2022年储能行业专题研究 可再生能源发展需要大规模储能支撑

1.可再生能源发展需要大规模储能支撑

光伏风电度电成本持续下降，可再生能源装机与日俱增

2010-2020年，公用事业光伏平均度电成本（LCOE）下降了85%，集中式光伏LCOE下降了68%，陆上风电LCOE下降了56%，海上风电LOCE下降了48%，光伏和风电技术发电成本已经达到或低于化石燃料发电成本。2011-2021年，全球可再生能源新增装机容量增长超过130%，而不可再生能源仅增长了24%。

自2014年以来，以光伏、陆上风电为主的可再生能源新增装机已经开始超过非可再生能源。2021年，可再生能源累计装机容量达到3064GW（不含抽蓄），发电量约为8000TWh。为了实现全球升温1.5°C的情景，到2030年，可再生能源装机容量仍将相比于2020年增加2倍以上。

可再生能源发展刚需下，储能大有可为

2011年以来，随着全球能源结构快速向低碳形式发展，可再生能源装机加快发展速度，尤其是风电、光伏等间歇性可再生能源在最近几年成为全球新增装机的主力。2021年，全球可再生能源总装机量达到3064GW（不含抽蓄），其中风电为825GW，光伏849GW。过去10年，全球可再生能源装机容量始终保持8-10%附近的年化增速。

全球可再生能源发电量和装机容量预测（两种机构预测）

我们比较了国内的权威能源研究机构全球能源互联网研究中心，以及国际可再生能源署的研究预测，两家机构虽然对于全球发电量的预测存在15%的差距，但对于全球可再生能源容量占比，以及发电量占比较为趋同，可以借鉴两家机构对于以风电、光伏为代表的间歇性电源的消纳占比，用于预测储能市场的发展依据。两家机构均认为，在2030-2035年全球风电光伏消纳占比将达到40%以上，2050年达到60%以上。

随着新能源渗透率提高，能源系统对储能的需求越强

高比例清洁能源系统需要足够的调节能力同时应对来自消费侧和供应侧的 随机变化。一般把用电负荷减去风、光出力后的值定义为净负荷，净负荷的 波动特性决定了能源系统对调节能力的需求。净负荷的波动性与用电负荷、 新能源出力特性密切相关，随着新能源渗透率提高而增大。

以华北某省夏季典型日为例进行分析，当新能源渗透率为零时，用电负荷 为28.54GW，即为净负荷，呈现早、晚两个高峰，夜间低谷的波动特性；新 能源渗透率达到20%时，净负荷平均值下降，白天光伏发电使净负荷的日内 高峰明显减小；当新能源渗透率增加到50%时，风、光出力对净负荷的影响 程度进一步加大，在中午光伏最大出力时刻净负荷降至零以下，呈现“鸭形 曲线”特点；当新能源渗透率增加到80%时，净负荷在日内大部分时间小于 零，波动性更加明显。

总体上看，随着新能源渗透率的提高，净负荷的最大值和平均值不断下降， 标准差和最大变化速率不断提高，能源系统对储能的需求越来越强烈。

技术特性决定电化学储能应用场景最为广泛

根据技术类型的不同，以电能释放的储能方式主要分为机械储能、电磁储能和电化学储能。不同储能技术具有不同的内在特性（如功率密度和能力密度），电化学储能同时具有较高的能量密度和功率密度，决定了其广泛的技术适用性。其中，锂离子电池同时具有高功率密度与高能量密度。

2.2025年新型储能市场展望

中国储能技术的水平快速提升，多数储能技术水平世界领先

经过“十二五”和“十三五”期间国家和产业的持续投入，中国储能技术的水平快速提升，压缩空气储能、储热储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池和钠离子电池已达到或接近世界先进水平；抽水蓄能、飞轮储能、超级电容器和储能新技术和世界先进水平还有一定差距，但总体商差距在逐步缩小。

2021年中国机构和学者发表储能SCI论文11949篇，居世界第一位，且遥遥领先第二位美国，中国已经成为全球储能技术基础研究最活跃的国家。在关键技术和继承示范方面也均取得重要进展，中国已成为世界储能技术研发和示范的主要核心国家之一。

电池成本下降驱动储能加速应用

电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）、能量管理系统（EMS）及其他电气设备构成。电池作为整个储能系统中核心组成部分，成本占到整个储能系统成本的50%，是储能降本的关键。

我国磷酸铁锂电池储能电站建设成本全球领先

2021年我国磷酸铁锂电池储能中标价格已下降至1.2-1.7元/Wh。根据BNEF测算，2022年全球电化学储能EPC成本约为261美元/kWh（约1.66元/Wh），预计2025年将降至203美元/kWh（约1.29元/Wh）。（报告来源：未来智库）

