为什么可再生能源先制氢再制电
因为直接用可再生能源发电导致电网的调峰压力非常大,巨大。弃风弃光弃水问题很严重。储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能,其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。
本质上电制氢也是储能的一种。在电网下调峰能力不足的时候(即出现弃电的时候),将弃电部分用来制氢,或者在夜间负荷低的时候,用低价电制氢,在需要的时候,不管是发电还是直接燃烧,取用储存的能量。
用氢作为能源发电,两步过程中能量难免会有损失,但是其实仔细琢磨一下,还是可行的,主要是得采用廉价易得的电能来电解之制氢,像大规模的太阳能、风能都是很好的清洁能源。
提高电解制氢的效率后,能量从太阳能转移到氢能源里。由于氢气能量密度大,移动性好,不受天气影响,所以用氢气作为汽车的驱动能源还是很不错的选择,清洁环保。这其中最主要的还是得提高制氢的效率和氢转化为电和动力的效率。
可再生能源制氢的用处
可再生能源制氢有它的优势,采用了可再生能源,以风光水等等可再生能源为载体,以氢气作为一个二次能源的载体,在能源转型中可以和电力互为补充,以实现工业、建筑、电力、交通运输等产业互联。
目前广泛使用的氢源主来自化石燃料、电解水和化工副产氢。此外,生物质制氢、核能制氢和光催化制氢正在研究,还没达到工业化应用的水平。可再生能源制氢只能选择电解水制氢,化石燃料制氢和化工副产氢都是有碳排放的。
工程院的减排路线图不仅可行,而且还可以说是最大程度保护了现有企业利益的情况下可达到的最低目标。而研究所的研究结论,也具有可行性,因为它们非常了解具体国情的专门能源研究机构。
在此基础上,我们水电的专业人士却可以发现,能源研究机构对于我国水电的减排作用,挖掘的还不够充分。我们认为:水电在未来的我国发电总量中的比重,决不应该仅占12%,而是要远高于目前的18%,甚至可以达到20%以上。
如果我们能够证明:我国的水电在未来发电能源中的比重,可以达到20%,那么能源研究所已有的预测结论,是不是就可以修正为:到2050年我国的“风电占比50%,太阳能占到23%,水电占到20%,核电6%和火电0%。”了呢?
进而我们可以发现2050年我国实现100%非化石能源发电的问题,基本上不必担心。因为,能源研究所的减排路线图是“风电占比50%,太阳能占到23%”,再加上我国巨大的水电潜力,完全可以“用更多的水电,取代火电”。
由于世界第三级青藏高原的存在,我国水电资源非常丰富,绝对是世界第一。目前,我国水电的装机(3.56亿千瓦)和年发电量(1.3万亿千瓦时)基本都占到了全球的四分之一以上,我国水电与世界第二之间的差距,至少都在3倍以上。
然而,目前 社会 上很多人(甚至包括一些研究能源问题的专家)都认为我国水电可开发潜力已经所剩无几了。这是因为,直到世纪之交,我国正式公布的水电可开发资源量也不过只有1.7万亿度/年。2006年的水电资源普查之后,更正后公布的数字为2.47万亿。几年之后,2016年的十三五规划就上升到了3万亿。
水电资源勘测的这种复杂性、困难性,往往使得可开发的资源量上升的空间很大。即便我们以十三五规划正式颁布的比较保守的3万亿/年来计算,我国目前(截至到2019年底)所开发利用的水电资源还不到44%。
如果我们能达到目前发达国家水电开发的(大约70%到90%的)平均水平,那么未来我国的水电,至少还有一半以上的开发潜力。初步估算,届时我国水电至少每年可以提供2.6万亿度的电能。
这个电量对我国能源的作用有多大?假设我国的用电达到峰值的时候,按照14亿人口,每人每年8000度电的需求,大约也就是每年11.2万亿度电。(目前我国各种用电峰值的研究预测,最高的也不过就是12万亿度左右)。
也就是说我国的水电(2.6万亿度的年发电量)将可以在未来我国用电最高峰的电力构成中,至少应该能提供20%以上的电能,远高于目前的18%。总之,我国的资源禀赋显示:未来我国水电所能发挥的作用,不仅不会比目前少,而且还要有所上升。
除了丰富的资源量,中国领先世界的水电技术也成为资源开发的坚实基础。
2004年,我国水电总装机容量突破1亿kW,超越美国成为世界第一。虽然我国的水能资源极为丰富,但我国水电开发建设的任务极其艰巨、繁重,因此我国水电开发的过程中所遭遇到的困难,所需要解决的难题,也几乎是前所未有的。
