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靳毅:儲(chǔ)能行業(yè)轉(zhuǎn)債技術(shù)路線全梳理

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本文主要是對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的概覽及主要的技術(shù)路線介紹。儲(chǔ)能是我國(guó)政策支持發(fā)展的行業(yè)。我國(guó)綠電裝機(jī)量不斷提升,而儲(chǔ)能可以有效提升供電穩(wěn)定性,起到削峰填谷的作用,因而成為政策支持發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)。以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表新型儲(chǔ)能技術(shù)是最未來主要的增量。目前鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)最成熟,但由于儲(chǔ)能電池不需要考慮能量密度等問題,可以更多考慮性價(jià)比,因此鈉電池、釩電池等產(chǎn)品將更廣泛適用于儲(chǔ)能之中。

核心結(jié)論

當(dāng)前的儲(chǔ)能行業(yè)可類比2020年的新能源汽車行業(yè),處于行業(yè)爆發(fā)的前期,業(yè)績(jī)成長(zhǎng)確定性強(qiáng);而轉(zhuǎn)債中也有許多儲(chǔ)能相關(guān)的標(biāo)的,大多數(shù)的評(píng)級(jí)、規(guī)模、性價(jià)比都較高,本文主要是對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的概覽及主要的技術(shù)路線介紹。

全球儲(chǔ)能將迎來爆發(fā)期,據(jù)集邦咨詢TrendFroce預(yù)計(jì)2025年全球新增儲(chǔ)能裝機(jī)量將達(dá)到362GW,中國(guó)、歐洲、美國(guó)將是最主要的增量。環(huán)保低碳思潮成為共識(shí),疊加在歐洲蔓延的能源危機(jī),加劇了各國(guó)對(duì)能源安全的思考,全球迎來新一輪綠色電力裝機(jī)熱潮,而配套的儲(chǔ)能設(shè)備也迎來爆發(fā)期。

儲(chǔ)能是我國(guó)政策支持發(fā)展的行業(yè)。我國(guó)綠電裝機(jī)量不斷提升,而儲(chǔ)能可以有效提升供電穩(wěn)定性,起到削峰填谷的作用,因而成為政策支持發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)。據(jù)集邦咨詢TrendFroce預(yù)計(jì)至2025年中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)將突破100GWh。

以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表新型儲(chǔ)能技術(shù)是最未來主要的增量。儲(chǔ)能技術(shù)繁多,可分為熱儲(chǔ)能、電儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能,其中電儲(chǔ)能可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能。由于電化學(xué)儲(chǔ)能相應(yīng)速度快,建設(shè)靈活,因此越來越廣泛的應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)當(dāng)中,而涉及儲(chǔ)能的轉(zhuǎn)債標(biāo)的也以電化學(xué)儲(chǔ)能為主。目前鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)最成熟,但由于儲(chǔ)能電池不需要考慮能量密度等問題,可以更多考慮性價(jià)比,因此鈉電池、釩電池等產(chǎn)品將更廣泛適用于儲(chǔ)能之中。

報(bào)告正文

1、儲(chǔ)能市場(chǎng)將迎來爆發(fā)期

1.1 碳中和+能源安全,海外儲(chǔ)能增長(zhǎng)

全球儲(chǔ)能市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。在能源安全越來越受到關(guān)注的當(dāng)下,全球儲(chǔ)能裝機(jī)量迅速增長(zhǎng),根據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)統(tǒng)計(jì),2021年全球儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到203.5GW,同比增長(zhǎng)6.49%,同比增速延續(xù)了2019年的增長(zhǎng)趨勢(shì),新增裝機(jī)規(guī)模12.4GW,其中美國(guó)、中國(guó)和歐洲是最主要的增量。

技術(shù)推動(dòng)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目快速增長(zhǎng)。截至2021年底,全球抽水儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模首次低于90%,同比下降了4.1pcts,而與此相對(duì)的是以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能的占比提高至12.2%,累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為25.4GW,同比增長(zhǎng)了67.7%,新增裝機(jī)10.2GW,同比增長(zhǎng)117%,由于新型儲(chǔ)能相比機(jī)械儲(chǔ)能更加靈活、更加符合在人口集中地區(qū)裝機(jī)的需求,因此未來有廣闊的增長(zhǎng)空間。

