储能的核心是实现能量在韶光和空间上的移动，实质上是让能量更加可控。我们 把各种发电办法的实质归一化，可以创造：火电、核电、生物质发电天然就有相 应的介质进行能量的存储，并且介质适宜进行贮存和运输，即本身就配置了储能 功能。而对付水力发电、风力发电、光热发电、光伏发电而言，发电借助的来源 是瞬时的、不可贮存和转运的。相应地，如果我们想让这些能源更加可控，必须 人为的添加储能装置。可以理解为，储能装置的添加，会使得水力、风力、光伏、 光热成为更空想的发电形式。
1.2、储能的运用：让分布式更“优质”、让系统更灵巧
发电侧与电网侧一贯承担着让能量更可控的任务，储能将作为一种办法供应灵巧 性资源。在抽水蓄能大培植、新型储能兴起之前，电网的灵巧性资源更多的须要 火电供应。而目前，在一个优质的电网存在的情形下，系统的灵巧性调节资源是 由抽水蓄能、新型储能、火电等共同供应的。此时，培植抽水蓄能和新型储能的 节奏，要评估两个方面：（1）从经济性维度上，培植抽水蓄能、培植新型储能 与进行火电灵巧性改造何者最优；（2）从需求量维度上，火电灵巧性改造存在 存量机组数量约束、抽水蓄能存在地理资源约束，这两大约束会在什么韶光点成 为掣肘成分。
储能可以让分布式光伏发电更“优质”，使其有成为家庭用电主力的可能。储能 的运用使得用户侧“自发自用”成为了可能，在一个更多倾向于盈利属性的电网 环境下，储能加持下的分布式光伏发电更加“优质”。此时，分布式光储的推进 核心变成了经济性考量：光储发电的本钱与从电网买电的价格孰高孰低。 在没有可靠电力保障的情形下，储能是正常生活的刚需。储能装置储存的是能量， 而充足的能源是保障生活正常进行的必要需求。而在户外、偏远地区，在有战役 可能的地区，在电网保障不敷的地区，从生存与避险的角度讲，配置储能是最基 本的需求。此处储能推进的核心是：正常家庭能否包袱得起一套储能设备，或者 一套光储系统。
1.3、储能的需求：高比例可再生能源下的一定哀求
高比例可再生能源对系统的灵巧性调节能力提出了更高的需求。永劫光来看，新 能源发电可以知足电量平衡须要，但由于着力颠簸，在短时内无法知足电力平衡 须要。新能源着力具有不愿定性、间歇性以及不可控性的特点，为电力系统坚持 发电及负荷的实时平衡带来寻衅。由于新能源机组着力具有间歇性，同样容量的 新能源机组与常规火电或水电机组带负荷的能力并不相同，因此电力系统充裕度 剖析中新能源容量无法与常规机组同等对待。以风电为例，风电可信容量指等可 靠性条件下风电机组可以视为的常规机组容量大小，风电容量可信度为其可信容 量占其装机容量的比例，根据王彤等对南网的可靠性评估结果，南网 2020 年风 电的容量可信度在 0.67%~18.75%之间。而方鑫等人在《并网光伏电站置信容 量评估》一文中测算，光伏的容量可信度在 54%~56%之间。
颠簸性可再生能源并网会对电力系统产生多种影响。这些影响并非溘然涌现，而 是随着颠簸性可再生能源渗透率的提高而逐步增多。详细可根据颠簸性可再生能 源渗透率的不同分为四个阶段： 第 1 阶段：已支配第一批颠簸性可再生能源发电厂，但对系统基本没有影响；只 会造成极少的局部影响，例如在发电厂的并网点。
第 2 阶段：随着颠簸性可再生能源发电厂数量的增加，负荷与净负荷之间的变革 日益明显。改进系统运行办法以更充分地利用现有系统资源，常日足以知足系统 并网哀求。 第 3 阶段：供需平衡难度更大，须要系统性地提高电力系统灵巧性，现有举动步伐和 改进运行办法难以知足这一哀求。 第 4 阶段：在某些特定时段，颠簸性可再生能源发电量足以供应系统大部分电力 需求，电力系统在系统受到扰动后迅速相应的办法发生变革。可能涉及到规则调 整，使颠簸性可再生能源发电也要供应频率相应做事，如一次调频和二次调频。
目前美国加州可再生能源发电高峰时占比超 50%，正处于第 4 阶段。根据 CAISO 数据，绘制 2021 年加州夏季单日电力供给调配曲线。剖析创造，可再生能源能 够知足 8-17 点旁边的白天供电需求，而在 19 点往后的韶光，可再生能源发电 量骤降，此时电网中的灵巧性调节资源发力，天然气大力发电，但是仍有巨量的 用电缺口须要通过从其他州入口电力补足。对付美国加州而言，须要从其他州进 口电力来补足的用电缺口，便是其对付储能的需求空间。
1.4、永劫储能：碳中和时期的一定呼唤
