超详细丨2023年抽水蓄能和锂电池储能发展分析！

储能应用场景的多样性决议了储能技术的多元化发展。分歧应用场景对储能技术的性能要求有所分歧，储能应用场景的多样性决议了储能技术的多元化发展。特别地，按照分歧储能时长的需求，储能的应用场景可以分为容量型（≥4小时）、能量型（约 1~2小时）、功率型（≤30分钟）和备用型（≥15分钟）四类。按照储能时长要求的分歧进行储能类型划分，有助于推进以市场应用为导向的技术开辟思路，使分歧储能技术在各自适用的场景中发挥怪异的性能上风。

抽水蓄能：当前技术线路与商业化最为成熟

基于上下水库实现能量转换，用途普遍

抽水蓄能操纵电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。抽水蓄能电站由两个相互毗连且位于分歧高度的水库组成。管道将上部和下部水库毗连。在电力负荷低谷期，电动机将电能转化成机械能，通过将水从下部水库通过管道输送到上部水库，泵将它们转化为势能。在负荷高峰时，贮存在上部水库中的水可以通过涡轮机返回到下部水库，由此从势能发生机械能，并在发机电的帮助下再次发生电能。贮存的能量与水的总质量和上下两蓄水池之间的高度差的乘积成比例。

抽水蓄能电站在电力系统中发挥六大根基作用、三大现实作用以及六大需求展望。抽水蓄能机组凭仗迅速而灵敏的开、停机性能，快速灵活的运行特点，在电力系统中发挥六大根本作用：储能、调峰填谷、调频、调相、告急事故备用以及黑启动功能。

装机量提升，行业进入高质量发展新阶段

基于新的时代布景和行业形式，“十四五”以来我国出台了一系列政策文件，指导、支持抽水蓄能发展。2021年4月30日，《国家发展鼎新委关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》对峙以两部制电价为主体，进一步完善抽水蓄能价格形成机制；2021年9月17日，国家能源局《抽水蓄能中持久发展计划（2021-2035 年）》表白，到2025年，抽水蓄能投产总范围较“十三五”翻一番，到达6200万千瓦以上；到2030年，抽水蓄能投产总范围较“十四五”再翻一番，到达1.2亿千瓦左右。

国内外抽水蓄能扶植速度加速，我国累计装机容量位列世界第一。2020年以来全球抽水蓄能电站扶植速度加速，按照CNESA，2021年累计装机到达 181GW。国内方面，我国抽水蓄能快速发展，2001年装机容量仅为5GW，2021年我国装机容量达 37GW，我国的单个抽水蓄能电站装机容量以及全国装机总量均位居全球首位。对照全球抽水蓄能装机量新增速度，我国在 2021 年表示优于全球均匀水平，显现巨幅上升趋势。2022年前三季度，我国抽水蓄能新增装机6.1GW，跨越去年全年的5.2GW，累计装机量已到达43.1GW。

国内站点资源丰富，截至2020年12月普查成果显示资源站点1529 个，总装机范围16.04亿千瓦。2020年12月，国家能源局带领组织展开抽水蓄能中持久计划资源站点普查工作，普查成果显示资源站点1529个，总装机范围16.04亿千瓦，其中南方、西北、华中、华东等区域散布相对较多。

截至2021年末，我国已纳入计划的抽水蓄能站点资源总量约8.14亿千瓦，主要散布于西部地域，占比约37%；在建抽水电站范围为6153万千瓦。纳入计划的抽水蓄能站点资源总量中，重点实施项目4.21亿千瓦，计划储备项目3.05亿千瓦，其中9792万千瓦项目已经实施。

2022年上半年，开工和投产的抽水蓄能项目已达16个，总范围22.4GW，项目标总投资额超1370亿元。2022年上半年开工的抽蓄项目有10个，总范围14.1GW，主要别离于浙江、湖南、山西、湖北等地域。全面投产的项目有6个，总范围 8.3GW，主要涉及广东、浙江、吉林等地域。国网新源和南方电网别离有3.8GW和2.4GW 项目投运，此外三峡团体在浙江的长龙山抽水蓄能电站也已于6月并网投运。

