于技术最为成熟,同时也是目前储能市场上应用最广、占比最高的技术,但是抽水蓄能对于地理条件的依赖度高。
而电化学储能是利用化学反应直接转化电能的装置,是以锂离子电池、钠硫电池、液流电池为主的电化学储能技术。
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化学储能作为新型储能中装机占比最高、应用场景和功能最为丰富的储能类型,关于电池技术路线的选择经历过一段迷茫的历程,从早期的铅酸(炭)电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、钠硫电池、液流电池等多元试验示范到目前磷酸铁锂电池成为绝对主导,但与此同时,磷酸铁锂电池也并未成为“终极答案”,新的电池技术路线仍不断涌现或衍变,电池技术路线的探索也仍在继续。 
电化学储能在智能电网、能源互联网中的应用贯穿整个电力系统,在发电、输电、用电等环节均有应用领域。

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电化学储能技术优劣势分析
产业链
储能产业的上游以电池制造为主,包含正负级材料、电解液、隔膜等;中游是储能系统的集成商,包括整个储能系统的设计以及电池组、电池管理系统、能量管理系统、储能变流器等多个子系统选型;经过EPC整包厂商建设后,供发电侧、电网侧、用电侧等领域应用使用。
储能领域参与企业众多,主要包括以宁德时代、中储国能、亿纬动力为代表的储能技术提供商,以上能电气、科华数能、索英电气为代表的储能PCS提供商和以海博思创、电工时代、科华数能为代表的储能系统集成商等。
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细分赛道
电池储能系统标准柜,包括锂离子电池组、标准柜体、电池管理系统、能量管理系统、储能变流器、并离网切换柜、数据显示屏等。除此之外还包含照明系统、门禁系统、 消防系统 ( 灭火材料 、自动灭火系统 、火灾报警系统 、安全泄压系统) 、温控系统( 空气温度调节系统 、通风排风系统)等辅助设备。除了电池环节以外,温控系统和消防系统对于电化学储能的安全运行起着重要的作用。
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2017年前,除山西等少数地区的火电调频项目商业化应用外,电化学储能的发展总体来说属于试验示范阶段,行业对各类储能电池特性处于摸索阶段。
例如2011年投运的国网张北风光储项目,选用磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、全钒液流电池、铅炭电池等电池技术路线进行示范验证;2011年投运的深圳宝清储能电站选用钛酸锂电池、磷酸铁锂电池进行示范验证。通过示范项目对各类电池性能和运行特性进行分析总结,为储能电池的商业化应用奠定了基础。
与此同时,电动汽车产业快速发展,磷酸铁锂电池、三元锂电池为主的锂电池通过规模化和产业化带来了性能的提升和成本的快速下降,特别是磷酸铁锂电池,其具有能量密度高、充放电次数多、转换效率高、安全等方面的优势,同时,伴随着产业化的优势,磷酸铁锂电池成本也在快速下降,查阅相关数据,磷酸铁锂电池单位瓦时成本从2010年的3.75元/Wh左右下降到2020年底的0.7元/Wh左右,价格的指数级下降叠加其性能的提升使得磷酸铁锂电池具备全寿命周期成本的优势,逐步成为市场的主导选择。
据CESA储能应用分会发布的《2022储能产业应用研究报告》统计数据显示,2021年,中国新增电化学储能技术中,锂离子电池储能技术装机规模达1830.9MW,功率规模占比高达99.3%;铅蓄电池储能技术装机规模2.2MW;液流电池储能技术装机规模10.0MW;其它电化学储能技术装机规模1.52MW。
1.储能电池
储能系统主要由四个部分组成,电池和电池管理系统(BMS),储能变流器(PCS)以及对整个系统进行监控以及通讯的系统。从系统成本看,电池成本构成储能系统成本的50%-60%,PCS占比20%,BMS占比5%,EMS占比5%-10%,其它配件5%。
电化学储能总成本趋于快速下降。根据BNEF测算,以初始投入运行20MW/80MWh的项目为例,2021年总成本约为282$/KWh;2025年预计降为203$/KWh,相比2021年下降28%;2030年总成本预计为165$/KWh,相比2021年下降41%。投资成本的下降将带动储能经济性提升。
2.温控系统
1)温控系统在锂电池运行过程中起着重要作用
15°C—35°C之间的范围是电池实现全部性能的最佳工作温度范围。该温度范围也是电池运行最有效、最可靠和最安全的温度范围,超出标准范围会减小电池容量、减慢化学反应速度并增加生命周期成本。
受制于锂电池运行对温度的要求,温控系统对锂电储能系统的良好运行极为重要。目前主要的温控方案包括一体式顶出风空调+风管精确送风方案、分体式冷热通道隔离方案、顶置式空调+风管精确送风方案、一体式下出风方案、风冷冷水型温控方案等。
2)储能温控系统主要包含风冷 、液冷两大类
储能温控系统技术路线目前主要是风冷(采用空气介质)、液冷(液体介质)两大类。温控系统的选择具有非标定制化特点,储能应用场景较多,包括电站、工商户用等,不同场景需要不同的解决方案。
2021年储能温控系统主要以风冷为主,液冷凭借更精准的温控能力和更高的综合性能或成为大势所趋,占比不断提升。目前空冷主机的单位价值为 0. 3—0.4 亿元 /GWh , 液冷主机的单位价值为和0. 6—0.7亿元 /GWh 。
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3.消防系统
据不完全统计,2011-2021年全球共发生50起储能电站起火爆炸事故,事故的主要原因在于电池管理系统缺陷、锂电池内部热失控等,因此消防系统作为储能柜刚需起到预警和消灾的作用。
消防系统主要由火灾探测器、火灾控制器、声光报警器、通讯控制器、声光报警及手动开关和灭火装置等组成。系统在火灾隐患期和发生初期,能够及时探测到火灾险情并发出预警、报警信号,达到预定火灾确定条件时,自动启动灭火装置,将火灾消灭在萌芽状态,从而达到保护储能集装箱安全的目的。消防系统的价值量约占到储能柜整体价值的2%--4%,约为4-- 16万/MWh。
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中国市场
中国市场储能发展迅速,2021年中国储能装机功率达43.44GW,其中抽水储能占比最大,占中国储能的86.5%;其次为电化学储能,占中国储能的11.8%。