永劫储能（long-duration energy storage)，一样平常指 4 小时以上的储能技能。长 时储能系统是可实现跨天、跨月，乃至跨时令充放电循环的储能系统，以知足电 力系统的长期稳定。可再生能源发电渗透率越高，所需储能时长越长。可再生能 源发电具有间歇性的特点，紧张发电时段和高峰用电时段错位，存在供需落差。 随渗透率上升，平衡电力系统的负荷哀求增加。相较于短时储能，永劫储能系统 可更好地实现电力平移，将可再生能源发电系统的电力转移到电力需求高峰时 段，起到平衡电力系统、规模化储存电力的浸染。
储能设备削峰填谷功能凸显，以 4h 为代表的永劫储能设备具有发展必要性。根 据 CAISO 数据，绘制 2021 年加州夏季单日电池储能设备的充放电曲线。由图 可见，储能设备在白天以高功率储存电能，在晚间用电高峰高功率放电，高峰放 电持续韶光超 4h。根据 Strategen 的《Long Duration Energy Storage for California's Clean, Reliable Grid》研究报告，未来到 2045 年，太阳能将成为 加州最紧张的可再生能源，占比达 75%。为平衡太阳能发电，须要在白天存储 8 到 12 个小时的电能，晚间存储调度量也将增加，最多时需连续放电 12 小时， 永劫储能发展不可或缺。
美国加州由于较高的可再生能源发电比例，是最从前夜量支配持续放电韶光 4 小 时储能系统的地区之一。从 2019 年开始，加州地区就已经开始陆续支配 4 小时 的储能系统。根据 Strategen 预测，加州到 2030 年将支配 2-11GW 的永劫储能 设备，到 2045 年将实现 45-55GW 的永劫储能配置。
1.5、永劫储能的推进节奏：循规蹈矩、星辰大海
对付永劫储能而言，最主要的是为电力系统的灵巧性调节供应支撑。概括而言， 电力系统中，灵巧性资源的需求方紧张是风力、光伏发电举动步伐；电力系统的灵巧 性紧张来自于两个方面，一方面是原有发电机组的灵巧发电，另一方面便是储能 举动步伐的配置。我们在剖析推进节奏时，将灵巧性供应方简化为三部分：存量机组； 成熟的储能办法——抽水蓄能；新型储能技能。通过这种办法，可大致勾勒出随 着风光发电量占比的逐步提升，储能的推进节奏。详细可分为三个阶段：
阶段 1：风光发电量 10%旁边的水平（对应中国 2021 年前后所处的阶段）：新 型永劫储能技能发展的计策窗口期 在此阶段，存量的发电机组（煤电、气电）可以进行改造，供应更多的灵巧性资 源支持；传统的储能办法抽水蓄能由于培植周期较长（6-8 年），需尽快方案上 马；新型储能项目本钱仍旧过高，但是如果仍存在灵巧性缺口，须要新型储能项 目尽快补上。
阶段 2：风光发电量 20%旁边的水平（对应中国约 2025 年前后所处的阶段）： 新型永劫储能技能家当化降本的决斗期 在此阶段，存量的发电机组改造基本完成，无法供应更多的增量灵巧性；抽水蓄 能项目逐渐落成，与存量机组一同成为灵巧性调节主力；而此时，对付新型储能 的需求量也进一步提升。阶段 3：风光发电量 30%旁边的水平（对应中国约 2030 年的阶段，对应美国加 州约 2020 年所处的阶段）：本钱最优的永劫储能技能装机量快速增长期 在此阶段，存量机组无改进空间且逐步淘汰；抽水蓄能受限于地理资源约束无法 连续上量；只能依赖新型永劫储能技能供应增量的灵巧性资源。
分地域来看：节奏上先欧美，后海内： 以美国加州、德国、澳大利亚南部为代表的欧美地区，当前风光发电量占比已经 很高，对付永劫储能的需求也愈着急切。考虑到当前各种新型储能的经济性，他 们更多的选择配置锂电储能系统。以宁德时期、阳光电源为代表的中国锂电储能 行业，正在环球范围内开疆拓土，盘踞份额。
详细到中国： 估量从 2020 年到 2025 年，我国风光发电量占比将从 9.5%提升到 16.4%。 根据《“十四五”可再生能源发展方案》的目标：2025 年可再生能源年发电量 达到 3.3 万亿千瓦时，“十四五”期间可再生能源发电量增量在全社会用电量增 量中的占比超过 50%，全国可再生能源电力总量消纳任务权重达到 33%旁边； “十四五”期间，风电和太阳能发电量实现翻倍，到 2025 年可再生能源电力非 水电消纳任务权重达到 18%旁边。 我们假设： （1）火电年利用小时数从 2020 年的 4290 小时低落到 4000 小时； （2）2025 年燃气、其他火电、生物质发电占比与 2020 年保持同等；（3）水电利用小时数不变； （4）风电年均新增 50GW，利用小时数提升至 1700 小时； （5）光伏年均新增 90GW，利用小时数提升至 1050 小时。
