特斯拉与储能系统商达成500兆瓦时电池订单
科技讯 6月5日消息，据彭博社报道，储能系统供应商Advanced Microgrid Solutions(AMS)已同意向特斯拉购买500兆瓦时的电池产能。AMS的CEO苏珊·肯尼迪(Susan Kennedy)在电话采访中表示，根据去年11月达成的协议，这一订单中大约40%的电池产能将用于开发电力和配电企业Edison International南加州分部的50兆瓦储能项目。
这一交易表明，特斯拉的电池技术，虽设计初衷主要针对电动汽车，但已逐渐在其他领域大展拳脚。AMS对众多供应商展开了评估，但肯尼迪透露，“显然从一开始我们就明白，特斯拉的技术最为出众。”她说，“我们计划把特斯拉的电池产品应用在大量的项目中，除了Edison储能项目外，我们的筹划范围十分广泛。”但她拒绝透露交易涉及金额或进行报价比较。AMS的储能系统往往被安装在商业和工业建筑中或与本地电网连接。当某区域的电力需求较高，安装了AMS系统的建筑就能够利用储能设备发电，使空闲电力用于其它用途。（阿树）
本文来源：网易科技报道
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特斯拉告诉你一块3000美元的家用电池到底能干嘛？
当地时间4月30日晚8点，特斯拉汽车公司在洛杉矶召开发布会，总裁马斯克向世界公布了一整套适用家庭、企业和公共事业的电池方案——“特斯拉能源”。当晚，特斯拉汽车公司洛杉矶设计研发中心被“特斯拉能源“提供的电能照亮。“特斯拉能源”本质上是贮存能源系统，其包括家用“特斯拉能源墙”、“特斯拉能源商业板块”和“特斯拉能源公共事业应用”三个板块。根据特斯拉的官方声明，特斯拉能源将使家庭、商业和公共事业能够通过特斯拉电池来存储可持续和可再生的电能、管理电力需求、提供电力备份、增强电网的灵活度，从而加速世界摆脱化石燃料的进程，走向可持续能源的未来。可以说，特斯拉已经不仅仅是一家汽车公司，同时它还是一家创新的能源公司。特斯拉能源（Tesla Energy）的三款产品到底是什么样子？特斯拉为什么要做储能？来看看特斯拉怎么说。●●●家庭电池能量墙（Powerwall Home Battery）特斯拉能量墙是被设计用来在居民住宅里存储能量的可充电的锂电池，它将实现转移负荷、电力备份、以及太阳能发电自给。能量墙包含特斯拉锂电池包、液态热量控制系统，和一套接受太阳能逆变器派分指令的软件。 这一整套设备将被无缝安装在墙壁上，并能和当地电网集成，以处理过剩的电力，让消费者灵活使用自己的能源储备。电池能够给客户提供许多便利，包括：1、转移负荷，节省经济开支——它可以在电力需求低谷的时候低价充电，在电价更高的需求高峰时段输出电能；2、增强太阳能源自给能力——电池能够存储过剩的太阳能发电，以便在没有太阳的时候使用；3、电力备份——在断电的时候提供电力保障家庭电池能量墙增加家庭太阳能使用的容量，同时在电网中断的时候提供电力备份保障。特斯拉能量墙提供2个版本：备份应用优化的10kWh版和日常使用优化的7kWh版。10kWh能量墙能够在电网中断的时候提供备份，在家庭最需要的时候提供电力。 如果同时配备太阳能，7kWh能量墙能够在晚上没有阳光的时候，持续提供环保低价的太阳能电力。特斯拉给安装商的价格是10kWh—3500美金，7kWh—3000美金。交付会从今年夏季晚些时候开始。能量墙规格说明：装备：安装在室内/外墙壁上逆变器：适配逆变器名单在不断增加能量：7kWh 或 10 kWh持续电量：2kW峰值电量: 3kW充放电能效：〉92%运行温度范围：零下20度至零上50度质保：10或20年尺寸：高1300mm 宽860mm 深180mm特斯拉能源商业板块以动力系统架构和特斯拉电动汽车组件为基础，通过将电池、电力电子、热量管控系统集成为一整套系统，特斯拉能源存储系统能够提供广泛的兼容性和优化便捷的安装流程。特斯拉能源存储通过存储过剩电量以及随时提供太阳能电力，让商业机构将其太阳能设备发挥至最大潜能。 商业存储将能在使用高峰期释放存储的电力，减少高峰期电力使用成本。商业版能量存储的目的为：1、最大化现场清洁能源使用；2、避免高峰期的高额账单；3、在最便宜的时候购买电能；4、通过参与电网服务，从公共事业或中间服务提供商处得到收益；5、在断电的时候支持核心商业运营。特斯拉能源公共事业应用在公共事业规模的系统上，100kWh电池能够组合扩容至500kWh至10MWh+。 通过和电网绑定的双向逆变器，这些系统能够提供2至4小时持续纯电力输出。该系统支持的应用包括高峰调节、转移负荷、响应商业用户需求，并同时提供多样的公共事业量级的可再生的电网服务。特斯拉公共事业存储的目的为：1、通过调节电力间歇来加强可再生能源生产，在需要的时候输送存储的过剩电量；2、增加资源容量。 公共事业存储作为按需生产的电力输送方式，将在为整体的发电容量做出贡献的同时，增强整个电网的灵活度；3、峰谷管理（ramp control）。 在一个大量级电能输出上升或下降的时候，公共事业存储将扮演缓冲的角色，它能够立刻输出电力，以顺畅地将输出调节至需求的层级；4、提升电力质量，阻止从传输至下游接收中的波动；5、推迟高成本长时耗的基础设施升级；6、管理高峰需求，在几秒或几毫秒内输送电力。除了汽车，特斯拉为什么还要做储能电池？特斯拉电池是什么？