全球“碳中和”持續(xù)推進(jìn),歐美國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型,風(fēng)電光伏等綠電裝機(jī)量增長(zhǎng)。2021.5,歐洲議會(huì)環(huán)境委員會(huì)投票通過《歐洲氣候法》草案,提出到2030年溫室氣體排放量相比1990年至少減少55%。草案正式生效后具備法律效力,確保歐洲2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。而拜登政府也高度關(guān)注碳中和,2021.1上任首日即宣布重返《巴黎協(xié)定》,提出美國(guó)將通過發(fā)展可再生能源,到2035年實(shí)現(xiàn)無碳發(fā)電,2050年實(shí)現(xiàn)碳中和,并計(jì)劃投資2萬億美元,用于基礎(chǔ)設(shè)施、清潔能源等重點(diǎn)領(lǐng)域。其余發(fā)達(dá)國(guó)家也均有相關(guān)法律出臺(tái)。

歐洲能源危機(jī)加劇,電價(jià)普遍上漲,帶來對(duì)可再生能源的旺盛需求。2021年下半年開始,歐洲的電價(jià)出現(xiàn)了加速上漲的過程。進(jìn)入2022年之后,隨著俄羅斯減少油氣出口,以及近期席卷北半球的熱浪,歐洲電價(jià)進(jìn)一步上漲。以英國(guó)為例,根據(jù)英國(guó)能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)(Ofgem)統(tǒng)計(jì)顯示,截至2022年5月末,英國(guó)協(xié)議電價(jià)為214英鎊/MWh,而去年同期電價(jià)為70英鎊/MWh,一年之內(nèi)漲價(jià)了兩倍。在能源危機(jī)的背景下,歐洲各國(guó)迫切尋求能源獨(dú)立,而光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電必然是最優(yōu)的替代方式。

1.2 中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)迎來新時(shí)代

我國(guó)綠電裝機(jī)量不斷提升,對(duì)供電穩(wěn)定性提出了更高的要求,儲(chǔ)能裝機(jī)具有必要性。我國(guó)的發(fā)電結(jié)構(gòu)一直以來都是以火電為主,近年來風(fēng)電、光伏等綠電裝機(jī)占比不斷提升,從而加重發(fā)電量的間接性和波動(dòng)性,“棄風(fēng)限電”、“棄光限電”等情況難以避免,會(huì)對(duì)資源造成極大浪費(fèi)。根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì),2022Q1棄風(fēng)電量60億千瓦時(shí),棄光電量24億千瓦時(shí)。此外,儲(chǔ)能也可以起到調(diào)峰調(diào)頻的作用。

儲(chǔ)能調(diào)峰對(duì)電力波動(dòng)具有明顯的平緩作用。根據(jù)薛晨、任景、張小東等人發(fā)表的《西北電網(wǎng)儲(chǔ)能獨(dú)立參與電網(wǎng)的模擬分析》,西北地區(qū)某省級(jí)電網(wǎng)的新能源發(fā)電量波動(dòng)較大,因此需要對(duì)10:00-16:00的發(fā)電進(jìn)行調(diào)峰。在儲(chǔ)能配合火電參與調(diào)峰后,增加了電力儲(chǔ)備,能夠分擔(dān)火電機(jī)組的調(diào)峰壓力,避免機(jī)組低負(fù)荷率運(yùn)行,降低了調(diào)峰的邊際成本。

國(guó)家層面鼓勵(lì)儲(chǔ)能發(fā)展。新型儲(chǔ)能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備,是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要支撐,也是催生國(guó)內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國(guó)際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域。近些年來,國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策,為新型儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到能源、交通、電力等多個(gè)重要行業(yè)的發(fā)展,尤其在當(dāng)今能源枯竭日益加劇、能源消費(fèi)供求不平衡的大環(huán)境下,儲(chǔ)能能夠突破傳統(tǒng)能源模式時(shí)間與空間的限制,其重要作用日益凸顯,已成為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