在此假设情形下，可以知足《“十四五”可再生能源发展方案》中的目标。根据 此假设情景打算，从 2020 年到 2025 年，我国风光发电量占比将从 9.5%提升到 16.4%。
在“十四五”期间，火电改造与抽水蓄能是灵巧性增量的主力，这为新型储能加 速发展供应了计策窗口期。在当前情形下，一方面中国存在着一批可以进行改造 来增加灵巧性的机组；一方面中国存在着一部分抽水蓄能资源储备。根据潘尔生 等《火电灵巧性改造的现状、关键问题与发展前景》，不同机组特色、改造目标、 燃料特性等条件都将带来改造投资的巨大差别，常日投资按 30~90 元/千瓦打算， 是最便宜的灵巧性调节资源。其次为抽水蓄能，之后为以锂电为代表的新型储能。
据郭剑波院士《中国高比例新能源带来的平衡寻衅》剖析，我国“十四五”期间 将完成存量煤电机组灵巧性改造 2 亿干瓦，增加系统调节能力 3000~4000 万千 瓦，新增煤电机组中具备灵巧调节能力的达 1.5 亿干瓦；到 2025 年，新型储能 装机容量达到 3000 万干瓦以上；抽水蓄能规模 2025 年达到 6200 万千瓦以上， 2030 年达到 1.2 亿干瓦旁边。新型储能将会在 2025 年往后，逐渐成为灵巧性 调节的主力。
2、永劫储能：百花齐放，百舸争流
储能技能特点及降本情形各不相同，根据运用处景的不同，永劫储能技能将呈现 多线并举的格局。概括而言，永劫储能技能可分为机器储能、储热和化学储能三 大主线。个中，机器储能包括抽水蓄能、压缩空气储能；储热紧张为熔盐储热； 化学储能包括锂离子电池储能、钠离子电池储能以及液流电池储能。
2.1、抽水蓄能：当前最成熟、度电本钱最低的储能技能
2.1.1、事理：依赖水的重力势能作为介质储能
抽水蓄能仍旧是当前最成熟、装机最多的主流储能技能。抽水蓄能是机器储能的 一种：在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库时将电能转化成重力势能 储存起来，在负荷高峰时利用反向水流发电，综合效率在 70%到 85%之间。
2.1.2、利害势：储能技能成熟，但选址受限、开拓周期较长
上风：当前最成熟的储能技能，度电本钱最低。根据《储能技能全生命周期度电 整天职析》（文军等，2021 年）中测算，在不考虑充电本钱且折现率为 0 的情 况下，抽水蓄能仅有 0.207 元/kWh 的度电本钱，在各种储能技能中度电本钱最 低。 劣势 1：地理资源约束明显，远期来看无法足量的知足储能需求。虽然抽水蓄能 不具有化学电池易老化和储能容量限定的问题，但是它对付地理成分的哀求较 高，一样平常来说只能建造在山与丘陵存在的地方，高下水库哀求存在于较近的间隔 内，并有着较高的高度差。并且在高度差不明显的条件下，抽水蓄能电站所能达 到的能量密度相对有限。
劣势 2：初始投资本钱高、开拓培植韶光长，在风光培植超预期的时候，储能资 源无法及时匹配。抽水蓄能电站的建造本钱较高、开拓周期约 7 年。根据《抽水 蓄能电站培植与运营模式思考》（孙晓新，2020 年）数据，一个 120 万千瓦的 电站常日须要 60-80 亿元的投资。根据《溧阳抽水蓄能电站工程设计变更与优化》 （李建军等，2018 年）溧阳抽水蓄能电站培植周期约为 7 年，主体工程于 2011 年 4 月开工培植，2017 年 10 月 11 日末了第 6 台机组投产发电，工程全部竣工 投产。
2.1.3、家当链：紧张涉及投资、承包、设备商
在抽水蓄能电站的培植中，涉及的紧张公司为投资商、承包商、设备商。 在投资运营环节：国网、南网为紧张投资运营企业。截至 2021 年底，国网在运 和在建抽水蓄能规模分别为 2351 万千瓦、4587 万千瓦，占比分别为 64.6%、 74.4%，在抽水蓄能开拓培植和运营市场中处于领导地位。 在承包环节：中国电建份额占比最高。抽水蓄能项目紧张采取 EPC 模式，由中 国电建等建筑商方案设计，承担培植项目。根据中国电建 2021 年 5 月公告，公 司在海内抽水蓄能方案设计方面的份额占比约 90%，承担培植项目份额占比约 80%。 在详细培植过程中，涉及上市公司的紧张为设备环节：行业竞争格局长期较为稳 固，紧张参与公司有三家，“两大一小”，“两大”为哈尔滨电气、东方电气， “一小”为浙富控股。
2.1.4、家当化：最早实现大规模商业化，装机总规模超36GW
