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研究报告
储能行业研究
来源: | 作者:君研投研团队 | 发布时间: 2021-11-09 | 6370 次浏览 | 分享到:

今年3月15日召开的中央财经委员会第九次会议提出,要构建以新能源为主体的新型电力系统。由于风电、光伏等新能源具有间歇性、不稳定的特点,大规模的新能源并网将给电网的稳定性和安全性带来威胁,按照欧洲发达国家的经验,当风电、光伏发电超过电网总功率的6%时,就会影响电网的稳定运行。

目前我国电力结构如下图,新能源装机量已迫近电网消纳能力的极限,必须要加装储能装置以实现新能源发电的可控,推动能源系统由目前以化石能源为主导转向以新能源为主导。

 12020年我国电力能源结构

一、行业发展历史拐点回顾


储能项目的收益主要取决于:

(1)电价:电源电网侧的调峰/调频辅助服务费、用户侧的峰谷价差。

(2)成本:我国抽水蓄能电站的度电成本约为0.21-0.25元/kWh,电化学储能的度电约为0.6-0.8元/kWh。

 2:储能项目收益杠杆

抽水蓄能是目前最成熟、成本最低、已投运装机规模最大的主流储能技术,但抽水蓄能对建造地址要求较高,开发周期长。

 3:抽水蓄能电站工作原理

2020我国已投运水电装机容量为370GW,其中抽水蓄能31.49GW,据统计我国水电开发极限是432GW,容易开发的水电资源已开发完毕,因此发展新型储能刻不容缓。

电化学储能是目前发展势头最好的新型储能,以锂电池为主,在电动车规模效应的带动下,锂电池价格快速下降,年度降幅接近15%。

 4:锂电池平均价格预测/$/kWh(引自彭博财经、国海证券研究所)

2018年,随着电芯价格跌破1元/WH,全球电化学新增装机量同比增长305%,首度突破GW大关达到3.7GW。

 5:全球电化学储能新增装机及增速

同期我国电化学新增装机0.7GW,同比增长465%,增速为历年之最。

 6:我国电化学储能新增装机及增速

我国早期的储能设施主要由电网投资,用以削峰填谷,备用调节。2018年,江苏、河南、湖南等省电网公司相继发布了百MW级储能项目的采购需求,促使当年新增投运的电网侧电化学储能规模达到206.8MW,占全国新增电化学储能规模的36%,居各类储能应用之首。

然而,2019年5月发改委、能源局印发《输配电定价成本监审办法》(发改价格规〔2019〕897号),明确“电储能设施不得计入输配电定价成本”,为电网侧储能建设踩下了急刹车,叠加工商业电价下降导致峰谷价差收窄,导致2019年国内电化学储能新增装机量同比下降13%,仅为0.61GW。

12018年发布的部分电网侧储能招标需求

2020年底,我国储能行业的系统成本突破了业内公认的1500元/WH的关键拐点,新增电化学储能储能装机规模达到1559.6MW,首次突破GW大关,是2019年同期装机量的2.4倍。

通过回顾行业发展历史的重要拐点可以看到,作为过去主流储能技术的抽水蓄能,其开发潜力已迫近天花板;化学储能将贡献当前及未来一段时间内的主要新增储能装机量,成为当下的主流储能技术,这其中最核心的原因是成本;储能行业尚处于商业化初期,政策对其发展将施加决定性的影响。

二、需求端现状


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需求总量


据中关村储能产业技术联盟(CNESA)《储能产业研究白皮书2021》不完全统计,截至2020年底,全球储能项目累计已投运装机规模达191.1GW,同比增长3.4%。其中:

1)抽水蓄能累计装机规模最大,达172.5GW,同比增长0.9%;

2)电化学储能和锂离子电池的累计装机规模均首次突破10GW,分别达到14.2/13.1GW,其中2020年全球电化学储能新增装机达4.7GW,同比增长62%,占据了主要增量。

 7:全球储能项目累计已投运装机规模统计及增速

 8:全球电化学储能新增装机及增速

截至2020年底我储能项目累计已投运装机规模达35.6GW,同比增长9.8%。其中:

1)抽水蓄能的累计装机规模最大,达31.8GW,同比增长4.9%;