分布式光储：“特斯拉户用光伏”实例

2021年特斯拉储能新增装机3.9GWh，同比增长32%，约占全球新型储能市场份额的16%。2017-2021年，特斯拉储能新增装机年均复合增长率高达82.74%。目前特斯拉旗下主要有Powerwall、Powerpack、Megapack三款储能产品，其中， Powerwall是2015年5月推出的户用储能电池；Powerpack和Megapack则是商用能源产品，分别于2017年和2019年推出，供商业机构和公共事业机构使用。2021年特斯拉储能装机增长动力主要来源于Megapack。

特斯拉正在提高Megapack工厂的产能。由于市场需求仍持续高于产能，特斯拉储能装机增长仍受到电池产能的限制。据特斯拉高管在业绩交流会中透露，Megapack目前在全球储能市场正处于供不应求的状态。 2021年，年产40GW的Megapack工厂已在美国加州破土动工，建成后特斯拉的产能将从现有的3GWh扩大至40GWh。

发展现状：全球抽水蓄能装机最多，电化学储能紧随其后

截至2021年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模209.4GW，同比增长9%。其中，抽水蓄能的累计装机占比首次低于90%，比去年同期下降4.1个百分点；新型储能的累计装机规模紧随其后，为25.4GW，同比增长67.7%，在新型储能中，锂离子电池占据绝对主导地位，市场份额超过90%。

截至2021年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1GW，占全球市场总规模的22%，排名世界第二，同比增长30%。其中，抽水蓄能的累计装机规模最大，为39.8GW，同比增长25%，所占比重与去年同期相比再次下降，下降了3个百分点；新型储能增速最快，同比增长75%，累计装机规模达到5.7GW。

2021年，中国新增储能项目首次突破10GW，达到10.5GW，其中，抽水蓄能新增8GW，同比增长437%；新型储能新增容量规模首次突破2GW，达到2.4GW（4.9GWh），同比增长54%。

3.钠离子电池原理及发展趋势

钠离子电池工作原理与锂电池一致

钠离子电池由来已久，与锂离子电池原理相同。钠离子电池最早由ARMAND团队于20世纪80年代提出，在90年代经过产业化推广得到技术应用。钠离子电池本质是在充放电过程中由钠离子在正负极间嵌入脱出实现电荷转移、而锂离子电池是通过锂离子在正负间移动来进行电荷转移，工作原理实质上相同的。

从材料体系来看，除了隔膜以外，其他各材料组分均有明显变化，特别是正极和负极材料变化明显。

钠离子电池优势：资源丰富

钠资源丰富：钠元素在地壳中丰度为2.3%，位居所有元素第六位，显著高于锂元素的0.0017%。陈立泉院士表示目前全球探明的可供开采的锂资源储量仅能满足14.8亿辆电动汽车，随着全球电动化加快，锂资源短缺压力进一步体现。

钠资源分布更均匀：据美国地质调查局2019年报告显示，南美洲国家阿根廷、智利、玻利维亚三国锂资源储量在全球中占比达到52.10%，中国锂资源储量占比仅为7.26%，资源分布极度不均匀。中国所需60%以上锂原料均需要进口，对外依存度高。钠元素以盐的形式广泛存于陆地与海洋中，获取便捷度高。

钠离子电池优势：低温性能佳&倍率性能好

倍率性能优异：钠离子溶剂化能低于锂离子，界面离子扩散能力强,且钠离子斯托克斯半径小，相同浓度电解液情况下较锂盐电解液离子电导率更高，快充性能更好。根据宁德时代数据，钠离子电池能够在15min内充电至80%，中科海钠则提出其电池能够在12min内充电至90%，充电速度均明显优于正常状态下锂离子电池30min充电80%的充电速度。

低温性能优异：钠离子离子电导率高，电解液的浓度要求更低，低温时电解液粘度比锂离子电池更低，电池整体性能更为优异。钠离子电池正常工作温度范围在-40℃-80℃，部分产品在-20℃下容量保持率能够达到88%，显著优于磷酸铁锂60-70%左右的容量保持率。

钠离子电池不足：循环寿命、能量密度尚有改善空间

循环寿命：钠离子电池现在整体循环寿命在2000次左右，比磷酸铁锂电池表现略差，相较于部分用于储能领域的循环寿命超5000次的磷酸铁锂电池而言仍有一定差距。

能量密度：钠创新能源钠离子电芯能量密度超130Wh/kg，立方新能源产品电芯能量密度为140Wh/kg，中科海钠产品能量密度为145Wh/kg，仍有进一步优化的空间；宁德时代最新第二代钠电池设计能量密度可达到200Wh/kg。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）