中国抽水蓄能装机规模显著增长。根据国际可再生能源机构数据，截至 2021 年 底，我国已投产的抽水蓄能电站总规模为 36.39GW，中国抽水蓄能电站总规模 占环球的比例，从 2010 年的 17%提升至 2021 年的 28%。从单个电站规模来看，目前海内最大的为惠州与广州的抽水蓄能电站，规模均为 2.4GW。竣工于 2011 年的惠州抽水蓄能电站工程总投资为 81 亿元，设计年发 电量为 46 亿千瓦时；一期竣工于 1993 年、二期竣工于 1999 年的广州抽水蓄能 电站工程总投资为 60 亿元，设计年发电量为 49 亿千瓦时。
2.2、压缩空气储能：效率提升下，极具前景的大规模储能技能
2.2.1、事理：依赖高压气体作为介质储能
压缩空气储能系统是一种能够实现大容量、永劫光电能储蓄的电力储能系统。通 过压缩空气存储多余的电能，在须要时，将高压气体开释到膨胀机做功发电。传 统压缩空气储能技能事理脱胎于燃气轮机，其事情流程为：压缩、储存、加热、 膨胀、冷却。当前压缩空气技能以中温蓄热式压缩空气储能为主。中温技能将压缩空气加热到 200-300℃，温度越高，转换效率就越高，最新压缩空气储能的电转换效率可以 达到 60-70%。但高温对压缩机等设备材料的哀求更高，当前家当化方向以中温 为主。
2.2.2、利害势：已摆脱地理约束，但当前效率相对较低
上风 1：随着技能的进步，可以通过储气罐的形式存储压缩气体，从而摆脱了地 理约束，可以大规模上量。传统的压缩空气储能须要借助特定的地理条件建造大 型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，从而大大限定了压缩空气储能系统 的运用范围。当前随着技能的进步，可以通过培植大型储气罐来进行存储。 上风 2：单位成本相对较低。设备本钱占系统本钱的大部分，存在着随着大规模 运用快速降本的可能。 劣势：全体系统的效率相对来说仍在较低的水平。当前涉及运行的项目效率在 50%-70%之间，较成熟的抽水蓄能的 76%旁边还有一定的差距，这一定程度上 影响了全体项目的经济性。
2.2.3、家当链：压缩机、膨胀机为核心部件
压缩机是压缩空气储能系统中最核心的部件之一，其性能对全体系统起决定性影 响。大型压缩空气储能电站的压缩机多为轴流与离心压缩机结合机组的构造，压 缩机压比需达到 40-80，乃至更高。根据美国电力研究协会报告，按 2002 年美 元计价下，Huntorf 电站装置的压缩机本钱大约在 170 美元/KW。 膨胀机同样是压缩空气储能系统中的核心部件。大型压缩空气储能系统中的膨胀 机具有膨胀频年夜、负荷高档特点，一样平常采取多级膨胀加中间再热的构造。根据美 国电力研究协会报告，按 2002 年美元计价，百兆瓦级大型电站中，透平膨胀机 的投资本钱大约在 185 美元/KW。
2.2.4、家当化：百兆瓦级前辈压缩空气储能系统并网调试
自从 1949 年 Stal Laval 提出利用地下洞穴实现压缩空气储能以来，国内外对压 缩空气储能系统的研究和开拓十分生动。 20 世纪 70 年代起，传统压缩空气储能系统进入商业化发展。目前唯二实现商业 化运行的大型压缩空气储能电站是德国 Huntorf 和美国 Alabama McIntosh 电 站，输出功率均达到百兆瓦级。作为传统压缩空气储能系统，其储气装置为地下 洞穴或废弃矿洞，发电过程中均需利用燃料，能量转化率相对较低，在 45-55% 旁边。
以中储国能为代表的中国企业持续推进前辈压缩空气储能系统的研究。相较于传 统压缩空气储能系统，前辈压缩空气储能系统不依赖化石燃料、不该用储气洞穴， 具有寿命长、清洁无污染、储能周期不受限定等上风。中储国能于 2021 年底实 现并网的张家口 100MW/400MWh 前辈压缩空气储能系统，设计效率达到了 70.4%，单位装机本钱降落至 450-750 美元/KW。该项目将有效促进我国压缩空 气储能技能家当化进程。
2.3、锂离子电池：精良的中短时储能技能同样适用于部分永劫场景
2.3.1、利害势：储能技能较为成熟，但锂资源约束明显
上风 1：锂电池储能是当前技能最为成熟、装机规模最大的电化学储能技能。根 据中关村落储能数据，2021 年锂离子电池占中国新型储能装机量的 89.7%，是最 具代表性的新型储能技能，目前广泛运用于 1-2 小时的中短时储能场景中，在 4-8 小时的储能项目中也有运用。