2)其次是电化学储能,装机规模为3.3GW,同比增长91.2%,其中2020年新增装机首度突破1GW,处于快速增长之中。

 9:我国储能项目累计已投运装机规模统计及增速

 10:我国电化学储能新增装机及增速

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需求分布


目前我国储能市场形成了与电力系统“发-输-配-用”环节相对应的电源侧、电网侧、用户侧三大相对成熟的应用场景。

 11:电力系统储能应用场景(引自派能科技招股说明书)

具体来看:

1、发电侧,储能系统可以解决风电、光伏由于间歇性和不稳定而对电网造成的冲击,以及由此带来的弃风弃电问题。

2、电网侧,储能系统可提供削峰填谷和调峰调频等辅助服务,保障电网稳定运转。

3、用户侧,储能系统可用于削峰填谷,节省电费;也可以用作备用电源,保障用户用电安全。

 122021年上半年储能项目应用分布

三、供给端现状


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产业链


储能产业链全景图如下:

上游包括储能电池原材料及零部件供应商,中游即储能电池设备供应商及系统集成商,下游为安装商及终端用户。

 13:储能产业链全景图(引自储能100人、兴业证券)

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成本结构


储能系统成本,电池占比达60%,其次是PCS(变流器)、EMS(能量管理系统)和BMS(电池管理系统),占比分别为20%、10%和5%

 14:储能系统成本结构
其中,与其他电子行业一样,零部件、设备供应商主要以技术为其核心竞争力,毛利率水平高,竞争壁垒宽厚,而系统集成商则毛利率水平较低,依赖运营能力和销量,因此零部件、设备供应商是我们关注的重点,而系统集成商则是我们关注的侧面。
1、电池:大方向是朝安全、长寿、低成本的方向发展,因此磷酸铁锂电池将占据主流。

 表2:磷酸铁锂电池与三元锂电池的主要性能指标对比
预计该环节将由动力电池龙头引领,但由于储能行业远未成熟,行业规模正在快速扩张,拥有核心技术和优秀管理能力的其他非龙头厂商也将分得一块不小的蛋糕。
2、PCS:参考光伏逆变器竞争格局,未来PCS厂商也可能出现几家独大,重点应关注其品牌力、迭代降本能力、渠道能力等三大核心竞争力。
3、EMS:由于储能系统能量管理基于与电网的交互,因此国网系公司具备天然优势,该环节企业的核心竞争力在于软件开发能力和能量优化策略设计能力。
4、BMS:目前技术尚不成熟、缺乏行业标准、竞争格局分散,长远来看,可能会延续动力电池BMS的市场格局。
5、系统集成:目前国内有诸多系统集成商,除专业化集成模式外,还有全产业发展模式、设备供应商向系统集成商转型模式,但参考先发国家经验来看,鉴于储能系统集成业务的多维度要求,通晓电池技术与能源系统,兼具品牌力、当地渠道、运维服务的专业化第三方系统集成商将扮演最重要的角色。

四、行业影响因素


从全球范围来看,欧洲2020储能新增装机量再创新高,跃居全球累计储能的最大市场,其主要增量由德英贡献。其中德国是全球最大的户用储能市场,这主要由德国居民电价高企及及补贴政策转向家用储能所致,而英国新增装机量则主要由大型储能项目部署拉动。
韩国2020因储能电池安全事件影响,新增装机量出现下滑,但仍居全球第二大储能市场。
美国2020年成为全球第三大储能市场,其未来增量主要来自于公共事业储能项目集中落地,以及电力供应不稳所激发的户用储能需求。
结合成本下降带来电化学储能装机量剧增、《输配电定价成本监审办法》等我国储能行业发展的关键拐点,参考影响其他国家储能行业的关键因素,笔者认为储能行业短期内主要由政策决定,叠加安全性及供电是否稳定等因素,而长期内储能系统的成本是关键变量。