1、特斯拉电池是适用于办公和公共事业的电池？通过特斯拉电池，家庭、企业和公共事业均可贮存可持续、可再生的能源（如太阳能和风能），管理供电需求，提供备用电力，并增强电网的供电弹性。2、家里为什么需要电池，它是怎样工作的？虽然个人家庭使用太阳能电池板已有些年头了，但该技术有项严重缺陷：夜晚和阴天时无法使用。由于解决了太阳能存储的问题，它可以供任何时候使用，自此搬掉了家庭自产能源成为供电主流的最大障碍。特斯拉能量墙是被设计用来在居民住宅里存储能量的可充电的锂电池，它将实现转移负荷、电力备份、以及太阳能发电自给。这一整套设备将被无缝安装在墙壁上，并能和当地电网集成，以处理过剩的电力，让消费者灵活使用自己的能源储备。3、特斯拉能量墙电池和Model S的电池一样吗？我们采用了与ModelS电池相同的架构、电池管理系统和技术。但电池单元并非是同样的。 特斯拉提升了电池性能、安全性和电子技术与构造，打造了市场上最精致的储能产品。能量墙含有特斯拉锂电池组、液态温控系统和接收太阳能逆变器调度指令的软件。4、企业和公共事业如何使用特斯拉电池？通过特斯拉电池，企业可在设施用电成本最低或用电量最小的时段贮存电能，并在用电高峰期使用存储的能源，从而降低需求波动，节省电费。公共事业可与特斯拉合作储能，为商业用户进行削峰、错峰和需求响应，并可在电厂规模上提供可再生能源固定化和大量电网服务。5、为什么不直接销售家用电池？最终我们可能会这么做。现在，可通过太阳能安装商、公共事业和能源公司购买能量墙，他们可以提供安装、金融和其它服务，以在世界各地快速部署这些设备。6、能量墙电池要多少钱？特斯拉给安装商的售价：10千瓦时的为3,500美元，7千瓦时的为3,000美元。然而，大多数客户会通过太阳能电池租赁的方式购买家用电池，这样下来，电池的成本就基本可以视而不见了。我们现在已经有10千瓦时能量墙电池，专门用作备份电源，也有7千瓦时的能量墙电池，专门供日常使用。10千瓦时的能量墙电池可用作备份电源，电网断电时，能够为你的家里提供最需要的电源。配合太阳能使用时，7千瓦时的能量墙电池可供日常使用，在没有日光的时候，也能在夜晚享受到太阳能的环保和成本效益。7、特斯拉家用电池是不是只能使用太阳能？能使用风力吗？所有电池在安装时，可以有太阳能，也可没有太阳能。从根本上讲，该电池是为家庭、企业或电网提供电力储备的。太阳能家用电池需配合太阳能使用，并专门供日常使用。也可用于提供备用电源。家用备用电池可安装有太阳能或没有太阳能，但不能利用太阳能供日常使用。配合太阳能使用时，可保持面板运行；电网断电时，可在夜晚提供备用电源。如不配合太阳能使用，可在电网恢复供电前为家庭提供电力负荷。特斯拉的储能计划是什么？1、为什么特斯拉要打造储能产品线？储能传递了特斯拉可持续交通的愿景。向大众市场推出电动车只是该方程式的一半。而清洁可持续发电则是另一半。2、特斯拉是否早就有参与储能业务的打算？特斯拉一直致力提供更加便宜、更易获得和更为高效的储能解决方案。我们在Roadster和Model S电池上取得的成就，同样适用于商业系统。事实上，特斯拉早在2012年就在Tejon农场超级充电站安装了第一个商用系统。3、预计储能业务能发展到多大程度？销售额如何？超级电池工厂的年产量将有30%归储能业务，也就是每年100-150亿瓦时。4、特斯拉电池可用于微电网吗？可以，家用、商用和公共事业用的电池均可用于微电网环境。【本文经编辑转载自特斯拉官方微信公号】
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5月5日 15:25
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it茶馆 热门文章HEALER_: $格力电器(SZ000651)$ 格力储能系统，充电快，抗高温严寒，更安全。 - 雪球&来自 格力储能系统，充电快，抗高温严寒，更安全。:能源存储市场翻一番,行业机会在哪里?作者：德晟金融研究部根据市场调研机构 IHS 的一份最新报告显示，全球能源存储市场预计将会翻一番，因为家庭和企业利用储能电池补充了太阳能和其他可再生能源系统的不足。报告指出，在接下来的 10 年中，锂离子电池将成为主流的储能技术，预计将于 2025 年占据全球储能市场的 80%。仅今年一年，全球能源存储市场就有望翻倍，容量将由 2015 年的 140 万千兆瓦时增至 290 万千瓦时。IHS 首席分析师 Marianne Boust 在一份声明中说：“近年来，储能系统和太阳能光伏发电系统发展非常迅速，引起汽车制造商、石油和天然气公司以及传统电力供应商的兴趣。”在未来 10 年里，美国和日本将成为最大的能源存储市场，营收将占总体的三分之一。而 Marianne Boust 认为，随着电池成本的持续下降，储能系统也将出现在南非、肯尼亚和菲律宾等国家。
储能行业增长迅速。2015 年全球储能装机量达到 144.8GW,近五 年复合增长率 17%,行业即将迎来爆发。
新兴领域为行业增长提供驱动力。随着新能源、智能微网、电动汽 车等新兴领域的应用将进一步驱动储能行业增长,到 2020 年我国 风电、光伏装机量将分别达到 200GW 和 150GW,电动汽车保有 量达到 500 万辆,为储能行业提供了巨大的发展空间。
