在對儲能過程進行分析時，為了確定研究對象而劃出的部分物體或空間范圍，稱為儲能系統(tǒng)。它包括能量和物質(zhì)的輸入和輸出、能量的轉(zhuǎn)換和儲存設備。儲能系統(tǒng)往往涉及多種能量、多種設備、多種物質(zhì)、多個過程，是隨時間變化的復雜能量系統(tǒng)，需要多項指標來描述它的性能。常用的評價指標有儲能密度、儲能功率、蓄能效率以及儲能價格、對環(huán)境的影響等。
由于人們所需的能源都具有很強的時間性和空間性，為了合理利用能源并提高能量的利用率，需要使用一種裝置，把一段時期內(nèi)暫時不用的多余能量通過某種方式收集并儲存起來，在使用高峰時再提取使用，或者運往能量緊缺的地方再使用，這種方法就是能量存儲。能量儲存系統(tǒng)的基本任務是克服在能量供應和需求之間的時間性或者局部性的差異。產(chǎn)生這種差異有兩種情況，一種是由于能量需求量的突然變化引起的，即存在高峰負荷問題，采用儲能方法可以在負荷變化率增高時起到調(diào)節(jié)或者緩沖的作用。由于一個儲能系統(tǒng)的投資費用相對要比建設一座高峰負荷廠低，盡管儲能裝置會有儲存損失，但由于儲存的能量是來自工廠的多余能量或新能源，所以它還是能夠降低燃料費用的。另一種是由于一次能源和能源轉(zhuǎn)換裝置之類的原因引起的，則儲能系統(tǒng)(裝置)的任務則是使能源產(chǎn)量均衡，即不但要削減能源輸出量的高峰，還要填補輸出量的低谷(即填谷)。
太陽能熱利用的工作原理例如，太陽能熱利用系統(tǒng)中，需要設置儲能器。太陽能熱利用的工作原理如圖1所示，熱流離開集熱器后入儲能器，然后經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換器供給熱機。在沒有太陽光期問，冷流體直接經(jīng)過儲能器，提取存儲的熱量并傳給熱機工作。所以，能源儲存系統(tǒng)可以儲存多余的熱能、動能、電能、位能、化學能等，改變能量的輸出容量、輸出地點、輸出時間等。
由發(fā)電、供電(輸電、變電、配電)、用電設施以及為保障其正常運行所需的的調(diào)節(jié)控制及繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、調(diào)度自動化、電力通信等二次設施構(gòu)成的統(tǒng)一整體。 電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、送變電線路、供配電所和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應到各用戶。為實現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應的信息與控制系統(tǒng)，對電能的生產(chǎn)過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、優(yōu)質(zhì)的電能。
也許有人會問，新型電力系統(tǒng)究竟是個什么系統(tǒng)?新在哪里?簡單說，新型電力系統(tǒng)有別于以煤電為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，而是一種以風、光等新能源為主體的電力系統(tǒng)。這個新系統(tǒng)很“風光”，也更智能、更環(huán)保、更高效。這些年，我國在新能源的各個方面發(fā)展得都很快，新能源裝機規(guī)模和發(fā)電量持續(xù)多年世界第一，風電、光伏、鋰電池等產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模均穩(wěn)居世界第一，具有引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢。因此，由中國牽頭制定這個標準再合適不過，既是名至實歸，也是眾望所歸。
當然，由我國牽頭制定國際標準，也能為全球能源轉(zhuǎn)型貢獻中國智慧和中國方案。
中信證券認為，2022年將成為儲能項目產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)的關(guān)鍵時點。預計政策將不斷完善儲能發(fā)展的環(huán)境，訂單的落地將會帶動產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
目前，國際電工委員會正在將中國提出的碳達峰碳中和、能源轉(zhuǎn)型、零碳電力系統(tǒng)等主題列入戰(zhàn)略規(guī)劃，未來五年，將在能源低碳領(lǐng)域發(fā)起成立1到2個新技術(shù)委員會，培育10到20項國際標準。