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短期 


1、发电侧:目前新疆/山东/安徽/内蒙古/江西/湖南/河南等近30个省份相继出台储能相关政策,多明确要求新增风光装机按不低于10%比例配置储能,储能时长不低于2小时。
据国家能源局数据显示,截至2021年9月,我国风能、太阳能装机容量分别为297GW和275亿GW,合计约574GW,要实现2030年总装机容量1200GW的目标,平均每年需要新增装机规模为62.5GW,按10%配置比例计算,每年需要新增储能装机规模为6.25GW,这与发改委、能源局提出的到2025年实现新型储能装机规模达30GW以上的目标不谋而合。
2、电网侧:目前国内正在逐步完善辅助服务相关补偿机制,明晰各方角色。2021年8月,发改委、能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,为鼓励发电企业市场化参与调峰资源建设,超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率15%的挂钩比例(时长4小时以上)配建调峰能力,按照20%以上挂钩比例进行配建的优先并网。但笔者认为这部分未来将主要由成为独立市场主体的第三方储能项目运营商担纲。
3、用户侧:工商业用户方面,2021年10月12日,国家发展改革委印发《关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》,全面建立起建立起“能跌能涨”的市场化电价机制。全面执行市场化分时电价、扩大峰谷价差将进一步驱动储能发展,工商业配储空间全面打开。
家用储能方面,虽然国内家用储能暂无性价比,但夏季、冬季用电双高峰愈加明显,叠加电力系统稳定运行难度不断加大,近期已出现多起限电停电事件,将催生出部分家用储能需求,随着储能系统成本的下降,这部分市场规模将稳定扩张。相比之下,海外部分地区电价高、供电不稳定,叠加灾害天气频发,家用储能会较我国而率先放量。

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长期 


目前储能新增装机量主要来自电化学储能,其降本主要依赖提升循环寿命以及电池成本的下降,据估算,到2025年储能系统成本将下降到0.84元/WH,彼时全球电化学储能装机量将大幅提升。

 15:我国2000-2020各类储能装机规模技术分布
从主流储能技术的发展历程来看,目前全球处于逐步从抽蓄水能向以锂电池为主的电化学储能的过渡阶段,而在较长远的未来,那电池和氢能技术则有可能占据主流:
在可用于开发抽水蓄能的自然资源已逐步耗尽,电化学储能成本快速下降的背景下,电化学储能已进入商业化阶段,正逐步取代抽水蓄能成为新增装机量的主要贡献者。而从安全性、成本、能量密度等方面考量,磷酸铁锂电池成为性价比最高的技术方向。
此外,动力电池的容量低于80%后不能再用于汽车,但可被二次改造用于储能系统,能够稳定工作超过10年,虽然动力电池退役潮的到来,能够压缩成本的厂商将占据这一部分市场份额。
从长远来看,钠电池虽然循环寿命和能量密度有待提高,但其成本较低,有成为取代锂电池而成为主流电化学储能技术的潜力。宁德时代在2021年7月底发布了第一代钠电池,循环次数可达到3000次以上,据测算,当其循环次数达到4500次以上时,则在经济性方面就具备与锂电池抗衡的条件。
氢能是极富潜力的大规模储能技术。氢储能能量密度高、容量大,可同时适用于长、短时间供电的能量储备场景,是少有的能够储存上百GWh以上的储能形式,且其运行维护成本较低。目前制约氢储能的主要因素是往返效率低,储能周期中约60%的初始电能会损失,而锂电池这一数据仅为15%。在放电时长小于50小时的情境下,抽水蓄能和锂电池的成本更低,但随着我国电力结构中新能源占比的增加,对储能系统的放电市场要求将会更高,氢储能将变得更具吸引力。

五、未来发展趋势


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需求总量 


1、政策规划

2021年7月,发改委、能源局正式发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》(下称“意见”),提出到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,新型储能装机规模达30GW以上,到2030年实现新型储能全面市场化发展。在规划引导方面,《意见》提出大力推进电源侧储能项目建设,布局一批配置储能的系统友好型新能源电站项目;积极推动电网侧储能合理化布局;积极支持用户侧储能多元化发展。

按意见的主要目标,到2025年,我国新型储能装机规模将从2020年底的3.28GW增加到2025年的30GW以上,对应未来5年年均复合增速超过55%,其中锂电池将是主力军。

 16:《意见》规划到2025年新型储能装机规模达到30GW以上

2、需求测算

自2015年以来,我国最大用电负荷年均复合增速为7.4%,明显快于用电量增速,如果按照该增速,在2021年最大用电负荷为1189GW的基础上,可以预测得到2025年我国最大用电负荷接近1700GW。

据中电联预测,2025年我国发电装机容量为2850GW,按火电、核电接近满发,水电、气电50%出力,风电10%出力,光伏0出力来计,对应近1600GW的出力,最大用电负荷出现时,有将近100GW的负荷缺口。