关注铅碳电池和锂离子电池技术。储能技术多样,包括机械储能、 电化学储能、电磁储能等多种形式。铅碳电池和锂离子电池产业链 成熟,应用领域广泛,未来技术、成本仍有较大空间。
未来市场空间巨大。多家国际知名研究机构均对行业前景给出乐观 预测。我国储能装机规模 2020 年将达到 67GW,市场规模(不含 抽水储能)将达到
补贴政策不达预期
市场需求不达预期成本下降不达预期&
1. 储能概述1.1 储能概念
储能即能量存储。从广义上来讲,储能指通过一种介质或设备,把一种能量形式用同 一种或者转换成另一种能量形式存储起来,基于未来应用需求以特定能量形式释放出来的循 环过程。狭义上讲,就是针对电能的存储,利用物理或化学方法将电能以另一种能量形式存 储起来并在需要时转换成电能释放的一系列技术和措施,其本质就是解决电能在时间和空间 分布上的不平衡。本报告主要讨论电力储能。
1.2 主要应用
电力储能技术应用广泛,可覆盖电力系统的所有环节,在发电、输电、配电和用电这四 个环节,电力储能有着各类相同以及不同的用途。总的说来,电力储能的应用可以归结为削 峰填谷、电压及电能质量调节、功率调节、调频、无功补偿、减少电网及电厂投资以及事故 电源备用等。这些功能在未来都可以提供相应的服务,并进一步创造出实际的经济价值。
表 1 电力储能主要应用&
从电力储能应用的方式和特性来看,各种应用方式对应相应的条件,如功率、放电持续 时间、循环周期、响应时间等。因此要针对不同的场合、不同的功能选择适合的储能技术。&
表 2 储能应用参数&
资料来源:IEA&
随着可再生能源、智能微网、新能源汽车等行业的兴起,储能应用也会进一步扩大。在 可再生能源并网领域,储能可实现削峰填谷平滑输出,使风光等新能源对电网更友好,提升 新能源的竞争力;分布式发电领域,储能在工商业和居民微网系统、海岛偏远无电地区的电 力设施建设等方面也可发挥重要作用;在新能源汽车领域的储能应用则包括充电桩建设、V2G(汽车到电网)以及动力电池的梯次利用等。&
1.3 行业规模
据 CNESA(中关村储能产业技术联盟)项目库不完全统计,截止 2015 年 12 月底,全球累计运行 的储能项目装机规模 144.8GW,其中抽水蓄能为 142.1GW;电化学储能项目 318 个,累计装机量为891MW。从 2010 年起,全球储能产业增速趋稳, 年复合增长率为 17%。美国、日本和中 国的电化学储能累计装机量位列全球前三名,占比分别为 44%、35%和 12%。
图 1 全球电化学储能累计装机量(MW)&图 2 中国电化学储能累计装机量(MW)&
资料来源:CNESA
中国储能市场的累计装机量为 21.9GW,其中抽水蓄能为 21.8GW;电化学储能项目装机 106MW, 占全球电化学储能项目装机总容量的 12%,与 2012 年的 4%相比,有大幅提升。近五年,中国电化学 储能市场的增速明显高于全球市场, 年复合增长率为 110%。
2. 储能技术
储能技术种类众多,主要可分为机械储能(抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能)、电 磁储能(超导储能、超级电容)和电化学储能(铅酸电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、 锂离子电池等)。
抽水储能基于其技术成熟、容量大、寿命长、成本低等特点,应用最为广泛,目前占 全球储能装机的 99%以上。电化学储能近年来随着技术进步和成本下降发展迅速,其可适 用大部分应用场景,且同抽水储能相比具备建设周期短、响应速度快、不受地理条件限制、 装机规模模块化等特点,将是未来储能技术的重要方向。2015 年全球电化学储能累计装机891MW,其中锂离子电池、钠硫电池、铅蓄电池技术占比分别为 40%、38%和 25%;我国2015 年全球电化学储能累计装机 105.5MW,排名前三位的技术为锂离子电池、钠硫电池、液流电池,占比分别为 66%、15%、13%。
2.1 储能技术介绍
2.1.1 抽水储能:技术成熟,装机规模大
抽水储能是目前最成熟、最经济的大规模储能技术。该技术是一种特殊形式的水利发 电系统,该系统集抽水与发电两类设施于一体,上、下游均设置水库,在电力负荷低谷或丰 水时期,利用其他电站提供的剩余能量,从地势低的下水库抽水到地势高的上水库中,将电 能转换为势能;在日间出现高峰负荷或枯水季节,再将上水库的水放下,驱动水轮发电机组 发电,将势能转换为电能。
抽水储能具备容量大、成本低、寿命长、技术成熟等优势,劣势主要为受地理条件限 制、建设周期长。
我国抽水储能装机容量 21.9GW,全球十大抽水储能电厂四座在中国。发改委要求到2025 年抽水蓄能装机量达到 100GW,占全国总装机容量的 4%,未来仍有较大发展空间。
表 3 全球十大抽水储能电站&
&资料来源:能源观察网
图 3 抽水储能原理图&
图 4 压缩空气储能原理图&
2.1.2 压缩空气储能:国外已实现商业化,国内仍处探索阶段
压缩空气储能是一种基于燃气轮机的储能技术,在发电量低谷期,使用过剩电力通过电 动机带动空气压缩机,将空气压缩至密闭的大容量地下洞穴或储气罐内,高峰期将压缩空气 与释放进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧后,驱动涡轮做功发电。在释能过程中,由于没 有压缩机消耗透平的输出功,因此相比于消耗同样燃料的燃气轮机系统,压缩空气储能系统 可以多产生 1 倍以上的电力,由此实现压缩空气能量和电力之间的转换。
