（報告出品方/作者：方正證券，申建國）

一.、儲能：吹響能源革命號角

1.1 儲能按原理可分為物理儲能、電化學儲能等，物理儲能是當前主要儲能方式

儲能指通過一定方式將能量轉換成較穩定的存在形態后進行儲存，并按需釋放。按照儲能作用時間的長短，可以將儲能系統分為數時級以 上、分鐘至小時級、秒級等。按照儲能的原理，可以分為物理儲能、電化學儲能、電磁儲能等。 物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪儲能、儲氫等，主要應用于數時級以上的工作場景。電化學儲能包括鈉硫電池、液流電池、鋰離 子電池等，主要應用于分鐘至小時級的工作場景。電磁儲能包括超級電容儲能、超導儲能等，主要應用于秒級的工作場景。截至2020年Q3，全球儲能中抽水蓄能占比91.9%，電化學儲能占比5.9%，其他的是飛輪儲能、壓縮空氣儲能等。

1.1.1 物理儲能一般承載大規模能量吞吐，發展方向在壓縮空氣儲能

目前物理儲能的技術包括壓縮空氣儲能技術、抽水蓄能等，其主要優點在于規模大、使用壽命長、維護費用低等，缺點是工程建設成本高、 轉換效率較低、需依賴特定地理條件。從建設成本上看，壓縮空氣儲能在3500-4000元/kW左右，抽水蓄能在4500-7200元/kW左右。 壓縮空氣儲能技術正在快速發展，主要有兩種發展方向，一是液態壓縮空氣儲能；二是超臨界壓縮空氣儲能。其主要原理為利用可再生能源 電能或電網夜間低谷電驅動壓縮機壓縮環境空氣以儲存能量，其中超臨界壓縮空氣具有很高的能量密度，約為常規壓縮空氣儲能系統能量密 度的18倍，大幅減小了系統儲罐體積，擺脫了對地理條件的限制。

1.1.2 電化學儲能技術路徑多樣，鈉硫電池和液流電池仍受制于成本和安全

由于價格便宜，鉛碳電池成為過去主流技術，廣泛應用于后備電源，但由于循環壽命短、能量密度低、造成污染等問題，目前使用逐漸減少。鈉硫電池最大優點在于資源稟賦較高，其原材料鈉、硫比較容易獲得，缺點是生產成本高，約為2000元/kWh，且存在安全隱患。 液流電池由于電解液的原材料多樣，有許多發展路徑，目前全釩液流較為成熟，美國的Primus和ESS公司在鋅溴液流上有所突破，已取得金 融機構和政府部門資金支持。

1.1.3 各類儲能方式層出不窮

目前市面上還出現了許多新型的儲能方式，如混凝土塊積木式重力儲能、水力巖石重力儲能以及熱儲能等?；炷翂K積木式重力儲能：在電力多余時，利用起重機將混凝土塊吊至120米的高度，在電力短缺時，把混凝土塊放下，通過發電機將重力 勢能轉化為電能。該項技術的輸出功率在2.9秒內可迅速增加到100%，度電成本約5美分/KWh，在意大利已建有一座35MWh的儲能電站。 目前該技術主要由Energy Vault公司開發，已獲愿景基金支持。水力巖石重力儲能：富余電力時，泵把水壓入儲水池中，巖石活塞被水壓提起，當電力短缺時，閘門打開，巖石活塞下降將重力勢能轉化為 電能。按巖石密度2600kg/m3折算，直徑為125米的儲能電站可儲電8GWh，較抽水蓄能能量密度更高、空間利用率更高。熱儲能：美國Antora Energy使用電力來驅動電阻式加熱器，將碳塊加熱到2000℃以上后暴露在熱伏板上，通過熱伏發電機發電，該熱伏發 電機可以捕獲熱存儲介質的輻射光并將其轉化為電能。目前項目已取得美國能源部和殼牌資金支持。

二、多重驅動力促使儲能快速發展

2.1 風光發電占比快速提升

2019年，全球可再生能源發電量占比26.9%，同比增長1.1個百分點，其中風電發電量占比5.3%，同比增長0.5個百分點；光伏發電量占 比2.7%，同比增長0.5個百分點。 我國風光發電量占比明顯提升。2014年，我國風電發電量為1534億千瓦時，光伏發電量為250億千瓦時，占發電量比重分別為2.65%和 0.43%；截至2020年Q3，風電發電量為3317億千瓦時，光伏發電量為2005億千瓦時，發電量占比分別提升至6.13%和3.71%。