可以说,从我国改革开放加速水电开发建设时候起,我国的水电就已经开始了向世界水电 科技 制高点的攀登。目前,世界上最大的水电站是我国的三峡;最高的碾压混凝土坝(203m)是我国的黄登水电站;世界上最高的混凝土面板堆石坝(233m)是我国的水布垭水电站;最高的双曲拱坝(305m)是我国的锦屏一级水电站。我国正在建设的双江口水电站的堆石坝,高度将达到312m,建成后将成为全世界第一的高坝,刷新所有的世界纪录。
建设这些世界之最的水电站大坝,需要一系列尖端的工程技术支撑。可以说在所有这些工程技术方面,我国都已经走在了世界前列。在水电机组制造方面,目前不仅世界上单机容量70万kW的水轮发电机组绝大部分都安装在中国,而且单机容量达到80万kW和100万kW的水轮发电机组,也只有中国才有。
这种结合了现代 科技 的水电开发技术,使得我国的水电开发能力不断增强,可开发的资源量也不断的在扩展。加上我国现有的远距离、超高压、特高压输电技术,理论上我们的水电开发已经没有制约性的技术障碍。
总之,今天我国的水电已经是当之无愧的世界第一。无论从规模、效益、成就,还是从规划、设计、施工建设、装备制造水平上,都已经是绝对的世界领先。一般人可能想象不到,中国水电领先世界的程度,其实远超经常宣传的高铁、核电等行业。我国的高铁、核电等技术虽然已经非常先进,但是在国际市场上还是有竞争对手的。但是在水利水电领域的国际招标中,目前几乎所有具备实力的竞争者都是中国的公司。我国这种全行业的绝对领先,在我国 历史 上是否能绝后我们不知道,但肯定是空前的。
发达国家的水电开发程度,为何普遍都在70%到90%多,平均也有80%以上呢?其实,发达国家他们当年在开发水电的时候,国际上还没有什么碳减排的要求。然而,他们的水电,之所以都要开发到较高的程度的根本原因,主要在于 社会 现代化文明的发展,特别需要通过水电的开发来解决调控水资源的问题。
例如,美国著名的胡佛大坝、田纳西流域梯级水电开发的主要原动力,其实都是 社会 发展需要有效的调控水资源。所以,这些国家在满足了水资源的调控需求之后,往往就不再去进一步开发其它水电资源了。
而一些想靠开发水电解决能源问题的国家的水电开发程度,则普遍会更高些。例如:法国、瑞士等国的水电开发利用程度都超过了95%。总之,无论是哪种情况,国际 社会 的普遍经验说明,如果一个国家水电开发程度低于70%的话,那么这个国家的水资源调控问题,很难解决好。
因为,一个国家的水电开发程度往往都与水资源的开发程度成正比。所以,水电开发如果不能达到一定的程度,这个国家的水资源问题肯定也解决不好。目前,由于我国水电开发程度还不足44%,因此,我国的水资源调控的矛盾也就十分突出。
我国的国土面积和水资源总量都与美国差不多,但是,我国目前的水库蓄水总量只有9千多亿立方米,而美国是13.5万亿。我们大约还需要增加50%的水库总库容,才能达到美国那样的水资源调控水平。
然而,美国的人口还只是我国的1/5左右。也就是说,如果我们不能超过美国的水电开发程度的话,我国的水资源调控矛盾,绝对是无法解决好的。
总之,我们也可以这样说,即使我国不再需要用水电提供能源,但为了调控水资源我们也必须要把我国的水电开发程度提高到80%以上才行。否则,水资源的调控矛盾解决不好,我们建成小康 社会 的目标将难以实现。更何况目前我们还面临着巨大的减排压力,实现能源革命电力转型,最终兑现巴黎协定的减排承诺,已经迫在眉睫。
根据我国发改委能源研究所和国家可再生能源中心所发布的《我国2050高比例可再生能源发展情景暨路经研究》报告的预测结论:到2050年我国风电和太阳能发电的装机分别可达到24亿和27亿千瓦。
按照可能的年运行小时(风电2200多,太阳能1400多)估算。届时我国的风电大约每年可提供5万多亿度电能,太阳能也能提供接近4万亿度。有了这9万多亿的电能,再加上水电的2.6万亿,就已经超过了我国用电最高峰时的峰值11.2万亿度。
更何况届时我们还要有2亿多千瓦的生物质能可以发挥作用。也就是说,即使我们完全不考虑核电的作用,我国未来也可以用100%可再生能源的发电,来满足我国全部的用电需求。
不仅如此,水电还能够肩负起非水可再生能源发电调峰的重任。
众所周知,水电的可调节性肯定要比火电、核电都要好得多。所以,如果能源研究所的减排路线图切实可行,不存在解决不了的调峰矛盾,那么我们用水电替代其中火电的方案当然就更不会有问题了。
此外,我们还应该注意到:目前,尽管化学储能的技术无论从技术上还是成本上,确实都还难以满足商业化的要求,但是国内外的研究机构,为什么都还敢断言说2050年全球就实现100%的由可再生能源供电,无论在技术上还是经济上都是可行的呢?
