憑什麼說電儲能的風口就在當下？| 汽車科技朋友圈沙龍

本文來自「汽車電子設計」主理人朱玉龍主持的【汽車科技朋友圈沙龍】論壇，2030出行研究室根據論壇演講文件撰寫。

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有個詞叫“垃圾電”，說的是風電和光伏電。

不要被那個音響愛好者能聽得出火電/水電/風電的段子帶歪，電不像石油或者礦石，不同產區和來源有著巨大的品味/品質差異，火電/水電/風電/核電對使用者來說並沒有影響，說風電/光伏為“電垃圾”是因為對電網不友好。

為什麼？因為電網對“穩定”的要求很高，不穩定的供電對頻率和電壓這兩個決定供電質量的指標非常不利。恰好風電和光伏電屬於不穩定出力的電源，這兩類電都存在波動、間歇和隨機的特點。

比如大的週期方面風電受到季節性風力波動影響，短的週期如每日不同時間段風力差異也很大，通常出力高峰在凌晨左右，而正午則為低谷，因此波動幅度最高可達80%。光伏發電日內波動100%，很明顯夜間光伏發電完全不出力，而白天的陰晴變化也大幅影響光伏發電的功率。

因此風電和光伏電的發電穩定性無法和火電相提並論，發電功率不好預測，容易對電網產生衝擊。所以很多情況下不得不“棄風棄光”，即多發出來的電只能白白的浪費掉。我國2015年的棄光率達到了12%，故風電和光伏電的消納問題很嚴重。

因此，為了降低浪費，提高發電的穩定性和效率，配套儲能技術就非常必要。

1. 儲能方式與優劣

電能不像看得見摸得著的實物那樣相對方便儲存，因此只能往能量轉化的方向考慮，比如機械儲能、電磁儲能、化學儲能和電化學儲能等，但每種儲能都有自己的優勢和侷限。

機械儲能包括抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。抽水儲能好理解，就是多餘的電量驅動水泵，把低處的水抽到高出，需要時再放水發電，等於把電能轉換為水的動能與勢能，相當於一個可逆過程的水電站。優點是技術成熟、可規模化應用，但缺點是對地理條件有要求，且轉換過程慢。壓縮空氣和飛輪儲能分別是利用壓縮空氣和高速旋轉的飛輪來驅動發電機發電，但是前者轉換效率較低（僅率高於70%），而後者成本高、噪音大。

電磁儲能包括超級電容、超導磁體環流儲能等，無需化學反應，效率可超過90%甚至達到95%，響應快，比功率高，但是成本十分高且難以維護，尤其是超級電容還不可用於交流電。這些不利因素限制了電磁儲能的規模。

化學儲能包括電解水制氫和合成天然氣等，但是工藝和儲運要求高。

電化學儲能即電池儲能。按電池分類，可分為鋰離子電池、鉛酸電池及鈉硫電池、液流電池等。比較成熟的和具有規模的是鋰離子電池和鉛酸電池，鋰離子電池比能量高、迴圈壽命長但成本相對高、安全要求高，鉛蓄電池成本低、技術成熟，但是汙染嚴重、壽命短。鈉硫電池、液流電池等效能低於鋰離子電池，優點是不需要鋰這樣的珍貴資源，但是有對溫度敏感等問題，因此應用規模非常小。

整體來看，截至2020年底，全球已投運儲能專案累計裝機規模191。1GW，其中抽水儲能172。5GW，佔比高達90。3%；電化學儲能14。2GW，佔比7。5%。國內狀況與之類似，總儲能累計裝機規模35。6GW，抽水和電化學儲能規模分別為31。8GW和3。3GW。因此，目前抽水儲能仍是最成熟、佔比最高、應用最多的儲能方式。

2. 電儲能的風吹向哪

但從增速上看，電化學儲能的增速驚人的高。全球儲能專案規模在近五年呈穩定小幅增長態勢，增速在2%-4%之間。但電化學儲能的增速均在40%以上，由2015年的1。27GW迅速增至14。2GW（2020年），國內由2015年的不足0。16GW迅速增至3。3GW，年複合增長率高達81。8%。國內2020年新增儲能投運設施中，電化學儲能佔了近一半的份額。顯然，電化學儲能的風吹得正勁。

風口中，寧德時代2020年實現19。43億元的儲能系統-銷售收入，今年上半年寧德時代儲能系統業務拿到了營收46。93億元的漂亮成績。驚人的增速令我們好奇，電儲能的風具體吹到了哪裡？

這就要從電儲能的具體應用場景說起。按電的上下游環節分，電化學儲能可應用在發電側、電網側和使用者側。相對應的，“環保/限碳”的大環境、電網儲能的利好政策及5G基站建設和私人使用者的增長都是電儲能的大風口。