各省市對(duì)“十四五”期間儲(chǔ)能提出了具體裝機(jī)量目標(biāo),儲(chǔ)能成為風(fēng)光電基地建設(shè)的標(biāo)配。在國(guó)家層面的政策號(hào)召之下,各省市以及自治區(qū)相繼發(fā)布相關(guān)文件,明確新能源配置儲(chǔ)能的標(biāo)準(zhǔn)。2022年以來,寧夏、上海、四川成都、浙江義烏等均明確新能源配置儲(chǔ)能的標(biāo)準(zhǔn),普遍要求儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模不得低于10%-20%。除此之外,大部分省市也發(fā)布了“十四五”期間的儲(chǔ)能裝機(jī)目標(biāo),全國(guó)各省在新型儲(chǔ)能和抽水蓄能方面的布局會(huì)更加縱深化發(fā)展,為一大批風(fēng)電、光伏新增發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)做好調(diào)峰準(zhǔn)備。

預(yù)計(jì)2025年全球新增儲(chǔ)能裝機(jī)量將達(dá)到362GW。根據(jù)集邦咨詢TrendFroce預(yù)測(cè),預(yù)估未來5~10年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)將迎來飛速發(fā)展,至2025年全球儲(chǔ)能新增裝機(jī)量約為362GWh。以目前各國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)成長(zhǎng)速度來看,中國(guó)即將反超歐美地區(qū),將邁向規(guī)模化、市場(chǎng)化,形成以發(fā)電側(cè)為主,受優(yōu)惠政策驅(qū)動(dòng),強(qiáng)制配儲(chǔ),電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)為輔的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu),預(yù)計(jì)至2025年中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)將突破100GWh。海外方面,預(yù)測(cè)2025年美國(guó)新增裝機(jī)量達(dá)133GWh。歐洲受惠于政策和經(jīng)濟(jì)性推動(dòng),儲(chǔ)能裝機(jī)需求激增,由于俄烏沖突導(dǎo)致歐洲天然氣等能源供應(yīng)緊張,用電成本不斷上漲進(jìn)而引發(fā)市場(chǎng)恐慌,歐盟目前已定下2030年新能源裝機(jī)目標(biāo),連帶刺激儲(chǔ)能需求上漲,預(yù)測(cè)2025年新增裝機(jī)量達(dá)54GWh。

2、從技術(shù)革新角度看儲(chǔ)能發(fā)展

本章節(jié)將從技術(shù)角度,對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈、鈉電池、釩電池、熔鹽儲(chǔ)能進(jìn)行介紹。儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要要求是壽命長(zhǎng)、污染低、易維護(hù)、安全性高,而對(duì)于能量密度要求并不高,因此衍生出了許多技術(shù)路線,除了傳統(tǒng)的機(jī)械儲(chǔ)能、正處于高速成長(zhǎng)期的鋰電池儲(chǔ)能之外,還衍生出了鈉電池、釩電池、熔鹽儲(chǔ)能等新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì),由于不同的技術(shù)路演有不同的特點(diǎn),在儲(chǔ)能大規(guī)模運(yùn)用后將呈現(xiàn)百花齊放的局面。

2.1電化學(xué)儲(chǔ)能:應(yīng)用最廣泛的路線

儲(chǔ)能技術(shù)路線繁多,目前抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟,也是最主要的儲(chǔ)能方式。從大類區(qū)分,儲(chǔ)能主要分為熱儲(chǔ)能、電儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能,其中電儲(chǔ)能是最主要的儲(chǔ)能方式。而電儲(chǔ)能分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能。目前機(jī)械儲(chǔ)能中的抽水蓄能是最主要的儲(chǔ)能方式,具有規(guī)模大、能量?jī)?chǔ)存集中、技術(shù)成熟、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但是啟動(dòng)速度慢,建設(shè)周期長(zhǎng),而且受到地理環(huán)境和土木工程制約較大,缺乏靈活性。