压缩空气储能具有系统规模大、储能成本低的特点,电站建设投资和发电成本与抽水储 能电站相当;但其能量密度低、响应速度慢,并受岩石层等地形条件限制。
目前,全球只有两个投入商业化运作的压缩空气储能项目,分别是德国的 Hantorf(290MW)和美国 Alabama 州的 Mclntosh(110MW)电站,其中 Hanorf 电站已运行超过30年。我国压缩空气储能技术仍处于探索阶段,2013 年中科院工程物理研究所建成1.5MW先进压缩空气储能示范系统,电能转换效率 52%(低于国外约 70-80%的水平)。
2.1.3 飞轮储能:自放电率高,应用场景受限
飞轮储能是利用互逆式双向电机(电动/发电机)实现电能与高速旋转飞轮的机械能之 间相互转换的一种储能技术。利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来,需要能量 时,飞轮减速运行,将存储的能量释放出来。
飞轮储能技术优点是寿命长、响应速度快(一般为毫秒量级);缺点是能量密度低,自 放电率高。一般用于调频、UPS 电源,在电网中多与其他储能技术组合使用。
飞轮储能技术相对来说尚不够成熟,主要技术掌握在美德日等国,世界范围内飞轮商用 产品公司主要包括:Active Power、Beacon Power、Piller、FlywheelEnergy System 等。国内 飞轮储能近年来也取得了一定的进展,2014 年 9 月 16 日,国内第一台 200kW 工业化磁飞 轮在冀东发展集团盾石磁能科技有限责任公司调试成功,各项实验测试指标均达良好。
2.1.4 超级电容
超级电容器是一种电化学储能设备,由一组串联的电容器、隔膜以及电解液组成。当 超级电容器充电时,电解液中的正离子被吸引到负极,电子被吸引到正极,从而产生静电势, 当需要电能的时候,正、负极上的电荷被外电路释放,提供电能。
超级电容的优点为充放电速度快(可在数秒内完成),使用寿命长,循环数千次基本不 会出现退化、放电功率高(功率密度是普通电化学电池的几十至上百倍);缺点为能量密度 低(约为锂电池的十分之一)、制造成本高,目前还鲜有大规模投入商用的案例,未来寄希 望于石墨烯等新型材料技术上的突破。&
图 5 超级电容原理图图 6 超导储能原理图&资料来源:公开资料
2.1.5 超导储能
超导储能(superconducting magnetic energy storage 简称 SMES)是利用超导线圈通过整流 逆变器将电网过剩的能量以电磁能形式储存起来,在需要时再通过整流逆变器将能量馈送给 电网或作其他用途,可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率,用于提 高电力系统稳定性、改善供电品质。
超导储能的优点明显,主要表现在功率大、寿命长、质量轻、体积小和响应快等,另外, 由于超导线圈的电阻为几乎零,相应地电能存储在超导线圈中也几乎无损耗,效率基本可以 达到95%。但是,超导技术目前还不成熟,成本仍很高,除了超导体本身的费用外,维持低 温所需要的费用也相当可观。要实现超导储能的大规模应用,还需要提高超导体的临界温度、 研制出力学性能和电磁性能良好的超导线材、提高系统稳定性和使用寿命。
2.1.6 铅酸电池:技术成熟、性价比高,改进型铅炭电池极具发展前景
铅酸电池是电极由铅及氧化物制成、电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。在充电状态下, 铅酸电池的正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;放电状态下,正负极的主要成分 均为硫酸铅。
铅酸电池是最常见的电池,自 1859 年由普兰特(Plante)发明以来已使用 150 多年。 是目前技术最成熟的电化学电池技术,同时具备成本低的优势,因此仍占据着全球电池市场 最大的份额。其应用领域主要包括:汽车启动电池(包括汽车、摩托车、拖拉机、船舶、内 燃机等点火、启动、照明用)、动力电池(包括电动力车、电动叉车、电动道路车等动力用) 和储能(固定)电池三大类,其中汽车启动电池仍为主要应用市场。
铅酸电池的缺点主要是寿命短(一般只有几百次,特别是在欠充电状态(PSOC)下工 作寿命会更大幅降低)、能量密度低、存在环保问题。&
图 7 铅酸电池原理图&图 8 铅炭电池原理图&
铅酸电池固有的缺点催生出铅炭技术。铅炭电池是一种电容型铅酸电池,普通铅酸电 池的正极活性材料是氧化铅(PbO2),负极活性材料是铅(Pb),若把负极活性材料 Pb 全 部换成活性炭,则普通铅酸电池变成混合电容器;若把活性炭混合到负极活性材料 Pb 中, 则普通铅酸电池变成铅炭电池。在性能方面,铅炭电池同时具有铅酸电池和电容器的特点, 既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点,也发挥了铅酸电池的比能量优势。另外,活性炭 的加入,阻止了负极硫酸盐化现象,改善了过去电池失效的一个因素,更延长了电池寿命。