劣势 1：锂离子电池供应功率与贮存能量的装置绑定在一起，在不提升功率，仅 提升容量的情形下，电池本钱等比例增加。即 4 小时储能系统的电池本钱是 1 小时储能系统的 4 倍。而抽水蓄能、压缩空气、液流电池、熔融盐等储能办法， 均可以实现功率装置和能量装置的解耦，若纯挚增加储能韶光，仅需等比例配置 贮存能量的装置即可。劣势 2：随着环球电池需求量的迅速增长，锂资源开始面临着资源约束问题。一 方面是锂资源的总量分布有限，地壳丰度仅为 0.006%;另一方面是锂资源的空间 分布不屈均，锂矿紧张分布在澳洲、南美地区，根据美国地质勘探局 2021 年报 告，我国锂资源储量仅占环球 6%，且开采本钱较高，现在的电池生产用锂对外 依存度过高。同时，锂资源约束还带来锂资源在动力电池和储能电池间分配的问 题。
锂资源的供需紧张也使得 2021 年以来，锂资源大幅涨价，锂电池本钱持续上升。 根据 wind 数据，与 2021 年 1 月 1 日价格比较，最高点 2022 年 3 月 22 日碳酸 锂价格上涨 849%，氢氧化锂价格上涨 883%。
2.3.2、家当链：发展成熟，电池代价量占比最高
锂离子电池储能家当链相对来说已经比较成熟。在全体系统中，电池本钱占比最 高。当前受限于上游锂资源价格居高不下，当前的全体锂离子电池储能系统本钱 与 2021 年初比较不降反升。
2.4、钠离子电池：与锂电类似，但无资源约束的储能办法
2.4.1、事理：与锂离子电池类似
钠离子电池与锂离子电池的事情事理类似，为嵌脱式电池。充电时，Na+从正极 脱嵌，进入负极；放电时，Na+从负极回到正极，外电路电子从负极进入正极， 将 Na+还原为 Na。
2.4.2、利害势：更低的理论本钱，更低的循环寿命
上风：与锂资源比较，钠资源储量非常丰富，以是在大规模运用的场景下，钠离 子电池没有明显的资源约束。而且，钠离子电池的正极材料、集流体材料的理论 本钱比锂电更低，在完成家当化降本之后，其初始投资本钱有望较锂电更低。 劣势：在电池性能上，由事理所决定的，钠离子电池的循环寿命和储能效率低于 锂离子电池。钠离子电池循环寿命提升速率较快，2018 年商业化初期钠离子电 池循环寿命在 2000 次旁边，2020 年底胡勇胜研究团队研究出了循环寿命达到 4500 次的钠离子电池。但是当前主流的锂离子电池储能，循环寿命更高，2021 年，宁德时期研制出循环寿命超过 12000 次的锂离子电池。
2.4.3、家当链：上中下贱发展初具雏形
钠离子电池作为一种新的电池技能路线，家当链包括上游资源企业、中游的电池 材料及电芯企业。钠离子电池与锂离子电池最大的差异在于正极材料。目前钠离 子电池正极材料紧张有钠过渡金属氧化物（如 NaMnO2）、钠过渡金属磷酸盐 （如 Na3V2(PO4)3)、钠过渡金属硫酸盐（如 Na2Fe2(SO4)3)、钠过渡金属普鲁 士蓝类化合物（如 Na2FeFe(CN)6)等几大类。层状金属氧化物是当前比较主流 的正极材料。除正负极材料外，钠离子电池的电解液、隔膜、形状封装和干系制 备工艺与锂电池相似，可利用现有锂离子电池家当链，加速家当化发展。
2.4.4、家当化：MWh级钠离子电池储能系统投入运行
钠离子电池商业化进展近年来加快。2021 年 7 月，宁德时期发布钠离子电池产 品，行业龙头正式进入到钠离子电池领域。此外，中科海钠也在近年来先后推出 钠离子电池电动自行车、电动汽车和储能电站的示范项目。2021 年 6 月 28 日， 由中科海钠和中科院物理所联合打造的，环球首套 1MWh 钠离子电池光储充智 能微网系统在山西太原综改区正式投入运行。
2.5、液流电池：功率与容量解耦的电化学储能办法
2.5.1、事理：依赖氧化还原液流电池进行储能
液流电池是一种大规模高效电化学储能装置。差异于其他电池储能装置，液流电 池将反应活性物质储存于电解质溶液中，可实现电化学反应与能量储存场所的分 离，使得电池功率与储能容量设计相对独立，适宜大规模蓄电储能需求。目前典 型液流电池体系包括全钒液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/ 溴电池等。
全钒液流电池
全钒液流电池（Vanadium Redox Battery，VRB），是一种活性物质呈循环流 动液态的氧化还原电池。通过两个不同化合价的、被隔膜隔开的钒离子之间交流 电子来实现电能与化学能的相互转化。钒电池充电后，正极为 V5+，负极为 V2+； 放电后，正负极分别为 V4+和 V3+溶液。正极和负极之间由隔膜隔开，该隔膜只 许可 H+通过,，H+也就起到了电池内部导电的浸染。
铁铬液流电池