笔者认为,其最重要的原因之一就在于可再生能源家族中含有功能特殊的水电。水电是最优质的可再生能源,可以为风、光等可再生能源的大量入网,提供重要的保障作用。目前,世界上所有能够实现百分之百由可再生能源供电的国家,基本上都离不开水电的有效调节。
大家知道,挪威因为水能资源丰富,一直都依靠水电保障全国99%以上的用电需求。今年年初,葡萄牙也完成了一个多月完全由可再生能源供电的成功尝试。葡萄牙高达52%的水电比重就是重要的支撑。
就连宣布了退出巴黎协定的美国的总统特朗普,在考察挪威,发现了水电的重要作用之后,也曾经表示过,他有可能会通过开发美国水电的潜力,重新考虑加入巴黎协定。这其实就是水电在未来的高比例可再生能源体系中,具有特殊的重要作用的一种体现。
当然,我们也必须承认,世界上的水能资源本身(总量有限)确实不能满足人类的能源电力需求,但是,由于科学开发的水电有很好的调节型,可以为大量的风、光等可再生能源的入网提供保障。这样一来,水、风、光互补发电,情况就大不一样了。
在现实中,风、光发电的间歇性与水电的季节性之间,通常有很强的互补关系。例如,我国四川省的凉山州,通过水、风、光互补,2016年凉山州除了满足自己的用电需求之外,给我国东部地区的送电超过1300亿度(这大约相当于当年上海市用电量的70%)。如果,未来的送电通道建设能有保障,预计2020年凉山外送电量可达2000亿度。也就是说通过水、风、光的互补发电,凉山州一个州所产生的可再生能源,除了满足自己的需要之外,还可以满足一个像上海这样大城市的全部用电需求。
目前欧洲很多的国家之所以能达到较高比例的可再生能源,也是因为欧洲的水电开发程度经高。而我国目前之所以还不得不以煤炭发电为主的根本原因之一,也正是由于我国的水电开发程度还不够高,水电的调节性能难以得到充分的发挥。
此外,在化学储能技术没有出现重大突破之前,水电家族中抽水蓄能电站的重要作用也不能忽视。为了给电网调峰,日本的抽水蓄能装机规模早就超过常规水电。假设到2050年化学储能的技术,仍然不能出现重大的突破,我们大不了再多建一些抽水蓄能。事实上,我国大量梯级开发的水电站(以及一些散落在全国各地的小水电)很多只要稍加改造,加装上能抽水的泵,都可以改造成混合式的抽水蓄能电站。
总之,仅从发电量来分析,我国到2050年实现完全由可再生能源供电,应该是完全可行的。再加上水电这种资源和它所具有的某些优质特性,在2050年实现百分之百的由可再生能源供电,无论在技术上还是经济上都是可行的。
1. 水库移民
很长时期以来,移民问题一直都是水电开发的主要制约因素,但其实移民的难点并非是由水电开发造成的。现实中凡是需要大量移民的大型水库水电站,其实都是有着重要的水资源调控功能的多功能水电站。而这些电站的最主要作用,可能并不是发电,而是水资源的调控。
例如三峡工程的首要目标是防洪和供水,而不是发电。如果仅仅是为了发电,三峡可以分别建成一系列的径流式水电站,这样几乎可以不用移民而产生等量发电。
没有了任何防洪、供水等水资源调控功能的三峡工程无法解决我国长江灾害的心腹大患,当然不能考虑。然而上百万的移民成本,全都要靠一个水电站的发电效益来解决,几乎也是无解的开发难题。
我国通过建立三峡基金,先后投入了一千多亿元解决了我国三峡建设的投资难题。理论上相当于国家出资建设了三峡水库,企业投资建设了三峡大坝和发电站。
现在回过头来看,这是国家参与大型水电开发的最成功范例。三峡水电的上网电价只有0.26元/度,比火电的平均上网电价要低近0.1元。三峡的年发电量大约为1000亿,这样一算三峡除了每年给国家的上交的利税和效益之外,仅这种隐性的电价补偿,就接近100亿(相当于对三峡基金的一种回报)。也就是说,大约发电十几年之后,国家对于三峡水库的投资,就相当于完全收回了。
然而,三峡水库所创造的效益又有多大呢?
三峡防洪供水的巨大效益仅仅通过一次防止特大洪灾就足以让我们刮目相看。2012年三峡水库所拦蓄的洪水峰值,已经超过了1998年。1998年我国长江特大洪水所造成的经济损失大约是2000多亿,死亡1600余人。
由于我们有了三峡水库的拦蓄,面对更大的洪峰,我们不仅不再需要百万军民的严防死守,而且也不再有任何人员的伤亡。可以说三峡当年防洪错峰所避免的洪灾损失,就已经超过了国家对三峡水库投资的数倍。只不过水利工程的经济效益,往往都是公益性的,你可以计算出来,但却无法实际收取到。
大型水电站的水库移民困难,其实是一种公益性开发的矛盾。让某一个企业自己依靠发电效益去解决,往往是非常困难的事情。如果采用三峡这种的国家参与开发的模式,问题就变得非常简单,容易。
世界上各国的大型水电开发项目,基本上都是国家行为。例如美国的大型水电全部都要由联邦政府的所属机构投资开发,从不容许商业开发者参与。
电力市场化改革之后,我国很多优质的项目即使依靠开发企业的电费收益,也能解决好移民的投资。但大多数具有水资源调控功能的大型水库电站的建设,都应该是公益性的。尽管这些项目的移民投资收益,几乎可以说是一本万利的。如果交给企业进行商业化的开发,可能就难以运作。
例如我国目前还争议巨大的龙盘水电站建设需要移民10万余人。这个重要的大型调蓄水库电站所创造的水资源调蓄能力几乎可以达到200亿/年。虽然其防洪功能还比不上三峡,但其供水的能力甚至可以超过三峡。