铅炭电池相比传统铅酸电池有着以下优势:一是充放电功率高,充放电速度是传统铅 酸电池的几倍;二是循环寿命更长,循环充电次数可达
次,是传统铅酸电池的 4倍以上;三是性价比高,比铅酸电池的售价有所提高,但循环使用的寿命提升大幅降低了单 位成本。因此在储能和新能源汽车领域都有很好的应用前景,未来有很大的发展潜力和空间。 目前铅炭电池已经被视为和锂离子电池、钠硫电池并列的三大主流化学储能技术之一。
铅炭电池受到了国内外大型铅酸电池生产商的关注。美国的国际动力公司(Axion)在2006 年便已经建立铅炭电池生产线,2009 年便开始批量销售铅炭电池,其开发的0.5MW储能系统已实现并网;日本古河公司开发的FPC系列铅碳电池已开始进入市场应用,其产品 设计寿命15年,循环寿命超过4000次,并具有高容量深循环的特点,可适用各种在网、离网 应用;圣阳股份与日本古河于2014年签订合作协议,授权圣阳股份在中国工厂进行FPC系列 电池的本地化生产;南都电源开发的铅炭电池已达到国际水平,目前已有临安2MWh的光储 一体化企业级微网储能电站、浙江鹿西岛4MWh新能源微网储能项目、珠海万山海岛6MWh新能源微电网示范项目等多个项目进入运行或调试阶段。
2.1.7 液流电池:期待技术改进降低成本
液流电池是通过可溶电对在惰性电极上发生电化学反应而完成储电放电的一类电池。 包括全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池和多硫化钠/溴液流电池等,其中全钒液 流电池相关研究较多。
全钒液流电池是利用正负极电解液分开各自循环的一种新型的大型储能装置,正负极使 用全钒盐溶液为钒电池,电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中,通过 外接泵把电解液压入电池堆体内,在机械动力作用下,使其在不同的储液罐和半电池的闭合 回路中循环流动,采用质子交换膜作为电池组的隔膜,电解质溶液平行流过电极表面并发生 电化学反应,通过双电极板收集和传导电流,从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。&
液流电池输出功率取决于电池电极反应面积和电堆单电池节数;而储能容量则取决于电 解质溶液的体积和浓度,两者可独立设计互不干涉,满足不同需求。这是液流电池与其他电 池相比最显著的特点。
其优势主要为大容量、使用寿命长,应用前景主要为备用电源及可再生能源并网。劣势 主要在于能量密度较低,体积大,工艺复杂,成本高。
图 9 液流电池原理图&图 10 钠硫电池原理图&
2.1.8 钠硫电池:已实现商用,技术独家垄断
钠硫电池的作用机制是基于高温电化学反应。与一般的电化学电池都是固体电极、液 体电解质不同,钠硫电池是由熔融液态电极和固体电解质组成的,外壳则一般是由不锈钢等 金属材料制成的。存放在安全套管中的熔融金属钠作为电池负极,在安全套管外的硫元素作 为负极,贝塔氧化铝陶瓷薄膜其隔膜和电解质的作用。钠硫电池的放电原理是金属钠在陶瓷 界面被氧化,失去电子成为钠离子,进而穿过陶瓷薄膜和安全套管进入到 S 元素中去,与 硫元素生成 Na2S5,充电的过程正好相反。
钠硫电池具有能量密度高,功率特性好,循环寿命长等优势;缺点主要是使用液态钠, 电池在 300 度以上的高温下运行,存在安全性问题,这也限制了它的应用场景。
日本在钠硫电池技术方面遥遥领先于其他国家和地区,NGK 是当前全球范围内唯一能 提供钠硫电池工业化产品的厂商。近来中国正积极开展钠硫电池的研发和产业化探索工作, 目前上海硅酸盐研究所已推出单体电池原型产品。
2.1.9 锂离子电池:最具发展潜力
锂离子电池是以含锂的化合物作正极,在充放电过程中,通过锂离子在电池正负极之 间的往返脱出和嵌入实现充放电的一种二次电池。锂离子电池实际上是锂离子的一种浓差电 池,当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负 极,并嵌入到负极材料的微孔中;放电时,嵌在负极材料中的锂离子脱出,运动回正极。
由于锂电池能量密度高,循环寿命长,并且无记忆效应,广泛的应用于数码产品、电动 工具、电动自行车、新能源汽车和储能等。劣势是成本较高(约是铅酸电池的 2-3 倍),过 充导致发热存在一定的安全性问题,电池一致性较差对 BMS(电池管理系统)的要求较高。
锂离子电池在技术和成本上仍有较大进步空间,特别是随着新能源车和储能市场的兴起,&锂离子电池的市场规模将进一步扩大。全球的主要锂电池生产商主要集中在中日韩三国,包括日本的三洋、索尼、松下,韩国的三星 SDI、LG,中国的 ATL、比亚迪、力神等。
2.2 储能技术对比
2.2.1 技术成熟度
根据 IEA 发布的储能技术路线图表明,目前抽水储能已经完全成熟,并大规模进行了商业 化应用,未来的投资成本和度电成本将保持稳定。压缩空气储能也已经步入商业化应用的边缘, 成本下降空间相对有限。锂电已经度过验证和部署的初级阶段,未来存在很大的成本下移空间,IEA 并没有给出铅炭电池的技术成熟度情况,我们判断其与锂电的技术成熟度基础处于同一水平。 钠硫电池的技术成熟度领先于锂电和铅炭电池,但商用技术基本被 NGK 独家垄断。而液流电池 技术仍处于研发阶段的尾端,技术进展落后于锂电、铅酸和钠硫电池。