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2021年中国市场储能分布结构(GW)
在中国5.12GW电化学储能技术中,以锂离子电池储能技术为主,装机规模为4658.9MW/8254.2MWh,占比达91%,其次铅蓄电池储能技术装机规模279.5MW/1632.2MWh,占比5.5%。

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2021年中国电化学储能行业装机规模分布

2021年中国电化学储能新增装机功率1844.6MW,其中99.3%为锂离子电池储能技术,新增装机功率1830.9MW,其次0.5%为液流电动储能技术。

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2021年中国电化学储能新增装机功率
新能源+储能为中国电化学储能技术新增装机功率最主要的应用场景,2021年占比45.4%,其次电源侧辅助服务占比28.9%,电网侧储能21.7%。

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2021年中国电化学储能技术新增装机功率应用场景分布
根据2022年3月发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》中提到:到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件。其中,电化学储能技术性能进一步提升,系统成本降低30%以上。预计2025年中国电化学储能装机规模达40GW,2030达110GW

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中国电化学储能装机规模预测(GW)
全球市场
根据中国化学与物理电源行业协会数据:2021年全球电化学储能装机功率由2020年新增装机功率6847.4MW至20.4GW,占储能总装机功率的10.02%。

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2020-2021年全球电化学储能装机功率
2021年美国电化学储能装机规模居全球首位,达6361.7MW,其中新增装机功率占全球新增总量的5成;其次中国为第二电化学储能市场,装机规模达5117.1MW,新增装机功率占全球的26.9%。

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2021年全球主要地区电化学储能装机规模(MW)
资料来源:储能网

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原文始发于微信公众号(光伏产业通):新能源+储能方兴未艾,锂离子储能电池产业蓬勃发展!

作者 808, ab