如果因为某个企业没有能力依靠电费解决移民搬迁的费用,就耽误了龙盘水电站的开发建设。那么就相当于今后上千年,我国的长江中下游每年汛期要增加200亿立方米洪水的压力,同时枯期还要减少了200亿水资源的供应。
同样的问题还体现在龙滩水电站二期扩建上。如果因为移民的费用无法由电费担负,就停止了龙滩二期的开发。那么我国南方的珠江流域,每年将要增加上百亿洪水的压力,同时枯水期又将减少上百亿水资源的供应。
每年几百亿的水资源保障,才是我们水库移民问题的本质。我们需要跳出水电商业化开发中移民难的惯性思维,避免丧失了我国水资源开发的大好时机。
2. 生态环保
除了移民问题,生态环保也一直被认为是水电开发的巨大障碍。
对于水电破坏生态的偏见,曾有很多文章专门介绍过,这是当年美苏争霸政治斗争留下的后遗症。1996年在联合国的可持续发展峰会上,也曾经一度因为当时的水电生态问题的过度炒作,否定了大型水电的可再生能源地位。但随后在2002年的峰会上,大会又一致同意做出了更正,恢复了大型水电的可再生能源地位。为什么会这样?因为,水电尤其是大型水电是当前人类 社会 替代化石能源第一主力。
仔细分析不难发现:所有水电破坏生态的问题,几乎无一不是局部的、针对某一特定物种的某种炒作。而水电实实在在所解决的,却是人类 社会 最大的生态难题——过量的使用化石能源所造成的气候变化。
因此,只要站在人类 社会 可持续发展的高度,几乎没有人敢否认,开发水电才是当前最重要的生态建设。当年的联合国峰会就是因为考虑到了气候变化,而立即纠正了对水电的偏见和误导宣传。
受到国际 社会 对水电误解的影响,我国以往的环保部门和环保人士也一度对水电开发的生态环境问题耿耿于怀。但是,改组后的生态环保部,已经开始担负了防止气候变化的职责。
前不久美国马里兰大学和我国国家发改委能源研究共同颁布的中国煤电退役报告非常明确地指出:我国若要实现《巴黎气候协定》中2摄氏度的减排承诺(2100年达到净零排放),就必须在2050至2055年退役全部的传统煤电;如果要实现1.5摄氏度的减排承诺(本世纪下半叶实现净零排放),就必须在2040至2045年间退役所有的传统煤电。
解决火电的碳排放问题,几乎是世界各国公认的兑现《巴黎气候协定》的最大难点。目前,世界各国都普遍认为,要实现《巴黎气候协定》的零碳目标,火电尤其是煤电只有退役一条路。
在今后20年的时间内,退役我国全部的煤电,大量的风、光发电入网,没有一定量的水电调节保障,怎么可能支撑起电力系统的正常运行。
可以确信在不远的将来,只要我国真的要兑现巴黎协定,我们负责这项工作的生态环保部,肯定会和当年的联合国可持续发展峰会一样,从根本上转变对水电的态度。因为水电在能源革命中的地位和作用是无可替代的重要。
3. 开发成本
随着我国水电开发的深入和向西部转移,资源的开发难度以及输电的距离都在增加。因此导致大部分即将开发的水电项目,普遍存在着还贷期上网电价过高的难题。
西部水电开发成本高的问题,其实也不应该是真正的发展障碍。由于目前企业投资核算的周期,最长也不能超过30年,所以我国西部深山中待开发的水电项目,几乎都存在着初期上网电价难以接受的难题。然而,只要还贷期一过,水电站的发电成本马上又变得非常低。
当前所谓西部水电开发的高成本障碍,其实只是一个算账方法的规则问题。这对于具体开发企业,虽然是无法逾越的难题,但对于一个国家来说,从政策上解决这种矛盾,应该说是轻而易举的简单。
从全生命周期来看,水电几乎是最经济的能源。目前,不仅我国的水电上网电价平均比火电低很多,而且全世界各国的电价,几乎都是水电多的国家的电价都比较低。
除此之外,随着 社会 的进步,很多发达国家都已经进入低利率甚至负利率的时代。而我们目前水电投资,还都是要以高达6%左右的贷款利率计算成本。可见,西部水电开发的高成本,其实只是形式上的、暂时的。而实质上,水电才是我们人类 社会 最经济的电力来源之一。
在新一轮的西部大开发中,如果我们仅仅因为资本收益的计算,不利于投资者的短期回报,而丧失了为 社会 提供最优质、最经济的电力的大好机遇,那无疑将是我们的巨大失误。总之,我们的 社会 主义市场经济应该更有利于保障 社会 的整体和长远利益,因此,通过建立专项基金或者利用财税手段,解决这类矛盾并非难事。
如上文所述,我国水电在新时期高质量的发展,不仅切实可行,而且还可以说是我国经济和 社会 可持续发展的必由之路。然而,当前由于我国 社会 舆论对能源电力转型的认识不到位,煤电退出 历史 舞台的问题,至今还没有被摆上议事日程。因此,目前我国严重的电力产能过剩,所导致的水电弃水的难题,依然制约着当前水电的发展。
这种状况只能是暂时的。一旦我们整个 社会 意识到以煤电的退出和可再生能源的大发展为标志的能源革命电力转型,是我国实现小康 社会 并兑现巴黎协定承诺的基本前提,电力转型的情况随时都可能会发生大变。水电作为我国可再生能源大发展的基础和保障,时刻要为这一天做好准备。总之,水电的特性就决定了,我国水电的高质量发展一定要和我国 社会 的进步和可持续发展同呼吸、共命运。