铁铬液流电池（Iron-chromium flow battery），是最早被提出的液流电池体系。 铁铬电池充电后，正极为 Fe3+，负极为 Cr2+；放电后，正极为 Fe2+，负极为 Cr3+。盐酸作为支持电解质，水为溶剂。
2.5.2、利害势：容量、功率独立设计，规模易扩展，但本钱较高
上风 1：在永劫储能中，液流电池最大的上风为输出功率和储能容量可分开设计。 通过增加单片电池的数量和电极面积，即可增加液流电池的功率，目前中国商业 化示范运行的钒电池的功率已达 5MW。通过增加电解液的体积或提高电解液的 浓度，即可任意增加液流电池的电量，可达百兆瓦时以上。 上风 2：循环寿命长。由于液流电池的正、负极活性物质只分别存在于正、负极 电解液中，充放电时无其它电池常有的物相变革，可深度放电而不损伤电池，电 池利用寿命长。劣势：本钱问题是当前液流电池最大的劣势。全钒液流电池当前的家当化进程较 快，但是面临着钒资源约束的问题；铁铬液流电池没有明显的资源约束问题，但 是当前家当化推进相对较慢。
2.5.3、家当链：隔膜、电解液为影响性能的核心材料
液流电池紧张由电解液、隔膜、电极材料、泵、功率转换系统等部分组成。 电解液是液流电池的核心材料，是全体化学体系中存储能量的介质。在全钒液流 电池中，电解液本钱霸占了储能电池本钱的一半以上。 隔膜是影响液流电池性能和本钱的又一核心材料。它起着阻隔正极和负极电解液 互混，隔绝电子以及通报质子形成电池内电路的浸染。因此隔膜该当具备高的氢 离子导电能力和高的离子选择性，只管即便避免正负极电解液中不同价态的钒离子互 混，以减少由此造成的电池容量丢失。隔膜还该当具有优秀的化学及电化学稳定 性、耐堕落性、抗氧化性，知足电池永劫光运行的哀求。而且须要本钱低廉，提 高产品的市场竞争力，利于大规模商业化推广。 良好的化学稳定性，高的比表面积和电催化活性是电极的关键。 泵在钒电池中起到运送电解液的浸染，须要具有较强的稳定性。
全钒液流电池
根据 Y.K. Zeng 的《A comparative study of all-vanadium and iron-chromium redox flow batteries for large-scale energy storage》测算，储能时长为 8h 的 情形下，电解液的代价量占比 53%，隔膜的代价量占比 19%，石墨毡代价量占 比 5%，泵代价量占比 4%，功率转换系统代价量占比 12%。
2.5.4、家当化：百兆瓦级全钒液流电池储能系统整站调试
全钒液流电池
随着干系示范项目的带动，全钒液流电池本钱有望降落，从而在产品技能端推进 其商业化进程。2022 年 5 月，环球最大 100MW/400MWh 级全钒液流电池储能 电站正式并网，将加速全钒液流电池商业化脚步。
铁铬液流电池
2019 年以来，铁铬液流电池商业化进程逐渐加快。2019 年，中国国家电投集团 科学技能研究院有限公司研发的首个 31.25KW 铁铬液流电池电堆（容和一号） 成功下线。2020 年，中国国家电投集团开拓的 250KW/1.5MWh 铁铬液流电池 在河北省张家口市光储示范项目中正式投产运行，是我国首个百千瓦级的铁铬液 流电池储能项目。
2.6、熔盐储热：光热电站的配储系统
2.6.1、事理：依赖熔盐介质储存热能
熔盐储热通过储热介质的温度变革、相态变革或化学反应，实现热能的储存与释 放。储热介质接管电能、辐射能等能量，储蓄在介质内，当环境温度低于介质温 度时，储热介质可将热能开释出来。熔盐储热是大规模中高温储热的主流技能方向。储热技能可分为显热储热、相变 储热和热化学储热三类。目前，显热储热技能成熟度最高、价格较低、运用较为 广泛；潜热储热是研究热点；而热化学储热尚未成熟。个中，熔融盐为常用的中 高温显热储热介质，具备较宽的液体温度范围，储热温差大、储热密度高，适宜 大规模中高温储热项目。
2.6.2、利害势：热发电场景中的储能介质
上风：熔盐作为储热介质，本钱较低，事情状态稳定，储热密度高，储热韶光长， 适宜大规模中高温储热，单机可实现 100MWh 以上的储热容量。 劣势：能量转换办法决定了熔盐储热只有运用在热发电的场景下才会有经济优 势。熔盐是通过储存热量的办法来储存能量的，如果须要储存的是电能，那全体 流程中须要完成“电能——热能——电能”的转换，效率很低。因此，熔盐储能 只能运用在采取热能发电的场景中，作为能量的存储介质，如光热发电、火电厂 改造等；或者运用在终端能量需求为热能而非电能的场景，如清洁供热。