图 11 储能技术成熟度&
资料来源:IEA2.2.2 装机规模
根据 CNESA 统计,全球和我国储能累计装机量分别为 144.8GW 和 21.9GW,其中 99%以上为抽水储能。全球电化学储能装机量为 891MW,主要采用锂离子和钠硫电池技术;我 国电化学储能装机量 106MW,其中三分之二为锂离子电池技术。&
图 12 全球电化学储能技术分布
图 13 中国电化学储能技术分布&
表 4 全球十大电池储能项目&
资料来源:北极星电力网
2.2.3 应用领域
各种储能技术因其自身特点不同适用的应用领域也有所不同。从全球范围来看,锂离 子电池在各个领域均有广泛应用,钠硫电池在电力输配和可再生能源并网应用中占比最大, 铅蓄电池和液流电池在可再生能源并网、分布式微网领域占据了一定的市场份额。从国内情 况来看,在电力输配、辅助服务、EV 充换电占应用领域锂离子电池的占有率为 100%;铅 蓄电池的应用主要集中在分布式微网领域;液流电池应用主要集中在可再生能源并网。&
图 14 全球储能技术及应用&图 15 中国储能技术及应用&
资料来源:CNEST
从成本上来比较,根据 Sandia National Lab 测算的各项技术在所适用的应用领域的度电 成本来看,铅蓄电池在分布式微网应用中成本最低,钠硫电池目前在电力输配和可再生能源 并网领域相对锂离子电池具备一定的成本优势。
表 5 储能技术度电成本($/kwh)&
资料来源:Sandia National Lab2.2.4 综合比较&
重点关注锂离子电池和铅炭电池技术
综合来看,铅酸电池仍是当前发展最成熟、最具成本优势的技术,但其寿命短和功率低 等劣势限制了其进一步发展。改进的铅碳电池技术大大改善了寿命和功率的短板,且保持了 铅酸电池的成本优势,有可能成为未来储能主流技术之一;锂电池在装机规模、应用领域上 都具有明显的优势。且锂电池各项技术参数均表现不俗,功率密度、能量密度、效率均领先 于其他电池技术,无明显短板,国内的产业链比较成熟,技术和成本都还有较大进步空间, 是最具发展潜力的电池技术。&
3. 储能应用分析3.1 常规电力系统:覆盖发输配用全部环节
3.1.1 电网侧——替代峰值发电机组,提高设备利用率
在电力系统的发电端和电网输配侧,电力公司和电网公司在设计的时候都是按照最大功 率并配合一定的安全裕度进行规划设计,即发电和输配电必须保证最大用电负荷需求。而实 际用电负荷功率都存在着峰、谷波动,这就导致发电设备和电网长期处于相对较低的利用率, 每年的检修费、设备正常维护费、损坏更换费用都是一笔巨额的开支。
储能系统能够在负荷低谷的时候,储存发出的多余电量,并存放在发电侧和输配电侧。 当符合峰值时,可以将负荷谷底存储的多余电量发送给电网,满足峰值负荷的需求。这样, 以后发电公司和电网公司的设计规划都不需要按照最大功率值进行设计,减少不必要的投资, 提高设备利用率。&
图 16 储能电站调峰示意图&
资料来源:公开资料
同常规调峰的火电机组相比,储能还具备以下优势:第一,响应时间快,一般的火电 机组响应时间在 10 分钟以上,而储能系统可在 1 秒之内快速响应,可更好维护电网稳定性; 第二,储能系统可随时充放电对电网形成正反双向影响,火电机组无法充电消耗多余电力; 第三,火电机组运行需要消耗大量的水资源,而储能系统不需要;第四,储能系统的利用率 可达 90%以上,而调峰火电机组利用率一般仅为 6-10%。
从经济性角度来看,根据美国能源局预测,美国未来五年因用电波峰带来的新增发电 机组投资将达到 750 亿美元,如果以储能代替可节省 150 亿(20%)。下表是美国电力公司AES 的储能装置与 NRG 公司燃气轮机调峰机组的对比,从 EBITDA 和净利润来看,储能装 置均具备一定的优势。&
资料来源:NRG AES3.1.2 用户侧——节约峰值用电成本
将储能电站用于用户侧,可以提高电能质量,增强系统的供电可靠性。从技术上来说,&
现在已经可以利用储能系统为每一个用户(家用、商用或者工业用户)提供不间断的高质量 供电电源,而且可以让用户自主选择何时通过配电回路从电网获取电能或向电网回馈电能。
用户可以根据当地的峰谷电价差值管理储能系统,规避峰值用电从而节约用电成本。 以美国加州为例,对下游工商业电价,目前有三种普遍选择方案:&
可以看到在方案三中,最大的峰谷电价差值达到$&0.45/kwh。从储能成本来看,参照 Tesla推出的 PowerWall 产品,容量 7kwh,售价 3000 美元,测算的每度电的储能成本约 0.15 美 元。对峰谷电价差值较大的工商业用户已经具备了一定的经济性。&
资料来源:Tesla
特斯拉预计到 2020 年其电池包价格将下降到$200/kwh,储能系统成本降低至$&&300/kwh(约为当前的一半),届时储能系统在用户侧的应用将更具竞争力。&
图 17 Tesla 电池成本预测&
资料来源:Tesla目前美国储能在用户侧应用仅占 10%,但根据 GTM 预测,储能应用将逐步由发电侧向
用电侧过度,到 2019 年用户侧应用将达到 54%(其中工商业用户 28%,居民用户 26%)。&图 18 美国储能装机变化趋势
对我国来说,目前工商业峰谷电价差一般不超过 0.8 元/kwh,居民用电则更低,因此 在当前无补贴的情况下,相对储能系统约 1 元/kwh 的成本来说尚不具备套利空间。