截至2022年10月21日，“十四五”时代已核准抽蓄电站总计35个项目，装机范围合计为4509.8万千瓦，项目投资金额合计约为3451亿元。2021年核准电站11个，装机范围合计1380万千瓦，投资金额约898亿元。2022年至今核准电站24个，装机范围3129.8万千瓦，投资金额约2553亿元。

到2025年，我国抽水蓄能电站装机容量到达6200万kW；到2030年，我国抽水蓄能装机容量将到达1.2亿kW。按照《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》和《抽水蓄能中持久发展计划（2021-2035年）》，从“十四五”起头，未来15~20年间，我国抽水蓄能将正式进入高质量发展的新阶段。随着丰宁、长龙山等在建抽水蓄能电站的陆续投产、运行，预计到2025年，我国抽水蓄能电站装机容量到达6200万kW；到2030年，垣曲、清原等在建项目，以及“十四五”时代开工项目标陆续投产，我国抽水蓄能装机容量将到达1.2亿kW。

国内外抽蓄电价与商业模式逐渐了了

国外抽水蓄能电站的盈利模式可以分为三种，即一体化内部结算、自主介入市场与租赁模式。在垂直一体化的电力体制下，抽水蓄能电站由一体化的电力公司所有并同一运营；在建立了竞争性批发电力市场地域，抽水蓄能电站在产权上已自主于电网，其电力产物通过相应的市场销售。通过介入现货市场、峰谷套利方式实现的收入约占其全部收入的30%~40%，介入辅助服务获得的收入占60%~70%；租赁模式下抽水蓄能电站所有权亦自主于电网，拥有抽水蓄能电站产权的企业将电站租赁给电网运营治理，抽水蓄能电站的盈利来源为运营权的让渡价值。

今朝，我国抽水蓄能价格机制主要包括三种模式，即单一电量电价、单一容量电价、两部制电价。1）单一电量电价多用于2004年以前投产的抽蓄电站，国家发展鼎新委审定抽蓄电站的上网电价和抽水电价；2）单一容量电价是应用最普遍的机制，其计较出来的电费被称为“根基电费”，是因占用了用电容量而交纳的电费，电费数额是按变压器的容量（或运行中的最大需量）来计较的，由国家价格主管部分依照抵偿固定本钱和公道收益的原则，审定抽蓄电站的年租赁费，不再审定电价，租赁费一般由电网企业承当50%，发电企业和用户各承当25%；3）两部制电价在2014年被提出，把电价分为容量电价和电量电价两部分。容量电价主要体现抽蓄电站提供调峰、调频、调相和黑启动等辅助服务价值，电量电价反应的是企业的变更本钱。

产业链集中度较高，龙头上风竞争上风明显

根基形玉成产业链发展体系和专业化发展模式。通过大型抽水蓄能电站扶植实践，根基形成涵盖标准制定、计划设计、工程扶植、装备制造、运营维护的全产业链发展体系和专业化发展模式。上游主要为设备供给，包括水轮机、水泵、压缩空气系统、监控系统、发机电、主变压器、调速系统等；中游主要为扶植工程，包括电站扶植与电站运营两个部分；下游主要服务于产业、商业以及居民用电，主要起到调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用等功能。

2021年核准抽水蓄能电站均匀单元千瓦静态总投资5367元/kW，抽水蓄能电站投资中机电设备及安装工程占比最高，建筑工程投资占比次之。抽水蓄能电站扶植条件个体差别明显，造价水平与工程扶植条件和装机范围亲近相关。一般情况下，抽水蓄能电站单元造价随装机范围增加而明显下降。而抽水蓄能电站的投资占比前三位为机电设备及安装工程（26%）、建筑工程（25%）、扶植期利息（14%）。

1）上游水轮发机电组：包括水轮机和发机电两个关键装置，主要厂商包括哈尔滨电气、东方电气和浙富控股。水轮机是操纵水流活动带动水轮转动的装置，将水流的机械能转化为叶轮机械能；发机电是将水轮的机械能转化为电能的装置。今朝国内主要生产水轮发机电的厂商包括哈尔滨电气、东方电气、浙富控股这三家，2021年三家的水轮发机电组产量别离为9.55GW、8.10GW、0.81GW。