電化學(xué)儲(chǔ)能是未來市場(chǎng)空間增長(zhǎng)最大的技術(shù)方向。電化學(xué)儲(chǔ)能電站通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電池正負(fù)極的充電和放電,實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。電化學(xué)儲(chǔ)能的響應(yīng)速度較快,基本不受外部條件干擾,但投資成本高、使用壽命有限,且單體容量有限。隨著技術(shù)手段的不斷發(fā)展,電化學(xué)儲(chǔ)能正越來越廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)CIAPS測(cè)算,到2025年全國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到40GW,2021-2025年CAGR67%,到2030年規(guī)模將達(dá)到110GW,2025-2030年CAGR為22%。此外,涉及儲(chǔ)能的轉(zhuǎn)債標(biāo)的也基本處于電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈上。

出于環(huán)保及安全角度考慮,新型儲(chǔ)能電池將會(huì)替代傳統(tǒng)電池技術(shù),而經(jīng)濟(jì)性要求倒逼鋰電池技術(shù)革新。以鉛酸電池為代表的傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù),由于其對(duì)環(huán)境危害較大,已逐漸被性能更高、更安全環(huán)保的電池所替代,如磷酸鐵鋰電池。根據(jù)國(guó)家能源局頒布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見稿)》,中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池。此外,由于鋰及鋰鹽制品價(jià)格高企,迫切需要更具性價(jià)比的技術(shù)代替鋰電池。政策監(jiān)管及經(jīng)濟(jì)性的要求共同倒逼了儲(chǔ)能電池技術(shù)革新。

儲(chǔ)能系統(tǒng)是以電池為核心的綜合能源控制系統(tǒng)。主要包括電芯、EMS(能量管理系統(tǒng))、BMS(電池管理系統(tǒng))、PCS(雙向變流器)等多個(gè)部分,其中電芯是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心,成本占比約67%,2021年鋰電池主要包括磷酸鐵鋰和三元電池兩類。BMS主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、保護(hù)及均衡等;能量管理系統(tǒng)(EMS)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等;儲(chǔ)能變流器(PCS)可以控制儲(chǔ)能電池組的充電和放電過程,進(jìn)行交直流的變換。

無論電化學(xué)儲(chǔ)能使用何種技術(shù),從產(chǎn)業(yè)鏈角度,都可分為上游、中游、下游。上游是原材料及電池結(jié)構(gòu)件,中游主要是電池總裝及系統(tǒng)集成,下游是儲(chǔ)能裝機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景。其中多數(shù)技術(shù)變革首先發(fā)生在上游,目前主要的發(fā)展方向是鈉離子電池和釩電池。

2.2 鈉離子電池:安全和性價(jià)比的選擇

①鈉電池的技術(shù)特點(diǎn)

鈉離子電池主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作,與鋰電池工作原理相似。鈉電池的構(gòu)成主要包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和集流體。正負(fù)極之間由隔膜隔開以防止短路,電解液浸潤(rùn)正負(fù)極以確保離子導(dǎo)通,集流體則起到收集和傳輸電子的作用。充電時(shí),Na+從正極脫出,經(jīng)電解液穿過隔膜嵌入負(fù)極,使正極處于高電勢(shì)的貧鈉態(tài),負(fù)極處于低電勢(shì)的富鈉態(tài)。放電過程與之相反,Na+從負(fù)極脫出,經(jīng)由電解液穿過隔膜嵌入正極材料中,使正極恢復(fù)到富鈉態(tài)。為保持電荷的平衡,充放電過程中有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞,與Na+一起在正負(fù)極間遷移,使正負(fù)極分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。

鈉離子電池與鋰離子電池相比主要是在正負(fù)極材料、電解液溶質(zhì)和集流體方面存在不同。鈉離子電池的正極材料為鐵錳銅/鎳三元體系以及磷酸體系,負(fù)極材料則是采用硬炭,電解液溶質(zhì)用六氟磷酸鈉來替代六氟磷酸鋰,集流體采用更便宜的鋁箔。

②鈉電池的優(yōu)勢(shì)