（1）光热发电：熔盐储热将储热和传热介质合为一体，简化电站系统组成。作 为光热发电的配套储能举动步伐，熔盐储热系统可提高太阳能的利用率，减少功率波 动，促进电网稳定输出。 （2）清洁供热：熔盐储热系统的热能利用效率高，可实现余热、废热的回收利 用，为工业园区的食品加工、纺织等企业供应稳定持续的蒸汽、热风等高品质热 源。 （3）火电厂改造：在火电厂加装熔盐储热设备，可将其改造为储能调峰电站， 灵巧输出电力，储热可转化成蒸汽为用户供热，提高电厂经济效益。
2.6.3、家当链：光热发电市场匆匆储热家当链成熟
熔盐的紧张身分为硝酸钠、硝酸钾盐，是较为常见的化学材料，目前海内熔盐供 应和化盐做事较为成熟。同时，熔盐储热系统中还需配备熔盐泵、熔盐罐、蒸汽 发生器、保温材料、玻璃等关键设备，以防止熔盐冻堵，因此一次性投资规模较 大。经由光热发电配储市场造就，熔盐储热家当链发展较为成熟。若市场需求进 一步扩大，家当链投资本钱有望低落。
2.6.4、家当化：百兆瓦级熔盐塔式光热电站并网发电
熔盐储热系统常日与光热发电联系在一起，1979 年开始的第二次石油危急使得 光热发电等新能源研究兴起。1982 年美国 10MW 塔式光热发电站 Solar One 投 入培植，其改进版本 Solar Two 装备了双罐熔盐储热系统，是熔盐塔式光热电 站的鼻祖。但石油危急结束，光热电站资金支持力度减小，商业化进程放缓。 21 世纪初，西班牙在美国 Solar Two 技能根本上培植了 GemaSolar 电站，装 配 15h 级双罐熔盐储能系统。随着 2012 年西班牙政府取消新建光热电站的电价 补贴，其发展也消声匿迹。2016 年起，光热发电在中国迎来新的快速发展阶段， 熔盐储热商业化步伐也随之加快。
中控德令哈 50 MW 塔式熔融盐太阳能热发电站项目是我国首批投入运行的以熔 融盐为传热和储热介质的塔式项目，配备 7h 级熔盐储热系统，设计年发电量为 1.46 亿 KWh。项目于 2017 年 3 月 15 日正式开工培植，并于 2018 年 12 月 30 日并网发电。项目 95%以上采取了国产设备，其运行表现良好验证了中国自主 研发光热技能的前辈性和国产设备的可靠性。首航高科敦煌 100MW 熔盐塔式光热电站是我国首个百兆瓦级光热发电项目，电 站设计年发电量达 3.9 亿度。该电站由北京首航节能自主设计、投资和培植，是 目前环球最高的熔盐塔式光热电站，于 2018 年 12 月 28 日成功并网投运。它是 目前环球聚光规模最大、吸热塔最高、储热罐最大、培植周期最短、可 24 小时 连续发电的 100 兆瓦级熔盐塔式光热电站。
3、经济性是比较永劫储能技能的最佳准绳
在第二章中，我们详细先容了抽水蓄能、压缩空气储能、锂离子电池储能、钠离 子电池储能、液流电池储能、熔盐储热六种储能办法。个中，抽水蓄能面临着一 定的地理资源约束；锂离子电池储能和全钒液流电池储能面临着一定的矿产资源 约束；熔盐储热面临着一定的运用处景制约。在本章中，我们暂时忽略资源约束 问题，根据当前时点的情形，统一测算抽水蓄能、压缩空气储能、锂离子电池储 能、钠离子电池储能、液流电池储能五种技能在永劫储能场景下的平准化度电成 本（Levelized Cost of Energy，LCOE）。以经济性作为各种永劫储能技能的比 较准绳。
3.1、打算方法：测算各种永劫储能技能的LCOE
为表示投资的韶光代价，采取净现值法打算储能电站的收益。对付储能项目，现 金流入为放电电量的电费收入和其他来源收入。令 NPV 即是 0 的放电电量电价 即为全生命周期储能度电本钱。NPV=∑(收入-本钱)/(1+折现率) 第 n 年。令 NPV=0， 得到上网电价，即度电本钱。
收入打算方法：第 n 年的收入=第 n 年的上网放电电量上网电价+第 n 年的其他收入来源 个中，年上网电量与储能容量、自放电率、循环衰退率、年循环次数和放电深度 有关。 本钱测算方法：第 0 年的本钱=初次投资本钱 第 n 年的本钱=年掩护运营本钱+更换本钱+充电本钱+回收本钱（n≧1） 细分本钱构造如下： 1）初始投资本钱，指储能系统培植时投入的总本钱； 2）年掩护运营本钱，指储能系统每年运行和掩护过程中产生的用度，可拆解为 容量掩护本钱、功率掩护本钱和人工运营本钱； 3）更换本钱，指由于储能系统组件寿命等成分，须要按照指定的韶光间隔进行 改换，在更换组件过程中所产生的用度； 4）回收本钱，指储能系统在利用寿命终止时项目拆除所产生的用度和设备二次 利用带来的收入之差，若拆除本钱大于二次利用带来的收入，则回收本钱为正值； 反之则回收本钱为负值。