2）中游计划扶植：国内抽水蓄能扶植主要采用EPC模式。中国电建是国内范围最大、影响力最强水利水电扶植企业，承当了国内抽水蓄能电站大部分计划、勘测设计、施工建造、设备安装、工程监理等工作，在抽水蓄能计划设计、抽水蓄能扶植市占率别离在90%、80%左右。2021年，中国电建抽水蓄能业务新签合同202.40亿元，同比增长342.90%。

3）下游投资运营：主要企业有国网新源、南网双调，国网新源占据领先地位。截至 2021年末，国网新源公司在运和在建抽水蓄能范围别离为2351、4578万kW，占比别离约64.6%和74.4%，在抽水蓄能开辟扶植及运营市场中占据绝对带领地位。中国抽水蓄能的扶植企业主要有中国电建、中国能建所属工程局。此外，中国安能、中国铁建等企业也介入抽水蓄能电站部分地下工程扶植。

锂电池储能：在新型储能中发展领先

完整的电化学储能系统主要由电池组、电池治理系统（BMS）、能量治理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备组成。电池组是储能系统最主要的组成部分，负责能量存储；电池治理系统主要负责电池的监测、评估、庇护以及平衡等；能量治理系统负责数据收集、网络监控和能量调剂等；储能变流器可以控制储能电池组的充电和放电进程，进行交直流的变换。储能产业链上游主要包括电池、电池治理系统、能量治理系统以及储能变流器供给商；中游为系统集成商和安装商，下游主要为终端用户等。按照前瞻产业研究院，电池是电化学储能系统中最重要的部分，占储能系统本钱的60%，PCS组成20%，EMS组成10%，BMS组成5%，其他配件组成5%。

锂离子电池：上下游产业链较为成熟

在众多电化学储能技术线路中，锂离子电池已经建立了较为健全的产业链。如下图所示，锂电产业链上游主要为矿产及加工品，包括锂、镍、钴等；中游主要为锂电池制造、电池系统集成组装等；下游的应用范畴主要为储能电池、动力电池、消费电池等。

离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，主要材料包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜四大部分。锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电进程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂电池主要材料包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜四大部分，正极材料决议电池的容量、寿命等多方面焦点性能，一般占锂电池总本钱高达40%左右，是锂电池产业链中最重要的环节。

储能电芯封装制造与动力电池类似，主要为方形、圆柱和软包三种形式。电池封装工艺的发展趋势本质是在保证平安性的条件下提升电池能量密度上限。即操纵电芯外壳的支撑作用，削减模组结构件使用，提升电池包的能量密度。软包外壳的支撑较弱，因其中期来看方形和圆柱电池更能适应结构上的创新。比亚迪的刀片电池既是将电芯设计成扁片长条外形，在平安上保证电芯有足够大的散热面积，同时进步电池包的空间操纵率，从而进步能量密度。今朝已经应用于储能系统（BYD Cube）。

变流器：决议输出电能的质量和特征

储能变流器是毗连电源、电池与电网的焦点环节，通常由 DC/AC 双向变流器、控制单元等组成。它的主要作用在于实现电网与储能电池能量的双向转换控制。在并网条件下，按照能量治理系统的指令，储能变流器对电池进行充放电以平滑风电、光伏等新能源出力；在离网条件下为负荷提供电压和频率支持。储能变流器通常由 DC/AC 双向变流器、控制单元等组成，其中，控制单元接收控制指令，按照功率指令的符号及巨细控制变流器对电池进行充放电，实现有功功率和无功功率调理。储能变流器通过接口与电池治理系统毗连以获得电池组状态信息，实现对电池的庇护性充放电，确保电池运行平安。