相比鋰電池,鈉電池在經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面具有優(yōu)勢(shì),而在能量密度方面低于鋰電池:

1)鈉電池的價(jià)格低于鋰電池。鈉資源儲(chǔ)量豐富、分布均勻,原材料成本較為低廉。鈉元素在地殼中占比約2.75%,且遍布全球;相比之下鋰元素僅為0.0065%,且75%集中在美洲,反應(yīng)在價(jià)格上,鈉的價(jià)格2元/kg,鋰的價(jià)格150元/kg,此外鈉電池的負(fù)極可以使用更便宜的鋁箔,因此綜合來看,鈉電池的原材料成本相比鋰電池可下降30-40%。

2)鈉電池與鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備大多兼容,對(duì)于設(shè)備和工藝投入較少。鋰電池結(jié)構(gòu)與鈉電池結(jié)構(gòu)基本相同,都可生產(chǎn)成方形、圓柱、軟包、刀片等常見電池形態(tài),因此生產(chǎn)設(shè)備也基本可以互相兼容。

3)鈉離子的倍率性能更好,功率輸出和接受能力更強(qiáng),當(dāng)前已公開的鈉電池具備3C及以上的充放電倍率,更適合規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻的應(yīng)用。鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低,即具有更好的界面離子擴(kuò)散能力;同時(shí),鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子的小,相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率;更高的離子擴(kuò)散能力和更高的離子電導(dǎo)率意味著鈉離子電池的倍率性能更好,功率輸出和接受能力更強(qiáng)。

4)鈉電池的高低溫性能更加優(yōu)異。根據(jù)目前初步測(cè)試結(jié)果,鈉電池在-40℃低溫下可以放出70%以上容量,高溫80℃可以循環(huán)充放使用,這將在儲(chǔ)能系統(tǒng)層面降低空調(diào)系統(tǒng)的功率配額,也可以降低溫度控制系統(tǒng)的在線時(shí)間,進(jìn)而降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的一次投入成本和運(yùn)行成本。目前寧德時(shí)代推出的第一代鈉離子電池,在-20℃的低溫環(huán)境中,也擁有90%以上的放電保持率。

③鈉電池的市場(chǎng)空間

鈉離子電池有望在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,到2026年理論裝機(jī)量將達(dá)到369.5GW。目前國(guó)內(nèi)處于鈉電池研發(fā)前列的企業(yè)主要是寧德時(shí)代和中科海鈉,均預(yù)計(jì)在2022-2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。EVTank在《中國(guó)鈉離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書(2022年)》中根據(jù)鈉離子電池各潛在應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電池的需求量進(jìn)行了測(cè)算,理論上,鈉離子電池在100%滲透的情況下在2026年的市場(chǎng)空間可達(dá)到369.5GWh,其理論市場(chǎng)規(guī)模或?qū)⑦_(dá)到1500億元。

2.3釩電池:理論上容量無上限

①釩電池的技術(shù)特點(diǎn)

釩電池結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)電池構(gòu)造有較大區(qū)別。釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池,是一種基于金屬釩元素的氧化還原電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中,通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi),在機(jī)械動(dòng)力作用下,使其在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng),采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜,電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流,從而使得儲(chǔ)存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這個(gè)可逆的反應(yīng)過程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。

②釩電池的優(yōu)點(diǎn)

釩電池相比鋰電池,具有壽命長(zhǎng)、容量大、安全性高、資源豐富等優(yōu)點(diǎn):

1)釩電池壽命可在10年以上。由于釩電池的正負(fù)極活性物質(zhì)是以溶劑形式溶解在電解液中,因此可以深度充放電而不損傷電池,循環(huán)次數(shù)可超過10000次。

2)容量大,可被擴(kuò)展為大型儲(chǔ)能電站。雖然釩電池的能量密度和功率密度低于鋰電池,但是由于電堆作為發(fā)生反應(yīng)的場(chǎng)所與存放電解液的儲(chǔ)罐分開,從根本上克服了傳統(tǒng)電池的自放電現(xiàn)象,功率只取決于電堆大小,電量只取決于電解液體積和濃度,因此可靈活控制電量和功率,可以按照需求調(diào)整電站的大小。