（1）發電側

即便我們都知道瑞典環保少女的表演拙劣，但環保、限碳無可阻擋的成為當下以及未來的主題，不論是G20峰會對碳排放的“吵”，還是中美格拉斯哥氣候行動宣言的“和”，碳排放的限制都已經開始對社會和經濟產生巨大的影響，首當其衝的就是發電側的火電系統。

連鎖反應之一就是，火電的替代品風電和光伏的比重越來越高。我國2020年風電和光伏累計裝機量已經由2015年的131/43GW增至282/252GW，累計佔比已經超過20%，隨著風電和光伏成本的持續下降，其佔比依然在提升。而前文提到，風電和光伏電的消納問題嚴重，為了減少浪費和避免對電網的衝擊，風電和光伏電需要電儲能的配套，這樣才有利於滿足電網規定獲取併網資格。

截至2020年，我國的棄光率已經從2015年的12%下降至2%，效果顯著。據估計，2025年我國光伏累計裝機規模將達到602GW，風電累計裝機規模將達到401GW，相應的，儲能累計裝機需求將達到54。61GWh。因此，電儲能在此領域有著巨大的市場空間。

（2）電網側

電網側電儲能主要起服務作用，如調峰、調壓、調頻。我國對電網側儲能的推動非常積極，國家出臺了大量政策促進電網側的輔助服務，如《新能源技術革命創新行動計劃（2016-2030）》、《關於創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》等檔案明確促進儲能技術、峰谷電價差等方向。

我國工商業用電已實施峰谷電價制，比如北京的工商業電價差可達1。15元/kWh。電儲能既能削峰填谷調控電網用電負荷，還能利用峰谷差價獲取收益，同時提高了電網整體效率。

電網的結構原理還決定了發電小於用電會導致頻率上升，用電小於發電則頻率下降，但電網同時要求頻率穩定，因此調頻系統也非常重要。目前火電廠在調頻市場佔壟斷地位，但一方面火電廠有碳排放的壓力，另一方面火電調頻系統慣性大、響應慢，越來越高比例的風電和光伏電併網加劇了電網負荷波動，因此，調頻系統也是電儲能的風口。

（3）使用者側

使用者側的形式主要為分散式能源，可平滑新能源汽車充電樁、體育場等場景的用電負荷，可成為通訊基站、資料中心等備用電源，私人使用者還可實現峰谷套利。

在我國，電儲能在使用者側的需求主要來自於5G基站建設。5G因為頻譜更高，電磁波衰減大，所以相比4G基站，單個5G基站的覆蓋範圍更小，因此就需要更高的分佈密度，即5G基站的數量會大幅增加，有機構預計5G基站的密度是4G基站的1。5倍。工信部資料表明截止今年上半年，我國有584萬個4G基站，那麼按此推算，5G基站將超過800萬個。

除了基站數量的增加，單個基站的電功率也在增加。AAU （Active Antenna Unit）讓5G基站的功率超過3kW，這大約是4G基站的三倍以上。因此，不論是4G基站的改造還是5G基站得勁建設，備用電池容量都必須增加。截至2020年底，我國已開通71。8萬個5G基站，而至2025年底，5G基站的儲能需求將超過60GW。

國外的5G基站建設或沒有國內進展迅速，但國外也有國內沒有的市場，即家庭分散式電源市場。在我國，大家的住宅以小區公寓為主，電力系統主要為國家電網供電。而在美國、澳大利亞、紐西蘭及部分歐洲國家，有院子的獨棟house很多，家庭光伏發電、儲能就有客觀上的可行性。

而在走高的購電成本和政策補貼的雙重驅動下，家庭儲能系統市場也迅速增大。比如德國家庭購電成本從2015年的29歐分/kWh上升至2019年的31歐分/kWh，安裝30kWp以上的戶用儲能系統，可免收碳稅和EEG附加費，光儲自發自用具備高的經濟性。特斯拉也在前幾日宣佈自家的 Powerwall 儲能電站全球安裝量已經超過 25 萬套。

3. 電儲能系統的成本賬

電儲能系統有電池、雙相變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）以及電櫃、熱管理、建設等成本。其核心是電池，但是雙相變流器負責交流直流轉換和電池充放電過程，電池管理系統負責電池的檢測、評估、保護，能量管理系統負責網路監控、能量排程等。

成本構成方面，毫無疑問電池在成本最大的部分，當下（2020年資料）約佔整個系統的65%左右，其次分別是雙相變流器和電池管理系統，分別佔比12%和8%。彭博新能源財經（BNEF）的資料表明，至2030年，電儲能系統的成本有望從2018年的364美元/kWh逐步下降至165美元/kWh，因此電儲能系統的盈利能力會逐步增強。

電儲能系統成本構成——