储能变流器决议着输出电能的质量和特征，从而很洪流平上影响着电池的寿命。储能变流器主要有并网和离网两种工作模式。在并网模式下，储能变流器可实现电池组与电网之间的双向能量转换。在负荷低谷期，储能变流器可按照电网调剂或当地控制的要求，把电网的交换电整流成直流电，给电池组充电；在负荷高峰期，储能变流器可把电池组中的直流电逆酿成交换电，反送到电网中。同时，在电能质量欠好时，储能变流器还可吸收或提供有功功率，提供无功抵偿等。在离网模式下，储能变流器可按照实际需要与主电网脱开，给当地的部分负荷提供满足电网电能质量要求的电能。

BMS、EMS与温控：锂电储能系统的重要组成

BMS：由主控单元、从控单元、信息收集单元、信息传输及显示单元等组成，主要作用在于对电池状态进行检测。电池治理系统（Battery Management System，BMS）根基工作原理为微控制单元收集传感器提供的电流、电压、温度等电池工作参数，分析电池的工作情况，估算其剩余电量决议是否启动庇护电路或进行平衡。典型的 BMS 由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。其中，硬件电路是 BMS 的根本，包括元器件和印制电路板等；软件系统是 BMS 实现功能的主体和主要附加值所在。BMS 行业今朝专注于储能 BMS开辟的厂商比力少，专业 BMS 供给商（如电装、亿能电子、妙益科技等）、动力电池 BMS供给商（如三星、LG、宁德时代、特斯拉、上汽团体、长安汽车等）等都可提供储能 BMS产物。

EMS：运用自动化、信息化等专业技术，对储能系统能源供给、存储、输送等环节实施的动态监控和数字化治理，从而实现监控、猜测、平衡、优化等功能。能量治理系统（Energy Management System，EMS）主要包括信息收集终端、通讯治理机、系统平台硬件以及系统软件等部分。通过信息收集终端、通讯治理机、数据收集器等硬件设备，实现信息信号的收集、交换和传递。按照PowerLab，硬件本钱在能源治理系统总本钱的占比一般不跨越50%，信息收集终端和通讯治理机等硬件设备国内产业链已相当做熟，在系统软件方面，由于EMS公司需领会电网的运行特点和焦点诉求，因此国内储能EMS相关公司主要为国网系公司，如南瑞继保、许继团体、国电南瑞、平高电气等，此外还有四方股份、宝光股份等。

储能温控系统冷却：主要包括风冷、液冷、热管冷却、相变冷却四种方式。相较而言，热管冷却和相变冷却的设计加倍复杂，本钱更高，当前尚未在储能温控方案中实际应用。今朝电化学储能温控以风冷和液冷为主。

1）风冷：以空气为冷却介质，操纵对流换热下降电池温度，具有方案成熟、结构简单、易维护、本钱低等优点，是当前储能温控主力方案。但由于空气的比热容低，导热系数低，风冷一般应用于功率密度较低场景，如通讯基站、小型地面电站等。

2）液冷：主要以水、乙二醇水溶液等液体为冷却介质，通过对流将电池发生的热量带走，结构较为复杂，平安品级要求高，所以液冷本钱明显高于风冷，但其优点明显，散热效率高且均匀、能耗较低、占地面积小、系统适应性。随着储能系统范围和能量密度的逐渐进步，液冷能量密度高、占地面积小、能耗低的综合上风会进一步凸显。

3）热管冷却：操纵热管的热超导性能，依靠封锁管壳内工质相变来实现换热，有冷端风冷和冷端液冷两种。冷端风冷是通过管内冷空气冷却管外热空气，冷端液冷是管内冷却水冷却管外热空气。热管具有高导热、等温、热流偏向可逆、热流密度可变、恒温等优点。今朝主要应用于核电工程、太阳能集热、航天工程等范畴，在大容量电池系统中的应用仍处于实验室阶段。

4）相变冷：却是用相变材料将电池包裹或者把相变材料压制成板状夹在单体电池之间，再操纵相变材料发生相变吸收热量。它最大缺点是导热系数低、导热性能差，储热和散热速度都很低，无法用于电池的高产热工况。在相变材料中添加其他导热性能好的材料，可以明显的进步散热效率和散热速度。