全球电化学储能市场展望与技术创新

第一章 可再生能源发展需要大规模储能支撑

　　光伏和风电每度电的成本一直在降低，可再生能源的装机量也一天比一天多。

　　2010 - 2020年期间，公用事业光伏平均每度电成本(LCOE)降了85%，集中式光伏的这个成本降了68%，陆上风电的LCOE降了56%，海上风电的LOCE降了48%，光伏和风电技术发电的成本已经跟化石燃料发电成本一样了，甚至更低。2011 - 2021年的时候，全球可再生能源新增装机容量增加了130%还多，可是不可再生能源只增加了24%。

　　从2014年起，像光伏、陆上风电这类可再生能源，它们的新增装机量就已经开始比非可再生能源多了。2021年的时候，可再生能源(不算抽蓄的情况)累计装机容量达到了3064GW，发电量大概有8000TWh。要是想达成全球升温1.5°C的目标，到2030年，可再生能源的装机容量和2020年相比还得增加两倍多呢。

　　在可再生能源发展成为刚需的情况下，储能是很有发展前景的。

　　从2011年开始，全球能源结构迅速朝着低碳方向发展，可再生能源装机的发展速度也加快了。特别是像风电、光伏这种间歇性的可再生能源，在近几年成了全球新增装机的主力军。2021年的时候，全球可再生能源总装机量(不算抽蓄)达到了3064GW，这当中风电是825GW，光伏是849GW。过去的10年里，全球可再生能源装机容量年化增速一直保持在8 - 10%左右。

　　全球可再生能源发电量和装机容量的预测(由两种机构作出的预测)

　　我们对国内权威能源研究机构全球能源互联网研究中心，还有国际可再生能源署的研究预测做了比较。这两家机构呢，在全球发电量的预测上有15%的差距，不过对于全球可再生能源容量占比和发电量占比，看法比较接近。我们能参考这两家机构关于风电、光伏这类间歇性电源消纳占比的看法，来预测储能市场发展的依据。这两家机构都觉得，在2030 - 2035年的时候，全球风电光伏消纳占比会超过40%，到2050年能超过60%。

　　新能源渗透率越高，能源系统对储能的需求就越强烈。

　　高比例的清洁能源系统得有足够的调节能力，这样才能同时应对消费侧和供应侧的随机变化。通常会把用电负荷减去风电、光电出力之后得到的值定义为净负荷，能源系统对调节能力的需求是由净负荷的波动特性决定的。净负荷的波动和用电负荷、新能源出力特性关系很密切，而且会随着新能源渗透率的提高而变大。

　　拿华北某省夏季典型日来说分析一下。要是新能源渗透率是零的话，用电负荷是28.54GW，这也就是净负荷了，它有着早、晚两个高峰，夜间低谷这样的波动特点。当新能源渗透率到20%的时候，净负荷的平均值就下降了，白天光伏发电让净负荷白天的高峰明显变小了。新能源渗透率要是增加到50%呢，风电和光电的出力对净负荷的影响就更大了，中午光伏出力最大的时候，净负荷能降到零以下，就有了“鸭形曲线”的特点。等新能源渗透率增加到80%时，净负荷在一天里大部分时间都小于零，波动得更明显了。

　　总体来讲，新能源渗透率一提高，净负荷的最大值和平均值就不断降低，标准差和最大变化速率则不断上升，能源系统对储能的需求也变得越来越迫切了。

　　电化学储能的应用场景最广，这是由技术特性决定的。

　　按照技术类型来划分，以电能释放的储能方式大体上能分成机械储能、电磁储能以及电化学储能。各种储能技术都有各自的内在特性，像是功率密度和能量密度就不一样，电化学储能的能量密度和功率密度都比较高，这就使得它在技术上有很广泛的适用性。锂离子电池呢，它的功率密度和能量密度都很高。

　第二章：2025年新型储能市场展望

　　中国储能技术的水平提高得很快，好多储能技术的水平在世界上都是领先的。

　　在“十二五”和“十三五”这两个阶段，国家和产业一直不断投入，中国储能技术的水平提高得特别快。压缩空气储能、储热储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池以及钠离子电池，这些已经达到或者快接近世界先进水平了;抽水蓄能、飞轮储能、超级电容器和新的储能技术跟世界先进水平比还有些差距，不过总体上这个差距在一点点变小。

　　2021年，中国的机构和学者发表了11949篇储能SCI论文，数量在世界上排第一，而且把排第二的美国远远地甩在了后面，中国已经是全球在储能技术基础研究方面最活跃的国家了。在关键技术和集成示范上，中国也都取得了重要的成果，中国已经成为世界上储能技术研发和示范的主要核心国家之一。

　　储能能加速应用是电池成本下降推动的。

　　电化学储能系统大多是由电池组、电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、能量管理系统(EMS)还有其他电气设备组成的。电池是整个储能系统里的核心部分，它的成本能占到储能系统总成本的50%，所以电池是储能降低成本的关键。

　　我国磷酸铁锂电池储能电站的建设成本在全球处于领先地位。

　　2021年的时候，我国磷酸铁锂电池储能的中标价已经降到了1.2 - 1.7元/Wh。BNEF算过，2022年全球电化学储能EPC成本大概是261美元/kWh(差不多1.66元/Wh)，预计到2025年能降到203美元/kWh(大概1.29元/Wh)。(报告来源：未来beplay体育版下载 )