3.2 可再生能源并网:平滑输出,提升竞争力
风电、光伏等可再生能源大规模并网面临着难预测、难控制、难调度的问题,需要建 设大量的备用容量和调峰电源。风光出力多变和瞬间冲击,影响电网的暂态及频率稳定性。 同时,风光大规模并网引起电压水平降低,风机中的电子设备带来谐波污染,影响电能质量。 这导致了我国西北等风光资源丰富但消纳能力较差的地区出现了大规模的弃风弃光现象,根 据国家能源局统计,2015 年全国弃风率和弃光率分别为 15%和 10%,甘肃、新疆等严重地 区甚至超过 30%。
因此在新能源电站中引入储能系统就变得十分必要。储能技术可以根据调度计划、风速预 测和光照预测,对风电场、光伏电站、储能系统和变电站进行全景监测、智能优化。从而平 滑电能输出曲线保持电源稳定,还可实施跟踪调度计划使风光发电变得可预测、可控制、可 调度。使新能源发电对电网更友好,提升与传统能源的竞争力。&
我国已经在新能源+储能应用领域开展了多个示范项目,典型示范项目包括张北国家风 光储能示范工程、青海玉树光储离网电站、敦煌风光储能示范项目、国电和风北镇风电场、 卧牛石风电场等。其中张北国家风光储能示范工程总规划为陆上风电装机 500MW,光伏装 机 100MW,储能装机容量一期为 20MW,二期规划容量达 70MW,项目将由“示范”向“商 业化”转型。一期项目采用锂离子电池、液流电池、铅酸电池等多种类型的化学电池,从而 实现了对大规模且不同类型的电池集中管理、统一协调、实施调控。其中锂电池装机量 14MW、 全钒液流电池 2MW(普能)、铅酸电池 4MW(江苏双登、南都电源),共计 9 个储能单元、27.46 万节单体电池,并配套有不同拓扑结构的 PCS 46 台。
表 6 张北风光储示范项目一期中标情况&
&资料来源:公开资料&3.3分布式微网
分布式发电是指位于用户所在地附近,不以大规模远距离输送电力为目的,所生产的 电力除由用户自用和就近利用外,多余电力送入当地配电网的发电设施、发电系统或有电力 输出的能源综合梯级利用多联供系统。一般指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、 分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括:以液体或气体为燃料的内燃 机、微型燃气轮机、太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电等。
微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而 成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与大电网 并网运行,也可以孤立运行。微网是未来分布式发电系统的高级应用形式,是智能电网的重 要组成部分。
分布式发电及微网已经成为储能最热点的应用领域之一,就目前已展开的项目看,包含 储能系统的分布式发电及微网项目主要应用于社区、工业、商业、户用、海岛、偏远地区、 军方等领域。其中社区类的项目数量是最多的,占所有项目数量的 50%,主要分布在美国 和日本。其次是海岛和偏远地区类储能项目,分别占总项目数量的 12%和 9%,主要是在中 国和美国。
按照国家能源规划,到 2020 年,分布式的装机容量将达到 210GW,占全国装机的 11%。 无电地区供电项目的总投资为 294 亿元,270 万无电人口中有 120 万需要通过光伏+储能 的微网来解决供电。储能作为分布式发电及微网的关键支撑技术,在该领域具有巨大的应用 潜力。&
3.4 电动汽车:快速扩张为储能发展带来新机遇
近年来我国新能源车行业发展迅速,2015 年新能源汽车生产 340471 辆,销售 331092辆,同比分别增长 3.3 倍和 3.4 倍,其中纯电动汽车产销分别完成 254633 辆和 247482 辆, 同比分别增长 4.2 倍和 4.5 倍。新能源车行业的快速扩张也为储能带来了新的机遇。
3.4.1 充电设施——新能源+储能
以太阳能为主的可再生能源可以为新能源汽车充电桩进行充电,该种模式有效地对可再 生能源进行了消纳,用清洁的电力替代了燃油,对于新能源汽车的推广有着重大的意义。电 动汽车在充电接入各类电网时主要有以下四类问题:1)对配电网电压调节的影响;2)对三 相相位平衡的影响;3)对负荷平衡的影响;4)对电网的谐波影响。配置了储能系统之后, 可以带来以下优点:1)电动汽车充电瞬间需要高能量、大功率,而普通的光伏发电功率以 及能量都无法满足,因此需要通过储能装置进行能量收集,在电动汽车充电时再进行释放;2)在储能的配合下,电动汽车充电可以实现风能、太阳能等可再生能源利用的最大化,一 定程度上缓解峰谷平衡问题,配合了储能后充放储充电站的经济性更好;3)电力储能系统 的加入可以通过电力电子双向变流和控制手段,减少上谐波等影响,改善电动汽车接入时造 成的谐振,促进电动汽车更稳定地进行电量充放。
我国的充电桩建设相对新能源车的发展相对滞后,目前车桩比约为 4:1,远远低于 1:1的标配水平。2015 年国家发改委等部门发布《电动汽车充电基础设施发展指南(年)》提出,到 2020 年,新增集中式充换电站超过 1.2 万座,分散式充电桩超过 480 万个, 以满足全国 500 万辆电动汽车充电需求。市场规模将达到千亿级别。