3)安全性高。由于釩電池的電解質(zhì)離子存在水溶液中,不會(huì)發(fā)生熱失控、燃燒和爆炸,即使正負(fù)極電解液混合短路,也只會(huì)讓電解液溫度略微上升。

4)國(guó)內(nèi)資源儲(chǔ)量豐富。全球已探明的釩金屬儲(chǔ)量為2200萬噸,主要分布在中國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、南非、巴西、美國(guó)等地,其中中國(guó)釩儲(chǔ)量達(dá)950萬金屬噸,位居世界第一。

③釩電池的市場(chǎng)空間

現(xiàn)在是釩電池產(chǎn)業(yè)化的前夜,預(yù)計(jì)到2030年國(guó)內(nèi)新增裝機(jī)量4.5GW。目前釩電池產(chǎn)業(yè)化的主要壁壘在于初始投資成本高,但是隨著政府補(bǔ)貼的持續(xù)投入、產(chǎn)業(yè)鏈成熟化發(fā)展、以及伴隨規(guī)模效應(yīng)降本等多種因素影響下,釩電池將憑借優(yōu)異的特性由政策導(dǎo)向市場(chǎng)導(dǎo)向過渡,其滲透率將逐步提升。根據(jù)EVTank頒布的《中國(guó)釩電池行業(yè)發(fā)展白皮書(2022年)》,2022年國(guó)內(nèi)大量的釩電池儲(chǔ)能項(xiàng)目開工建設(shè),預(yù)計(jì)全年新增裝機(jī)量將達(dá)到0.6GW,到2025年釩電池新增規(guī)模將達(dá)到2.3GW,2030新增量將達(dá)到4.5GW,屆時(shí)釩電池儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到24GW。

2.4熔鹽儲(chǔ)能:長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的優(yōu)選

①熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)

熔鹽儲(chǔ)能是一種稍顯冷門的儲(chǔ)能技術(shù)路線,具有初始投資成本低、熱容高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。熔鹽儲(chǔ)能與電池儲(chǔ)能相同,也是一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能,基本的思路是利用熔鹽的儲(chǔ)熱能力,在電力供給盈余或電力需求低谷時(shí)主動(dòng)將電力以熱能的形式儲(chǔ)藏起來,在電網(wǎng)需要時(shí)再將熱能轉(zhuǎn)化為電能,從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻的作用,為電力供給提供彈性。在該應(yīng)用場(chǎng)景下,熔鹽儲(chǔ)能主要有雙罐系統(tǒng)和單罐系統(tǒng)兩種形式。

雙罐系統(tǒng):適用于大面積供暖、供工業(yè)蒸汽、發(fā)電、電廠的調(diào)峰、清潔電能的消納等領(lǐng)域,主要流程包括:

儲(chǔ)熱循環(huán):冷鹽罐中的低溫熔鹽通過熔鹽泵進(jìn)入到熔鹽電加熱器,通過智能互補(bǔ)系統(tǒng)利用風(fēng)電、光伏、夜間低谷電在電加熱器中加熱熔鹽,加熱后的高溫熔鹽進(jìn)入到熱鹽罐中進(jìn)行儲(chǔ)存,完成熔鹽儲(chǔ)熱循環(huán)。

放熱循環(huán):熱鹽罐中高溫熔鹽通過熔鹽泵進(jìn)入到換熱系統(tǒng)中與給水進(jìn)行換熱,給水被加熱成蒸汽,放熱后的熔鹽進(jìn)入到冷鹽罐中進(jìn)行儲(chǔ)存,完成熔鹽放熱循環(huán)。

蒸汽/水換熱循環(huán):給水被加熱后產(chǎn)生的蒸汽與熱用戶側(cè)循環(huán)水回水進(jìn)行換熱,蒸汽換熱后的凝結(jié)水經(jīng)過處理后可回到熔鹽放熱循環(huán)中繼續(xù)循環(huán)使用,換熱后的循環(huán)水供水供熱用戶使用,經(jīng)熱用戶使用后的循環(huán)水回水,再與蒸汽進(jìn)行換熱,完成蒸汽/水換熱循環(huán)。

