儲能技術的定義與分類

{ 何為儲能技術?}

儲能或儲能技術指的是把能量儲存起來,在需要時使用的技術。儲能技術將較難儲存的能源形式,轉換成技術上較容易且成本低的形式儲存起來。例如:太陽能熱水器將光能(輻射)存在熱水(熱能)里,電池將電能存在電化學能里。目前大型儲能系統(tǒng)主要為水力發(fā)電和抽蓄發(fā)電。電網儲能指的是用在電網的大型儲能裝置。

從廣義上講,儲能即能量存儲,是指通過一種介質或者設備,把一種能量形式用同一種或者轉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。從狹義上講,儲能特指針對電能的存儲,即利用化學或者物理的方法將產生的能量存儲起來并在需要時釋放的一系列技術和措施。

根據不同的存儲介質和技術路線,儲能主要分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱儲能、氫儲能五大類,其中機械儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、重力儲能等,電化學儲能包括鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉離子電池、液流電池等,電磁儲能包括超級電容器儲能、超導儲能等。

{ 儲能系統(tǒng)架構 }

電池儲能系統(tǒng)(BESS),主要由儲能電池,功率轉換( PCS),電池管理( BMS),能量管理(EMS)等幾部分組成。
1)電池管理系統(tǒng)BMS:擔任感知角色,主要負責電池的監(jiān)測、評估、保護以及均衡等;
2)能量管理系統(tǒng)EMS:擔任決策角色,主要負責數據采集、網絡監(jiān)控和能量調度等;
3)儲能變流器PCS:擔任執(zhí)行角色,主要功能為控制儲能電池組的充電和放電過程,進行交直流的變換。

{ 大型儲能系統(tǒng)分類 }

{ 大型儲能系統(tǒng)分類 }

{ 儲能電站集成技術路線對比 }

技術發(fā)展趨勢:不同儲能技術差異化發(fā)展

壓縮空氣儲能,在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣,并將空氣高壓密封;在電網負荷高峰期,釋放壓縮空氣,推動汽輪機發(fā)電。壓縮空氣儲能是一種能夠實現大容量、長時間儲能的電力儲能系統(tǒng),是極具潛力的大規(guī)模儲能技術。壓縮空氣儲能可分為補燃式和非補燃式兩類,我國現有投產均為非補燃式,其中蓄熱式(絕熱)系統(tǒng)為主流。

飛輪儲能是一種源于航天的先進物理儲能技術,是指利用電能驅動飛輪高速旋轉,將電能轉換為機械能,在需要的時候通過飛輪慣性拖動電機發(fā)電,將儲存的機械能變?yōu)殡娔茌敵?即所謂的飛輪放電)的一種儲能方式。適用于不間斷電源(UPS)、軌道交通、電網調頻、電網調峰等高功率、短時間放電、頻繁充放電的場景。

電化學儲能利用電化學電池將電能儲存起來,在需要時釋放電能。電化學儲能包含鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池等,是目前應用范圍最廣、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮碾娏δ芗夹g,其中鋰電池占據主導。

市場情況:儲能裝機快速增長,新型儲能占比提升

{ 儲能產業(yè)鏈 }

{ 中國市場的情況 }

中國電力市場需求進一步增大和非化石能源發(fā)電裝機量的容量和比例不斷增加給儲能的市場擴容帶來更多發(fā)展空間。截至2022年底,全國已投運新型儲能項目裝機規(guī)模達870萬千瓦,平均儲能時長約2.1小時,比2021年底增長110%以上。其中,從2022年新增裝機技術占比來看,鋰離子電池儲能技術占比達94.2%,仍處于絕對主導地位,新增壓縮空氣儲能、液流電池儲能技術占比分別達3.4%、2.3%,占比增速明顯加快。此外,飛輪、重力、鈉離子等多種儲能技術也已進入工程化示范階段。

主要廠商排名

圖:2023年中國儲能行業(yè)不同環(huán)節(jié)代表性企業(yè) 資料來源:前瞻產業(yè)研究院

未來展望:碳中和背景下,儲能扮演不可或缺的角色

隨著“30-60 碳達峰-碳中和”戰(zhàn)略的提出,可再生能源將得到大力發(fā)展。

高比例可再生能源需要大量儲能,儲能迎來發(fā)展機遇。

第一階段(2020-2025年)

“十四五”風光發(fā)展信心足。

“十四五”期間電力約束問題不構成主要矛盾,儲能是風光發(fā)展的標配。

第二階段(2025-2030年)

新能源成為主力能源,電網穩(wěn)定性亟需大量儲能。

第三階段(2030-2060年)

新能源存量替代化石能源,儲能將在電網側替代火電機組。

戶用和便攜式儲能將成為海外市場主要增長點

儲能海外市場高速發(fā)展主要集中在戶儲和便攜式儲能兩大領域,歐洲和美國是全球戶用儲能裝機主力,各占據約1/4的市場。高速發(fā)展的主要驅動因素有以下幾方面:

1. 地緣政治因素影響,能源自給率低,消費電價不斷上漲,推動戶儲滲透率提升。
2. 海外建筑多以低樓層獨立建筑為主,儲能裝機建設難度低,市場需求量大。
3. 由于戶外文化盛行和部分地區(qū)多災的地理環(huán)境,便攜式儲能以歐美和日本國家為主。

國內新型儲能市場預測

預計2026年新型儲能累計規(guī)模將達到 48.5GW,2022-2026年復合年均增長率(CAGR)為53.3%,市場將呈現穩(wěn)步、快速增長的趨勢。

儲能可能會向以下三個方向發(fā)展,分別是發(fā)電側平衡電網調峰、用戶側備用調峰以及回收端再利用。

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