國際電工委員會主席 中國工程院院士 舒印彪：國際標準化工作進入了新的發(fā)展時期，我國提出的雙碳目標得到國際社會的高度贊揚。我國國際標準化的發(fā)展重點是：要圍繞雙碳目標和重大需求，在技術(shù)標準、計量和認證上形成完整的標準體系，建立公平合理的國際碳治理規(guī)則。
在大會上，還成立了國際電工委員會國際標準促進中心。該中心將幫助中國企業(yè)專家制定更多由我國主導的碳達峰碳中和領(lǐng)域國際標準，推動新型電力系統(tǒng)戰(zhàn)略規(guī)劃落地實施。
供能不穩(wěn)定是發(fā)展光伏、風能等可再生能源面臨的長期挑戰(zhàn)。比如，在夜間光伏無法供能，而當無風或者臺風時，風力發(fā)電也無法工作。儲能是解決這些問題的關(guān)鍵。
◎(電)儲能的技術(shù)路線，主要分為物理儲能和化學儲能兩種。前者以抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等為代表;后者則以鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸電池、液流電池等為代表。
“抽水蓄能電站是太陽能和風力發(fā)電的最佳補充?！苯?，德國知名跨國企業(yè)——福伊特水電亞太區(qū)總裁兼CEO龍杰文(Stephen Lewis)在2022世界清潔能源裝備大會上表示。
龍杰文提到的抽水蓄能，是目前火熱的儲能賽道中技術(shù)最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的儲能方式。根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至2021年，全球已投運電力儲能項目中，抽水蓄能的累計裝機規(guī)模占比達到86.2%。
雖然抽水蓄能在儲能市場上應用最廣、占比最高，但在儲能的細分賽道中，電化學儲能才是市場上關(guān)注度最高的儲能技術(shù)。當前，以電化學儲能為代表的新型儲能正在上演新一輪投資熱潮，而動力電池企業(yè)是其中的主要玩家之一。而在抽水蓄能與新型儲能的比拼中，成本將是關(guān)鍵變量之一。
儲能行業(yè)站上風口
今年夏天，“熱”成為關(guān)鍵字之一，而且炎熱程度極其罕見。從全球來看，今年北半球多地在同一時間段內(nèi)出現(xiàn)極端高溫。歐洲可能正經(jīng)歷500年來最嚴重干旱;我國多地溫度絕對值突破歷史最高，持續(xù)時間歷史最長、40℃以上的覆蓋范圍歷史最廣。
而根據(jù)聯(lián)合國最新評估，最近50年全球變暖正以過去2000年以來前所未有的速度發(fā)生，碳排放被認為是這場罕見全球性熱浪的“罪魁禍首”。全球氣候變化形勢日益嚴峻，加快能源轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)“雙碳”目標已迫在眉睫。
“在實現(xiàn)‘雙碳’目標過程中，以光伏、風能為代表的可再生能源是主力軍。過去十多年來，光伏發(fā)電成本下降了90%以上，已總體降到0.3元/千瓦時以內(nèi)，預計‘十四五’期間將進一步降到0.25元/千瓦時以下，低于絕大部分煤電……光伏發(fā)電的優(yōu)勢將更加明顯。”通威集團董事局主席劉漢元在2022世界清潔能源裝備大會表示。
不過，供能不穩(wěn)定是發(fā)展光伏、風能等可再生能源面臨的長期挑戰(zhàn)。比如，在夜間光伏無法供能，而當無風或者臺風時，風力發(fā)電也無法工作。光伏、風能等可再生能源的間歇性和波動性會造成供需不匹配，可能造成發(fā)電能源浪費，以及電網(wǎng)供電頻率不穩(wěn)定，并影響供電質(zhì)量。
在“雙碳”目標下，中國電力系統(tǒng)需要向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，儲能是解決這些問題的關(guān)鍵?！半S著成本的不斷降低，儲能的大規(guī)模應用也將為平抑可再生能源波動提供堅實保障?！眲h元認為。
在此背景下，儲能也被普遍認為是下一個可能爆發(fā)的萬億市場，有著極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
目前，儲能技術(shù)路線主要分為物理儲能和化學儲能兩種。前者以抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等為代表;后者則以鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸電池、液流電池等為代表。
《全球清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書(2021)》顯示，2010年～2021年，全球儲能系統(tǒng)裝機功率增長了41.08%，達到191.28GW，全球儲能容量增加了47.59%至672.2GWh。而目前，抽水蓄能是技術(shù)最為成熟，應用也最廣，占比也最高。
“抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的儲能方式，儲能成本為0.21～0.25元/KWh，相較其他技術(shù)成本最低?！眲h元認為。
不過，相較于抽水蓄能較為傳統(tǒng)的儲能方式，目前市場上最關(guān)注的還是新型儲能。所謂新型儲能，一般是指除抽水蓄能外的新型電儲能技術(shù)，包括電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等。而在新型儲能中，絕大部分是電化學儲能(鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸電池、液流電池)，尤其是鋰離子電池儲能占比最大。
“加快發(fā)展新型儲能，已成國際國內(nèi)基本共識?！比涨?，國家能源局科技司副司長劉亞芳表示，“十四五”期間，我國將繼續(xù)堅持市場主導、政策驅(qū)動，強調(diào)統(tǒng)籌規(guī)劃、多元發(fā)展，鼓勵創(chuàng)新示范、先行先試，推動新型儲能規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、市場化發(fā)展。據(jù)預計到2025年末，新型儲能在電力系統(tǒng)中的裝機規(guī)模將達到3000萬千瓦以上。
新型儲能熱潮下，儲能電池出貨量猛增。據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)儲能電池出貨量48GWh，同比增長2.6倍;預計2022年國內(nèi)儲能電池有望繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢，保守估計年出貨量有望突破90GWh，同比增長88%。
而無論是抽水蓄能還是新型儲能，成本將是最重要的考量因素。按照劉漢元預計，電化學等其他儲能成本也有望在“十四五”期間降低到0.2～0.3元/KWh。如果能夠有效實現(xiàn)儲能電池成本降低的話，這將接近目前抽水蓄能的成本。
在此背景下，國內(nèi)也上演儲能電池擴產(chǎn)潮。據(jù)中國儲能網(wǎng)統(tǒng)計，僅2022年一季度就有12家企業(yè)公布儲能項目投擴產(chǎn)計劃，總投資金額達千億元級別。其中，寶豐集團投資金額最大，今年3月，寶豐集團200GWh鋰離子儲能全產(chǎn)業(yè)鏈項目在銀川正式開工，該項目總投資692億元。中創(chuàng)新航在廣東江門投資200億元建設動力儲能電池項目。此外，億緯鋰能、陽光電源、欣旺達等公司也在擴產(chǎn)儲能電池相關(guān)項目。
世界各國都在應對全球變暖這一局勢，新能源的覆蓋面積越來越廣，開始從消費者和企業(yè)自主選擇變成了國家要求企業(yè)選擇，相關(guān)部門出臺的一系列的政策直接促使企業(yè)不得不選擇可再生能源，比如說對使用不可再生資源的企業(yè)增加稅收，而使用可再生資源的則減少稅收，目前，這一政策還只覆蓋到了企業(yè)，但相信隨著時間的推移，它很快就會順移到消費者之中。
第一，隨著雙碳政策的落實，儲能領(lǐng)域?qū)@得大發(fā)展，但是各行各業(yè)之間的發(fā)展都是聯(lián)動的，儲能行業(yè)的發(fā)展必然也會帶動一系列其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中以鋰電池電子產(chǎn)業(yè)為中心，由此向外輻射到其他各個行業(yè)。
第二，預計未來五年將是儲能相關(guān)附加行業(yè)發(fā)展最迅速的時刻，無論從發(fā)電側(cè)還是從電網(wǎng)側(cè)，社會生活方面來看，我們對電力的需要都越來越大，其中，在儲能本行業(yè)中，電池管理技術(shù)將會是研發(fā)的重中之重，如果電池技術(shù)能夠得到極大的提升，那么單位體積的儲能產(chǎn)品就可以容納更多的電量，既能節(jié)省空間，又能提供便利。
第三，儲能行業(yè)降低電力波動性的能力將會更強，未來，隨著技術(shù)的提升，無論什么季節(jié)和氣候，發(fā)電設備必將都能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的發(fā)電，而儲能產(chǎn)品隨著技術(shù)的提升，必然能夠有足夠的空間將這些電量全部儲存起來，這樣就能夠降低電力的波動性。
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