不矛盾。如果矛盾的话,在未来传统化石能源枯竭之后,岂不是没有能源可用。水电作为传统的可再生能源在应用方面应该没什么可说的,大家争论的一般都是水电对生态环境的影响。 的确,如风电、太阳能确实存在不稳定性,可这不代表一定要发生有能源却完全不能用这种尴尬的事情,毕竟风电的全寿命成本比较高,造出来不发够电基本就是赔了。目前就针对风电,已经有很多新的应用来解决一些问题,可参加这篇文章:神奇的风电:解决电解铝40%成本问题,对于一些区域,可以使用这样非并网的方式加以利用。其次,伴随着未来技术的进步,很有可能高性价比的储能设备设施会出现并得到应用。而核电的成本还请参见核电的成本是多少? 可见普遍核电还是要比煤电成本要低,最需要注意的就是其安全问题,主要是使用过的燃料棒的处理问题。 生物能源其实有着很大的空间,现在我们仍然每天大量浪费着生物能源,比如城市垃圾中的大量有机物质、污水处理厂的剩余污泥等,请参见我在这篇回答里4.1有关厌氧消化(AD)的部分国内城市垃圾处理方式与国外有何区别?国外垃圾处理是否有可以借鉴的地方?这部分生物能源其实和火电相比虽然目前体量小,但是相对清洁而且输出同样稳定,而且有着巨大的发展潜力。他像地热能、潮汐能等目前还没有进入大规模实用阶段,但是就答主所知,很多机构都一直在对潮汐能进行着不懈的研究,希望不久的将来就可以见到其大规模商用。 大幅度提高清洁的可再生能源应用比例已经是全球的共识,其大规模应用乃至逐渐取代传统化石能源在答主看来都是不可避免的,一些技术问题相信都可以解决。
获取本报告PDF版请见文末
一是: “碳达峰”、“碳中和”以及国内2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右目标明确,可再生能源将加速发展,光伏、风电接入应用比例提升;同时,分布式电站、充电桩、微电网等应用衍生新型生态系统,发电侧、电网侧、用户侧储能均将迎来新增应用需求。
二是: 储能相关配套政策逐步完善,包括明确规模目标、市场地位、商业模式、优化电价机制以及鼓励配套等方面,为储能创造有效的电力市场及政策支持环境。
基于以上观点,我们将在本篇讨论以下内容:
什么是储能技术 储能的应用场景 全球和中国的储能发展现状 “碳中和”趋势下的储能发展机遇 国内储能政策的持续完善 国内电化学储能发展空间。
电储能是实现电力存储与转换的技术,电化学储能是未来发展的重要方向。
储能即能量的存储;电储能是实现电力存储且包含电能与其他能量形式单向或双向转换的技术(本篇内容主要讨论电储能)。
电储能按照存储原理的不同又分为电化学储能和机械储能两种:
电化学储能是指各种二次电池储能,主要包括锂离子电池、铅蓄电池和钠硫电池等;
机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。
电化学储能不受自然条件影响,特别是锂电池储能,具有充电速度快、放电功率大、系统效率高等优点。
我们认为,随着系统成本的不断下降,电化学储能是未来储能产业重要的发展方向。
电力系统是储能领域的主要的应用场景
电力系统中储能可提供: 调频、备用、黑启动、调峰、需求响应、峰谷放冲等多种服务,是储能的重要应用领域。
储能在电力系统中根据应用场景可分为: 发电侧、输配电侧和用户侧;CNESA根据电力储能项目的主要用途进一步细化,将储能应用场景划分为:电源侧、辅助服务、集中式可再生能源并网、电网侧和用户侧。
除电力系统外,储能在其他应用领域也具备增长空间
通信: 储能在通信基站、数据中心和UPS等领域起到备用电源的作用,并可利用峰谷电价差进行套利以降低设备用电成本。
据GGII统计,2020年中国通信储能锂电池出货量为7.4GWh,同比增长23.3%,未来5G基站建设规模加大有望打开通信储能市场空间。
数据中心: 随着移动互联网的快速发展及新基建、数字经济等建设推动,数据中心行业有望持续快速发展。
据36氪研究院统计,2020年我国数据中心市场规模为1958亿元,预计到2025年有望接近6000亿元。储能作为数据中心的备用电源,前期数据中心的应用以铅酸电池为主,随着锂离子电池性价比持续提升,未来有望逐步取代铅酸电池成为数据中心主流的储能形式。
其他: 储能应用领域多样,例如,轨道交通领域配置储能可实现列车再生制动能量的高效利用等。
全球储能项目规模持续增长,抽水蓄能是过去最广泛的储能形式
累计装机规模方面: 根据CNESA全球储能项目库的不完全统计,截至2020年底,全球已投运储能项目累计装机规模191.1GW;
已投运抽水蓄能项目累计装机规模为172.5GW,占比达90.3%,是过去最广泛的储能应用形式;
已投运电化学储能项目累计装机规模为14.3GW,占比为7.5%;
其中,已投运锂离子电池储能项目累计装机规模为13.1GW,占电化学储能项目规模的的92.0%,是最主要的电化学储能形式。
电化学储能增长迅速,锂离子电池储能是主要的新增储能形式
新增装机规模方面: 2020年全球储能项目新增装机规模6.5GW,同比增长80.6%。
抽水蓄能新增装机规模为1.5GW,占新增储能项目装机规模的23.0%;
电化学储能新增装机规模为4.73GW,同比增长63.1%,占新增储能项目装机规模的72.8%;