图 19 结合光伏发电的充电设施&图 20 V2G 系统&
3.4.2 V2G(汽车到电网)
从中长期看,新能源汽车的发展也将加速 V2G(vehicle-to-grid)的建设。新能源汽车 可以作为可移动的储能装臵,当不在运行的时候,通过联接到电网的电动马达将能量输给电 网,而当电动车的电池需要充电时,电流可以从电网中提取出来给到电池。V2G 可以实现 电动汽车低价充电高价放电,也可对电网系统提供削峰填谷的功能,同时通过调整车载电池 的充电速率而对电网频率加以调节是提高电能质量的一种可行方式,可实现整个微网的能量双向 互动,是未来智能微网建设的重要一环。&
3.4.3 动力电池梯次利用
一般来说,动力电池容量低于 80%就不能继续用在电动汽车上了(寿命约为 3-4 年), 但这并不意味着退役的电池已经失去价值,而是可以通过拆解、检测和分类后继续应用于其 他领域。储能行业为动力电池的梯次利用提供了巨大的空间。这既可大幅降低储能系统的成 本,又可提高资源利用率减少废旧电池对环境的污染。以美国初创公司 FreeWire 为例,该 公司利用日产leaf的退役动力电池做移动充电车,其相关产品的每kwh成本只有 100 美元, 仅为全新电池系统的 1/4-1/3。
我国规划到 2020 年,新能源车累计产销量达到 500 万辆,以平均电池容量 40kwh 计算, 总容量为 200Gwh,退役后容量约 160GW,可以配置 40GW 的 4 小时储能系统。我国风电、 光伏的装机量到 2020 年预计分别为 200GW 和 150GW,即通过电池梯次利用可为超过 10%的新能源装机配置储能系统。
当然,目前的动力电池梯次利用还存在着可靠性和安全性等方面的技术难点,短期难 以大规模推广。美国、日本的国家已经具备了一定的技术和经验,并有一些成功的商业项目 在运行,我国近年也开展了相关的研究并建设了示范项目。
表 7 国内外动力电池梯次利用项目&
4. 储能政策4.1 各国政策&
4.2 中国政策
近年来,中央和地方地方政府都陆续出台了一系列支持储能市场发展的政策和措施,但 是系统性的指导方针和具体的税收、补贴政策仍然没有出台,现有的政策更多是散落在各种 对新能源发展扶持政策之中。整体来看,我国目前还缺乏系统的鼓励储能发展的政策体系, 预计随着十三五规划的发布,储能行业的补贴政策将可能在近期出台。&
在无补贴的情况下,储能系统尚不具备经济性。参照光伏行业的发展,储能行业也将 按照政府补贴——行业规模化——成本下降——补贴削减的路径发展。根据研究机构的预测, 目前要实现储能的经济性,所需补贴额度约 0.5-0.6 元/kwh,到 2020 年将下降到 0.1 元/kwh以下。
图 21 储能所需补贴测算&
资料来源:Berkeley National Lab5. 市场前景
5.1 储能技术融资情况
根据 CNESA 的不完全统计,2014 年 7 月至 2015 年 6 月间,共 8 家公司通过融资形式 解决了公司债务、技术研发、项目部署、市场拓展等问题,总金额 3.07 亿美元。
5.2 成本趋势预测随着技术的进步,各项技术的成本将持续下降。根据 CNESA 的预测,锂电池、钠硫电池、液流电池等成本到 2020 年将分别下降 20%-40%。图 22 储能技术成本趋势&
资料来源:CNESA
5.3 市场规模预测针对未来储能市场的发展规模,多家知名研究机构发布了研究报告,对未来储能市场纷纷做出了积极乐观的预测。&
根据 CNESA 预测,到 2020 年中国储能市场规模将达到 66.8GW,其中抽水蓄能的规模 为 35GW,包含参与车电互联的电动汽车动力电池在内的其他储能技术的市场规模将超过31GW。按照平均储能时间 4h,装机成本 2-3 元/wh 估算,未来五年我国电池储能市场规模 为
5.4 主要公司储能系统产业链主要包括电池设备供应商、储能管理系统供应商、储能系统集成商以
及储能系统的开发商。
图 23 主要储能公司&对精选个股研报感兴趣的看官可持续关注我们的雪球账号"德晟金融”。光伏行业精选个股研报专题: &1.Tesla收购的是蛋糕还是毒药？解读SolarCity(NASDAQ:SCTY) &&&2.引领光伏领域的革命:第一太阳能First Solar(NASDAQ:FSLR) &&3.布局P系列多晶硅组件,做空or做多的机会?SunPower(NASDAQ:SPWR) &&4.光伏组件生产线供应商:博硕光电& &其他德晟原创研报 &新型材料行业精选个股研报专题:&&1.中国石墨烯商业化龙头：宝峰时尚(HK:01121) &TMT行业精选个股研报专题：&1.公布财报盘后暴跌,Netflix研报或揭主因 &2.深入解读支付巨人：PayPal(NASDAQ:PYPL) &&3.全球 CDN 行业龙头：Akamai(NASDAQ:AKAM)
&生物医药行业精选个股研报专题:&&1.美股生物医药行业研报:因赛特医药(Nasdaq:INCY) &&&2.美股生物医药行业研报:新基医药(NASDAQ:CELG) &&3.美股生物医药行业研报:快捷药方(NASDAQ:ESRX)
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