發電側：儲能可用于解決風光發電的間歇性、波動性問題

風光發電作為新能源主力具有間歇性與波動性：風電光伏不同于傳統能源， 其輸出功率隨光照強度、溫度、風力等環境因素影響，隨著風 電、光伏發電量所占比例不斷增大，其發電的間歇性、隨機波動性性將影響電力系統安全可靠運行， 限制其大規模應用與并網： ? 光伏發電日內峰谷特性鮮明，正午達到當日波峰，夜間出力為0。同時，光伏發電受天氣影響大：以格爾木地區某50MW光儲電站數據為 例，典型晴天光伏輸出最大功率為41.8MW，日實際發電量為23.44萬KWh；陰天為31.6MW，日實際發電量僅13.62萬KWh。 ? 風電出力則具有逆負荷特征：風電出力日內高峰出現在凌晨，而此時的用電負荷較少。 p 而儲能系統可以跟蹤新能源發電出力計劃，在出力低谷時儲能系統輸出功率，在出力尖峰時，儲能系統吸收功率。因此，儲能系統可平抑 新能源發電的波動性，從而減少能源浪費，促進新能源的消納從而減少發電機組的建設。

2.2 電網側：為保障電力系統穩定運行，需要電力輔助服務

電力系統具有很高的穩定性要求，電能的發、配、用是瞬時完成，整個電力系統時刻處于一個動態的平衡狀態。在穩態運行時，電力系統中發電機 發出的有功功率和負載消耗的有功功率相平衡，系統頻率維持額定值。當電源功率與負荷功率產生差異時，系統頻率會變化，會造成電網不穩定。電力輔助服務是指為維護電力系統的安全穩定運行，保證電能質量，除正常電能生產、輸送、使用外，由發電企業、電網經營企業和電力用戶提供 的服務，基本輔助服務是機組為了保障電力系統的安全穩定性而必須提供的無償輔助服務，是發電機組的義務，而有償輔助服務是在基本輔助服務 之外提供的服務，主要的輔助服務包括調峰、調頻等。

2.3. 用戶側：儲能系統可進行峰谷套利

在峰谷電價制下，儲能可用于峰谷電價套利，用戶可以在電價較低的谷期利用儲能裝置存儲電能，在用電高峰期使用存儲好的電能，減少使 用高價的電網電能，從而降低用戶的電力使用成本，實現峰谷電價套利。國內外不少地區電價均存在較高的峰谷價差，峰谷電價套利具備實施條件：以美國加州2021年1月18至19日電價為例，一天中最高價為36.66 美分/KWh，最低價為9.81美分/KWh，峰谷價差26.85美分/KWh，價差約合人民幣1.73元/KWh。目前國內峰谷價差最高的地方是北京，價 差約為0.95元/KWh。

2.4 梯次利用是退役動力電池的最優處理模式

當動力電池性能衰減到原容量的80%時須退役，隨著電動汽車數量的增加，退役的鋰離子動力電池數量也大幅增加，退役動力電池的回收 利用成為了一個亟需解決的難題。 退役動力電池的回收再利用分為梯次利用和拆解回收。梯次利用是指將退役電池，進行回收、篩選、再利用于其他領域，典型應用是儲能 領域， 如風光儲能、削峰填谷、備用電源、家庭電能調節等 。進行梯次利用可以緩解回收壓力、降低環境污染、提高資源利用， 提升經 濟效益。

三、電化學儲能市場空間測算

3.1 市場空間測算：全球發電側

基本假設：1）未來幾年全球新增光伏裝機中，集中式光伏裝機占比為40%-50%(戶用光伏在用戶側考慮）；2）2020年風電受搶裝潮影 響高增，在2021年風電裝機會出現下降，此后每年增加；3）由于風光占比提升，因此配套比例、功率配比和備電時長逐年增多；4）發 電特性決定風電配套比例較光伏略高。結論：2020年至2025年，全球發電側儲能需求分別為4.1、6.4、17.4、36、72.7、123.2GWh。

3.2 市場空間測算：國內電網側輔助服務市場

受益于輔助細則的陸續出臺，電力輔助市場增長迅速。2018年，全國除西藏外 31個?。▍^、市、地區）參與電力輔助服務補償的發電企 業共4176家，裝機容量共13.25億千瓦，補償費用共147.62億元。2019年上半年，由于電網側輔助服務補償準則完善，電網輔助市場費 用增加。全國除西藏外31個?。▍^、市、地區）參與電力輔助服務補償的發電企業共4566家，裝機容量共13.70億千瓦，補償費用共 130.31億元，占上網電費總額的 1.47%。從結構上看，2018年調峰補償費用52.34億元，占總補償費用的35.46%；調頻補償費用41.66億元，占總補償費用的28.22%；備用補償 費用42.86億元，占比29.03%；調壓補償費用10.33億元，占比7.00%；其他補償費用0.43億元，占比0.29%