其中锂离子电池储能新增装机规模4.65GW,同比增长69.6%,占电化学储能新增装机规模的98%。
中国是全球最大的新增电化学储能市场之一,未来有望持续领先
据CNESA全球储能项目库统计,在2020年全球电化学储能新增的4.73GW中,
地区结构:中国、美国和欧洲占据2020年全球储能市场的主导地位,投运规模占比分别为33%、30%和23%,合计占比达86%,且均突破GW级大关。
项目结构:辅助服务、新能源发电侧、用户侧安装较多,占比分别为29.3%、28.8%和27.3%,电网侧为14.7%;
在2020年全球电化学储能新增的1.56GW中,新能源发电侧装机规模超0.58MW,同比增长438%,未来随着中国新能源装机规模的不断扩大,中国储能发展将持续全球领先。
累计装机规模方面: 根据CNESA全球储能项目库的不完全统计,截至2020年底,中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW;
已投运抽水蓄能项目累计装机规模为31.8GW,占比达89.3%,是过去应用最广泛的储能形式;
已投运电化学储能项目累计装机规模为3.27GW,占比为9.2%;
其中,已投运锂离子电池储能项目累计装机规模为2.90GW,占电化学储能项目规模的的88.8%,是最主要的电化学储能形式。
电化学储能高速发展,新增贡献接近一半
新增装机规模方面: 2020年中国储能项目新增装机规模3.2GW,同比增长190.9%。
抽水蓄能新增装机规模为1.49GW,2020年全球新增的抽水蓄能项目几乎都来自中国;
电化学储能新增装机规模为1.56GW,同比增长144.9%,占中国全部新增储能项目的48.8%;其中锂离子电池储能新增装机规模1.52GW,同比增长146.0%,占电化学储能新增装机规模的97.4%,是主要的电化学储能项目新增方式。
气候变化威胁形势严峻,“碳中和”势在必行
随着工业的发展和人类活动规模的扩大,对化石能源和自然资源的过度开发利用导致温室气体排放显著增长,造成全球温升和自然灾害。
2016年4月,175个国家和地区的领导人签署《巴黎协定》,成为全球应对气候变化的标志性事件之一;
2018年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《全球1.5 升温特别报告》指出,要将全球变暖限制在1.5 C,到2030年,全球人为二氧化碳净排放量必须比2010年的水平减少约45%,到2050年左右实现“净零”排放,即“碳中和”。
根据ECIU的统计,除了已经达成“碳中和”的苏里南和不丹外,已有超50个国家和地区已经公布“碳中和”相关目标,以应对全球气候变化的威胁。
新能源应用是碳减排的重要实现方式,储能有望同步受益
据CAIT,2018年全球能源活动排放量占全球温室气体总排放量的76.1%,是碳排放的主要来源。推动清洁能源转型、加大新能源应用比例是未来能源发展的主要方向。
2020年12月,进一步宣布“到2030年,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右”、“风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上”等目标。
据IRENA预测,到2050年全球49%的能源消费将来自电力,其中86%来自可再生能源,预计将以风电和光伏为主;到2050年全球光伏和风电的累计装机容量将有望超过8500GW和6000GW,光伏、风电装机规模具备可观发展空间。
新能源应用规模加大,新生态下电力系统对储能配备需求加大
新能源具备随机性、间歇性、波动性等特点,大规模新能源接入会对电力系统带来挑战。
储能配置将助力新能源消纳,并有效保障电网的稳定运行,我们预计未来随着新能源应用规模加大,储能技术将迎来高速发展。
储能在新能源比例提升的新型电力系统中可发挥多重作用:
发电侧:新能源发电侧配储能可以对新能源的波动性、间歇性等进行平滑,提升新能源的电网友好性,推动新能源的高质量发展。
电网侧:可提供调峰、调频、调压等功能,提升电网的新能源消纳能力,利于电网的稳定运行;
用户侧:随着峰谷电价差的拉大及分时电价政策的不断完善,分布式电站、充电桩、微电网等应用衍生出新型生态系统,将打开市场储能配置需求,以实现降低综合用电成本、促进电能优化配置利用、提高电力自发自用率、支撑微电网稳定运行等功能。
地方储能相关政策陆续出台
目前国内多地加大对可再生能源配套储能的支持政策或相关要求,多省份要求储能容量配比在10%-20%、储能时长在2小时及以上。
此外,青海省对“新能源+储能”、“水电+新能源+储能”项目中自发自储设施所发售的省内电网电量,给予0.10元/Kwh运营补贴。
各省对于储能政策落实将进一步加大储能在新能源发电侧的应用,有望加快储能系统的发展。
国家级储能政策密集发布,为储能的规模化发展铺平道路
近期国家发改委、国家能源局针对新型储能、分时电价、以及新能源消纳等政策进行了完善。
新型储能的商业模式和市场地位进一步明确。