單罐系統(tǒng):適用于小面積供暖、供生活熱水、清潔電能的消納等領(lǐng)域,主要流程僅包括儲(chǔ)熱循環(huán)和放熱循環(huán)。

②熔鹽儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景

作為一種高溫?zé)醿?chǔ)能技術(shù),在非電市場(chǎng),熔鹽儲(chǔ)能在生產(chǎn)工業(yè)蒸汽領(lǐng)域的市場(chǎng)價(jià)值相對(duì)更大,目前新增的熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目很多都與蒸汽生產(chǎn)相關(guān)。目前,熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)有5大典型應(yīng)用場(chǎng)景,從初始的光熱發(fā)電走向綜合能源服務(wù)。

1)光熱發(fā)電:熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用于光熱電站其特點(diǎn)是將儲(chǔ)熱和傳熱介質(zhì)合為一體,簡(jiǎn)化了整個(gè)電站設(shè)備組成,有利于后期的運(yùn)維。同時(shí)可以提高太陽(yáng)能的利用效率,減少功率波動(dòng),提高電力系統(tǒng)靈活性;促進(jìn)電網(wǎng)平穩(wěn)性輸出,緩解新能源電力發(fā)展過程中的限電問題。

2)清潔供熱:可將棄風(fēng)/棄光電、低谷電等電能儲(chǔ)存起來,在需要的時(shí)候釋放,減少用戶用能成本,提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率;可實(shí)現(xiàn)削峰填谷,平滑光電、風(fēng)電的輸出功率,提升新能源發(fā)電的消納能力;為食品加工、紡織等企業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的蒸汽、熱風(fēng)等高品質(zhì)熱源。

3)移動(dòng)儲(chǔ)熱供熱:無管路熱損失,熱能利用率高;可實(shí)現(xiàn)廢余熱高效回收利用,節(jié)能減排雙收益;無需管道鋪設(shè),投資少、運(yùn)行成本低;設(shè)備運(yùn)行靈活,操作安全簡(jiǎn)單;可實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)輻射不到的企業(yè)或工廠。

4)火電靈活性改造:減小供熱機(jī)組熱負(fù)荷,或增大供熱機(jī)組發(fā)電出力調(diào)節(jié)范圍,提高電廠的運(yùn)行靈活性;通過調(diào)峰給用戶供熱提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益;突破供熱對(duì)機(jī)組電負(fù)荷調(diào)節(jié)的限制,實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。

5)綜合能源服務(wù):通過與光伏、風(fēng)電、核能等系統(tǒng)互補(bǔ)耦合,為用戶提供高效智能的多種能源供應(yīng),提高能源利用率;實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和環(huán)境治理的融合,減少污染物排放和降低企業(yè)用能成本;提高清潔能源的使用比例,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

③熔鹽儲(chǔ)能已經(jīng)有了初步應(yīng)用

熔鹽儲(chǔ)熱招標(biāo)/簽約/建設(shè)中總規(guī)模達(dá)到3047MW,有望實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)海證券公用事業(yè)組統(tǒng)計(jì),2022年招標(biāo)/簽約/建設(shè)中的熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目達(dá)16個(gè),總裝機(jī)規(guī)模達(dá)3074MW,其中甘肅省金昌市高溫熔鹽儲(chǔ)能綠色調(diào)峰電站儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到600MW/3600MWh,熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目規(guī)模大型化趨勢(shì)明顯。

縱覽以上這幾種技術(shù),每種都有自己的特點(diǎn):鋰電池工藝成熟,鈉電池性價(jià)比高,釩電池容量大、壽命長(zhǎng),熔鹽儲(chǔ)能可長(zhǎng)時(shí),且可配套鍋爐。我們只列出了目前轉(zhuǎn)債標(biāo)的涉及的路線,以后若有涉及轉(zhuǎn)債的新技術(shù)路線出現(xiàn),我們也將進(jìn)行持續(xù)補(bǔ)充。


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