3.3 市場空間測算：國內用戶側（工商業）

我們以削峰填谷套利測算儲能空間，能否完成套利的核心在于峰谷電價差異是否足夠大。全國來看，北京峰谷電價差異最大，達0.95元 /KWh，價差最小地區的差異在0.3元/KWh左右，部分地區有峰谷套利的空間。我們以發改委公布的各省級電網典型電力負荷曲線為準，測算全國內地各省份峰谷功率差之和為255.6GW，假設其中一半需要調峰，儲能覆 蓋其中30%，備電時長3小時，則對應儲能需求115GWh（累計），若在5年內達到該裝機量，年均裝機量約23GWh，預計由21年10GWh 提升至25年35Gwh（假設后期儲能系統成本更低，裝機主要在后期）。

3.4 市場空間測算匯總

我們預計2020年到2025年，全球儲能空間從15.2增加到205.1GWh，CAGR為68.3%。此次測算沒有考慮國內調頻儲能、國外電網側儲能、國外工商業儲能以及國內家用儲能，因此實際儲能空間會比測算空間更大。

四、儲能復盤：走向碳中和的“必由之路”

4.1 儲能復盤：化石燃料為主的能源結構帶來全球性問題，能源結構必須調整

溫室效應導致的氣候變暖已經成為全球性問題。近200年來，工業革命的興起導致全球長期維持以化石燃料為主的能源消費結構，二氧化碳排 放過度導致溫室效應，1950年，二氧化碳濃度值首次超過310ppm，數百萬年來地球的二氧化碳濃度從未達到過這一水平，目前全球二氧化碳 的濃度已經上升至415ppm。

全球經濟發展過于依賴石油，石油價格的波動極大地擾動經濟發展。由于戰爭，政變等因素，中東地區石油產量、價格波動巨大，在1973、 1978、1990年由于國際油價暴漲，世界各國的GDP曾出現劇烈波動。

4.2 國內儲能復盤：09年儲能技術開始產業化探索

2009年，我國首個大型儲能示范工程“張北風光儲一體化”由財政部、科技部和國家電網共同啟動，總投資約150億元，開發規模為 500MW風電、100MW光伏、110MW化學儲能，2011年底在河北省張北縣正式建成投產，標志著我國儲能技術真正走出實驗室，邁入 產業化應用探索階段。

4.3 碳中和 : 能源轉型是碳中和關鍵一環，儲能是必由之路

碳中和指一定時間內產生的二氧化碳和溫室氣體排放通過各種手段，達到碳排放小于等于碳吸收，即碳凈排放為0。實現碳中和主要涉及 兩個方面：1）提高碳吸收能力：增加植樹造林、植被恢復、碳匯交易等；2）減少碳排放量：節能減排、終端消費電氣化、拓展氫能、研 發碳捕獲技術等。包括中美在內的世界多國已設立碳中和目標，其中能源轉型是關鍵一環。各國為實現碳中和目標大力發展風力發電和太陽能發電，風光發 電占比提升后，其固有的間歇性、波動性將對電網的安全穩定性造成很大沖擊。儲能因具有平滑風光發電、能量調度的作用，成為可再生 能源規?；l展的必由之路。

五、儲能產業鏈梳理

5.1 儲能產業鏈包括電芯、PCS、系統集成等多個環節

電化學儲能產業鏈上游包括電池原材料、電子元器件供應商等；中游主要為電池、電池管理系統（BMS）、儲能變流器（PCS）、能量管理 系統（EMS）及其他配件供應商等；下游包含儲能系統集成商、儲能系統安裝商以及含電網、家庭、工商業、風光電站等在內的終端用戶。鋰電儲能系統主要由儲能變流器（PCS）、能量管理系統（EMS）、電芯、電池管理系統（BMS）四部分構成，其中電芯、BMS等構成儲能 電池系統。

5.2 PCS（儲能變流器）的作用是實現交直流電轉換

PCS (Power Conversion System)，又稱雙向儲能逆變器，其作用是把電池的直流電逆變成交流電，輸送給電網或者給交流負荷使用； 把電網的交流電整流為直流電，給電池充電，PCS是儲能系統與電網或微網實現電能雙向流動的核心部件。 儲能變流器（PCS）由功率、控制、保護、監控等軟硬件組成，其主要功能包括平抑功率、信息交互、保護等，PCS決定了輸出電能質量 和動態特性，也很大程度影響了電池使用壽命。

5.3 系統集成：產業鏈關鍵一環，可靠高效是發展目標

系統集成商根據終端客戶需求設計適用于各場景的儲能系統，并負責組裝成形，確保高效、可靠運行。其業務龐雜且涉及電化學、電網調度、 IT等多領域技術。

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