7月15日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,其中提出“到2025年装机规模达3000万千瓦以上”的目标,以及从“明确新型储能独立市场主体地位”、“健全新型储能价格机制”以及“健全‘新能源+储能’项目激励机制”三个方面进行政策机制完善。
拉大峰谷电价差,推动用户侧储能发展。
7月26日,国家发改委发布《关于进一步完善分时电价机制的通知》,其中提出了“合理确定峰谷电价价差,上年或当年预计最大系统峰谷差率超过40%的地方,峰谷电价价差原则上不低于4:1;其他地方原则上不低于3:1”的要求,以及建立尖峰电价机制、健全季节性电价机制,优化分时电价机制,并提出建立动态调整机制等。
明确新增新能源并网消纳规模和储能配比,发电侧储能配套作用凸显。
8月10日,国家发改委、国家能源局发布《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》,其中明确:“每年新增的并网消纳规模中,电网企业应承担主要责任,电源企业适当承担可再生能源并网消纳责任”,并在电网企业承担风电和太阳能发电等可再生能源保障性并网责任以外,仍有投资建设意愿的可再生能源发电企业,提出“鼓励发电企业自建储能或调峰能力增加并网规模”、“允许发电企业购买储能或调峰能力增加并网规模”,并对自建调峰资源的“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。”
我们认为,随着光伏、风电等新能源装机规模的不断增长以及分布式能源应用扩大,无论是发电侧、电网侧还是用户侧配备储能的必要性和需求均大幅上升,政策的逐步完善将为储能发展创造良好的市场环境,有利于推动储能产业的高速发展。
国内电化学储能装机规模预计迎来可观增长空间
我们认为,随着可再生能源装机规模的持续增长、储能及电价相关政策的不断完善,以锂电池为主的新型储能技术有望在相关机制的推动下迎来高速发展契机。
国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》明确了2025年新型储能装机规模达3000万千瓦以上的目标。以此计算,2020-2025年均复合增长率将超50%。
据CNESA预测:
保守场景下,2025年中国电化学储能累计投运规模有望达35.5GW; 随着“碳达峰”和“碳中和”目标和储能相关政策的推动,理想场景下2025年中国电化学储能累计投运规模有望达55.9GW。
据赛迪智库预测:到2025年我国锂电储能累计装机规模有望达50GW;到2035年我国锂电储能累计装机规模有望达600GW。
我们认为,在新能源大规模接入的新型电力系统体系下,储能有望迎来大规模发展机遇:
“碳达峰”、“碳中和”以及2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右目标明确,可再生能源将加速发展,同时分布式电站、充电桩、微电网等应用衍生新型生态系统,发电侧、电网侧、用户侧储能均将迎来新增应用需求;
国家级及地方相关政策进一步完善,2025年储能装机规模目标、市场地位、商业模式得到明确;峰谷电价价差的拉大有望推动用 户侧配置储能,项目经济性提升将加大储能市场需求;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利于进一步扩 大储能在发电侧的需求和应用空间。行业相关政策的逐步完善将有利于推动储能产业的高速发展。
储能发展机遇下的锂电池、逆变器、储能系统集成三条主线:
锂电池:储能系统装机规模的快速增长将直接推动锂电池需求,具备性能成本优势、销售渠道以及技术实力的企业有望受益;
逆变器:PCS与光伏逆变器技术同源性强,且用户侧储能与户用逆变器销售渠道较为一致,逆变器技术领先和具备渠道优势的企业有望受益;
储能系统集成:储能系统集成看重集成商的集成效率、成本控制以及对零部件和下游应用的理解,在系统优化、效率管理、成本管控以及应用经验具备竞争优势的供应商有望受益于市场规模扩大。
行业公司:阳光电源、锦浪 科技 、德业股份、科士达、宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源、国轩高科、派能 科技 等。
储能装机不及预期;
储能政策不及预期;
设备安全性风险;
储能成本下降速度不及预期等。
——————————————————
报告属于原作者,我们不做任何投资建议!
报告原名:《 新能源发展+政策双轮驱动,国内储能行业迈入快车道 》
作者、分析师: 华西证券 杨睿 李唯嘉
获取更多PDF版报告请登录【远瞻智库官网】或点击链接:「链接」
9月3日,新能源材料概念股高开低走,指数至收盘下跌约4.654%。
锂电与光伏两大核心板块无一幸免,其中宁德时代跌至486.5元,跌幅1.42%;赣锋锂业跌至180.33元,跌幅6.87%;捷佳伟创更惨,今日跌幅达到8.07%,股价报收164.55元,市值在9月蒸发超百亿。
让人不解的是,股价的持续下跌,似乎与企业发展与市场前景关联不大。在刚刚发布的年中报表中,如宁德时代、赣锋锂业等在营业收入与净利润上均呈现出翻番增长态势;而新能源赛道,更是国家重点布局的领域,市场景气度毋庸置疑。那么,到底是什么因素促成了该现象的发生?