　　分布式光储：以“特斯拉户用光伏”为例

　　2021年的时候，特斯拉储能这块新增的装机量达到了3.9GWh，跟上年比增加了32%，在全球新型储能市场里占的份额大概是16%。从2017年到2021年，特斯拉储能新增装机量每年平均下来的复合增长率特别高，达到了82.74%。现在特斯拉主要有三款储能产品，就是Powerwall、Powerpack还有Megapack。Powerwall呢，是2015年5月推出来的家用储能电池;Powerpack和Megapack是商业用的能源产品，Powerpack在2017年推出，Megapack在2019年推出，是给商业机构和公共事业机构用的。2021年特斯拉储能装机量增长的动力，主要就是Megapack带来的。

　　特斯拉正在提升Megapack工厂的产能。因为市场需求一直比产能高，所以特斯拉储能装机量的增长还是被电池产能给限制住了。特斯拉的高管在业绩交流会上说，Megapack在全球储能市场现在是供不应求的情况。2021年，每年能生产40GW的Megapack工厂已经在美国加州开始动工建设了，等建好了，特斯拉的产能会从现在的3GWh增加到40GWh。

　　发展的现状是：全球抽水蓄能装机量最多，电化学储能排在后面，和它差距不大。

　　到2021年年底的时候，全球已经投入运营的电力储能项目累计装机规模达到了209.4GW，跟去年相比增长了9%。在这当中，抽水蓄能累计装机的占比头一回低于90%，和去年同期相比下降了4.1个百分点;新型储能累计装机规模排在后面，有25.4GW，跟去年同期比增长了67.7%，在新型储能里，锂离子电池占着绝对主导的地位，市场份额在90%以上。

　　到2021年底的时候，中国已经投入运营的电力储能项目，累计装机规模有46.1GW，这个规模占全球市场总规模的22%，在世界上排第二，跟去年相比增长了30%。在这些项目里，抽水蓄能的累计装机规模是最大的，有39.8GW，同比增长25%，它的占比和去年同期比又下降了，降了3个百分点;新型储能的增长速度最快，同比增长75%，累计装机规模达到5.7GW。

　　2021年的时候，中国新增加的储能项目数量头一回超过了10GW，有10.5GW呢。在这些项目里，抽水蓄能新增加了8GW，跟之前相比增长了437%;新型储能新增加的容量规模也第一次超过了2GW，达到了2.4GW(4.9GWh)，同比增长了54%。

　　第三章：钠离子电池原理及发展趋势

　　钠离子电池的工作原理跟锂电池是一样的。

　　钠离子电池存在很久了，它和锂离子电池原理一样。20世纪80年代的时候，ARMAND团队最早提出钠离子电池，到了90年代，经过产业化推广，钠离子电池有了技术方面的应用。钠离子电池说到底呢，就是在充放电的时候，靠钠离子在正负极之间嵌入和脱出完成电荷转移;锂离子电池则是通过锂离子在正负极间移动来实现电荷转移，二者工作原理其实是一样的。

　　从材料体系方面来说，除了隔膜之外，别的材料组分都有显著的变化，正极和负极材料的变化尤其明显。

　　钠离子电池有个优势，那就是资源丰富。

　　钠资源挺丰富的：在地壳里，钠元素的丰度达到2.3%，在所有元素里能排到第六位呢，这可比锂元素的0.0017%高多了。陈立泉院士说，现在全球已经探明的、能拿来开采的锂资源储量，也就够14.8亿辆电动汽车用的。随着全球电动化的进程加快，锂资源短缺的压力就更明显了。

　　钠资源分布更平均：美国地质调查局2019年的报告指出，南美洲的阿根廷、智利、玻利维亚这三个国家，锂资源储量在全球占比达52.10%，而中国锂资源储量只占7.26%，分布特别不平均。中国六成以上的锂原料都得靠进口，对外依赖程度很高。钠元素以盐的形式在陆地和海洋里到处都有，获取起来很方便。

　　钠离子电池有优势：低温时性能好，倍率性能也不错。

　　倍率性能很棒：钠离子的溶剂化能比锂离子低，界面上离子扩散能力比较强，而且钠离子的斯托克斯半径小。在电解液浓度相同的时候，钠盐电解液的离子电导率要比锂盐电解液更高，快充性能也更好。宁德时代的数据显示，钠离子电池能在15分钟里充电到80%;中科海钠也表示他们的电池12分钟就能充到90%，这充电速度可比正常状态下锂离子电池30分钟充80%的速度快多了。

　　低温性能好：钠离子的离子电导率高，对电解液浓度要求低，低温下电解液粘度比锂离子电池的低，电池整体性能更好。钠离子电池正常工作温度在-40℃到80℃，有些产品在-20℃时容量保持率能达到88%，这可比磷酸铁锂60 - 70%左右的容量保持率强多了。

　　钠离子电池存在不足，循环寿命和能量密度还有改进的余地。

　　循环寿命这块儿呢，钠离子电池目前整体的循环寿命大概是2000次上下，这跟磷酸铁锂电池比起来，表现要稍微差一些。特别是和部分用在储能领域、循环寿命超过5000次的磷酸铁锂电池相比，钠离子电池还是有一定差距的。

　　能量密度方面：钠创新能源的钠离子电芯能量密度能超过130Wh/kg，立方新能源电芯能量密度是140Wh/kg，中科海钠的产品能量密度达145Wh/kg，这些都还有继续优化的空间;宁德时代最新的第二代钠电池，设计的能量密度可以达到200Wh/kg。