3.2、核心假设：基于当前时点的技能与本钱情形
在打算储能技能全生命周期本钱之前，我们做出如下假设： （注：关于抽水蓄能、压缩空气储能、磷酸铁锂电池储能的核心假设来自于论文 《储能技能全生命周期度电整天职析》） 1）假设储能电站仅依赖调峰获利，每年其他收入为 0。 2）假设抽水蓄能和压缩空气储能技能的储能韶光为 5h，电站的利用寿命分别按 50 年和 30 年设计，在生命周期内无需进行设备改换。 3）假设锂离子电池、液流电池和钠离子电池的储能韶光为 5h，电站的利用寿命 均按 20 年设计，电池的循环寿命分别按 8000 次、20000 次和 3500 次打算。当 电池达到利用寿命时，改换电池部分，其他设备无需改换。根据电化学性子决定， 液流电池的循环寿命＞锂离子电池的循环寿命＞钠离子电池的循环寿命。
4）假设抽水蓄能和压缩空气储能的装机功率分别为 100MW、60MW，锂离子电 池、液流电池和钠离子电池储能的装机功率均为 10MW。 5）假设抽水蓄能、压缩空气储能、锂离子电池、液流电池和钠离子电池的储能 效率分别为 76%/60%/88%/75%/80%。 6）假设抽水蓄能和压缩空气储能的放电深度均为 100%，锂离子电池、液流电 池和钠离子电池的放电深度均为 90%。 7）假设抽水蓄能、压缩空气储能、锂离子电池、液流电池和钠离子电池自放电 率均为 0%。 8）假设抽水蓄能和压缩空气储能无循环衰退，锂离子电池、液流电池和钠离子 电池的循环衰退率分别为每次 0.004%/0.002%/0.004%。 9）假设上述 5 种储能技能均不考虑回收本钱（即利用寿命到期时，残值为 0）， 等效充放电次数均按 1 天 1 次循环，年循环 330 次打算。 10）考虑充电电价为 0.288 元/kWh。11）以收益较好的光伏电站的 IRR 为参考，取折现率为 8%。
3.3、初始投资本钱、储能效率与循环寿命是三大核心成分
3.3.1、最便宜的永劫储能：抽水蓄能、压缩空气、锂离子电池储能
在考虑充电本钱情形下，抽水蓄能和压缩空气储能技能最为经济，而锂离子电池 储能为现阶段度电本钱最低的电化学储能技能，钠离子电池和液流电池度电本钱 较高。
3.3.2、压缩空气：效率提升至65%时，经济性有望超过抽水蓄能
随储能效率提升，压缩空气储能技能的度电本钱将持续低落，有望超过抽水蓄能， 成为最经济的大规模储能技能。进行敏感性剖析，初始投资本钱为 1.4 元/Wh 时，假设储能效率提升至 70%/75%/80%，考虑充电电价的度电本钱可低落至 0.834/0.806/0.782 元/kWh。目前，张家口 100MW/400MWh 前辈压缩空气储 能系统的设计效率已达到 70.4%，后续可持续不雅观测其运营情形。
3.3.3、锂离子电池：锂价回掉队，仍是比较经济的永劫储能方案
随家当化进程加速和原材料价格回落，锂离子储能初始投资本钱有望逐步低落， 将提升其储能经济性。进行敏感性剖析，储能效率为 88%时，假设 10MW/50MWh 锂离子电池储能系统的初始投资本钱降至 1.5/1.2/1.0(元/Wh)时，考虑充电电价 的度电本钱为 1.081/0.966/0.890 元/kWh。
3.3.4、液流电池：初始投资本钱和储能效率是两大掣肘成分
随家当化进程加速，液流电池储能的初始投资本钱有望低落，其储能效率逐步上 升，将进一步改进液流电池的度电本钱。进行敏感性剖析，储能效率为 75%时， 假设 10MW/50MWh 液流电池储能系统的初始投资本钱降至 2.5/2.0/1.5 (元 /Wh)时，考虑充电电价的度电本钱将低落为 1.293/1.132/0.971 元/kWh。
3.3.5、钠离子电池：极致降本后，可作为比较经济的永劫储能方案
随家当化进程加速，钠离子电池储能初始投资本钱有望逐步低落，大幅提升其储 能经济性。进行敏感性剖析，储能效率为 80%时，假设 10MW/50MWh 钠离子 电池储能系统的初始投资本钱降至 1.6/1.3/1.0 (元/Wh)时，考虑充电电价的度电本钱为 1.263/1.153/1.044 元/kWh。当初始投资本钱低落至 1.3（元/Wh）时， 度电本钱将低于当前锂离子电池。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需利用干系信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】