 表320261月晚间国内发电装机出力情况预测(GW

到2025年,国内抽水蓄能装机预计接近60GW,剩余近40GW的调峰任务将主要由电化学储能承担,这一结果与《意见》提出的到2025年实现新型储能装机规模达30GW以上的规划目标大体相符。

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需求分布


目前,不同场景下储能的盈利模式及发展阻碍如下

 4:不同应用场景下储能的盈利模式及现阶段发展障碍

储能项目的受益方为电力系统和电力用户,但当前我国市场电价体系仍未完全建成,储能项目收益方式、成本传导机制尚不明确,加之储能属于典型的长周期投资、重资产项目,因此各方没有自主建设储能项目的强烈意愿。

1、发电侧:2021年8月能源局发布的《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,允许发电企业购买储能或调峰能力增加并网规模;地方层面,以山东为例,2021年7月发布了《关于促进全省可再生能源高质量发展的意见》,要求加快储能设施建设,自2021年起,新增集中式风电、光伏发电项目原则上按照不低于装机容量10%配建或租赁储能设施。政策层面对发电企业自建或租赁储能项目提出了指标要求和激励措施,但由于储能项目的建设属于纯成本,因此发电企业对储能项目的主要需求为低成本。

2、电网侧:《意见》提出“明确新型储能独立市场主体地位。研究建立储能参与中长期交易、现货和辅助服务等各类电力市场的准入条件、交易机制和技术标准,加快推动储能进入并允许同时参与各类电力市场。因地制宜建立完善“按效果付费”的电力辅助服务补偿机制,深化电力辅助服务市场机制,鼓励储能作为独立市场主体参与辅助服务市场。鼓励探索建设共享储能。”这为后续新型储能作为独立于发电企业、电网系统的市场主体打开了窗户,但目前这一部分仍处于早期拓荒阶段。

3、用户侧:正如前文分析,全面执行市场化分时电价、扩大峰谷价差将进一步驱动储能发展,工商业配储空间全面打开;家用储能方面,我国相关市场需求将稳步增长,国外部分地区将率先放量。

综合来看,在我国电力系统不稳加剧、电储能设施不得计入输配电定价成本、新增风光项目需要按比例配套储能的前提下,博弈的主要压力落在新能源发电企业一方,可以预见,《意见》所规划的到2025年实现30GW以上新型储能装机规模中,主要增量来自于发电侧。而储能可作为独立市场向发电侧企业提供容量租赁,向电网侧提供辅助服务,一旦相关准入条件、交易机制和技术标准被理顺,笔者认为其增量会高于新能源发电侧储能。用户侧方面,需求将受工商业电价市场化和停限电事件的影响而提前出现时段内高峰,然后稳定增长。

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值得关注标的


1、需求视角

(1)第三方储能

在储能作为独立主体参与市场条件尚未成熟的情况下,可以预先关注面向源网侧储能的永福股份、上能电气、星云股份等。

(2)用户侧

在用户侧需求高潮即将到来的前提下,可以关注面向工商业储能的盛弘股份、苏文电能等,以及面向户用储能阳光电源、固德威、锦浪科技、德业股份、科士达等。

2、供给视角

由于储能行业尚处于商业化初期,产业链各环节发展阶段不一,投资逻辑也不尽相同,因此从产业链中确定性较高的部分和增量市场分别解析:

(1)确定性较高的部分

储能电池方面已有做动力电池非常成熟的龙头企业,比如宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、派能科技(偏向纯储能)等;变流器方面也有做光伏逆变器非常成熟、擅长电流变换管理的厂商,比如阳光电源、固德威、锦浪科技等。未来5年我国新型储能装机规模年均复合增速会超过55%,龙头企业在其项目经验、技术储备、规模效应的保障下,将获得新增市场的主要份额,同时,由于新型储能市场规模在未来五年将剧增十倍,因此非龙头企业也可从中分得一杯羹。

(2)增量市场

储能市场规模的扩张将带来大量的增量市场,可以关注电池原材料方面,尤其是磷酸铁锂材料企业富临精工、德方纳米、合纵科技、中核钛白等;下游储能系统集成商永福股份、科陆电子等;储能热管理企业三花智控、银轮股份等。但由于技术尚不成熟、相关标准尚未明确,这一部分需要深入研究和实践验证来把握。

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