企业价值,决定市值
在刚刚过去的8月,股民盈利占比达到了67%,人均赚了1.95万。
钱从哪里来?在整个8月中,市场成交量日均超万亿。观察资金流向,锂电池、有色金属、光伏等几大板块,几乎占到了成交量的40%以上。大笔资金的注入,推动相关企业股价达到峰值,也让股民的钱包变得满满当当。
因此,9月的回落,虽导火索是央媒点名批评新能源相关市场存在炒作行为,表明“稳增长”依然是国家的主旋律。但 汽车 有智慧认为,其核心因素仍是企业资产价值的逐步回归。
一般而言,在股价创新高之时,便是“泡沫”产生之际。无论是近期被称为神股的迈为股份与金辰股份,还是过去一年中的特斯拉与蔚来等,均印证了这一定律,也说明了短期的股价严重透支了业绩预期。新能源板块更是如此,政策以及市场的双轮推动不仅让车企市值飙升,更带动了上下游产业链集体爆发。经历了股价翻番的狂欢,今年包括特斯拉、蔚来以及比亚迪等车企的市值均有不同程度降低。
开源新经济基金经理崔宸龙也对此表示:“短期的波动属于正常现象,今天的暴跌可能是由于过去一段时间光伏,锂电池板块的短期上涨速度过快,导致市场分歧加大。从长期来看,企业的内在价值增长决定了长期回报率,短期的风格比较难判断。”
没有同情,只有现实
除去企业自身因素外,A股市场也因环境转变而出现短期波动。自今年以来,新能源 汽车 上游供应链原材料涨价趋势明显,不仅高镍三元锂电池的关键原材料——氢氧化锂的价格持续飙升,而且钢铁、有色金属等材料也一路走高,叠加行业竞争加速带来的影响,造成了大量下游企业如宁德时代、捷佳伟创等毛利率下降。
尽管在国家政策的引导下,新能源相关市场规模不断提升,让企业营收不断上涨。但毛利率的降低,实则意味着企业盈利能力的降低,也给资本市场提供了预警信号。
对此,创金合信基金首席策略分析师、首席投资官助理王婧曾表示:“根据最近的行业景气观察,半导体为代表的板块出现较大的回调,跟行业景气度边际放缓有关,而新能源上游的持续涨价也引发了投资者未来制造环节盈利的担忧。”
另外需要引起警惕的是,当下涌入新能源赛道、推动相关企业股价上涨的,更多的是机构抱团与游资行为,“热钱”成为了市场中的主导。而热钱有一个重要的特征,那就是投机性。在央媒点名、新能源短期局势不明等多重因素的影响下,酿酒、保险、券商信托、银行地产等相对稳定的行业在9月纷纷迎来大涨,也成为了资本市场暂时的“保险柜”。
图为9月1日数据
对此,王婧也指出:“当下,经济下行压力凸显,专项债发行提速,使得市场的交易重心重回稳增长,地产、基建、消费、金融、农林牧渔等板块获得资金回流。”
逢低布局,是否合理?
“低位买入,高位卖出”,是每一个股民的终极目标。在新能源赛道受挫的当下,不少人虽看到了此中良机,却又担心抄底未遂而被套在涨停板上。
正如大家所看到一般,以长期而论,在加速落实“两碳”目标的大背景下,新能源相关行业依然具备巨大的想象空间。但在锂电、光伏以及半导体三大板块中, 汽车 有智慧认为,有望率先迎来恢复或许将是锂电池板块。
一方面,国家国家发展改革委、国家能源局曾在今年8月,正式发布了《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》,明确提出了鼓励可再生能源发电企业自建合建,促进可再生能源发展。在此基调下,以宁德时代、赣锋股份为代表的企业均提出了更大的产能目标,或将实现更高的收入与利润。
另一方面,今年前7个月,新能源 汽车 销量达到147.8万辆,已超过去年全年总额,达到了 历史 新高。在市场规模迅速扩张的助力下,锂电板块将给予资本市场更充足的入场勇气,造就景气度快速拉升的局面。
汽车 有智慧认为,虽新能源的基本面足够稳健,但如今其相关概念股正处于短期调整的窗口期。至于该期限会持续多久,还需进一步观察。
采写 | 欧阳
9%,可以说是把锂电池和光伏风头都抢了。但这周开始,半导体板块领跌,储能也大幅回调。
新能源赛道的火热,又涉及到用电问题。白天是用电高峰期,电力资源供给相对紧张,晚上是用电低谷期,电力资源供给相对充裕。加上新能源发电不具备火力发电那样的调峰功能,供给上的矛盾就涉及电网调峰的问题。
现代生产生活都离不开电,加上入夏之后天气炎热,我国地区用电激增,用电量以及用电负荷急剧攀升。
那储能有什么用呢?
储能主要是指电能的储存和释放的循环过程。 通俗地理解,就是把暂时多余的电以某种形式存起来,在需要的时候再拿出来使用,就像一个大号的充电宝。
要弄明白这个问题,我们还是要从“碳中和”讲起。新能源虽好,但在大规模并网应用阶段仍然存在一些问题。以光伏为例,太阳能发电需要“靠天吃饭”,所以光伏发电站输出的电能其实并不稳定,而且与用电高峰存在着明显的时间错配,如果直接并入电网,可能会对电网的电力调度和稳定性造成负面影响。
因此,电网公司可能会对某一阶段光伏电站的输出加以限制,一旦超过了一定的水平,光伏电站只能被迫丢弃这部分“多余”的电能。所以,如何使得光伏发电量保持在一个相对稳定的状态,同时不浪费来之不易的电力是光伏电站需要解决的一大难题。
于是,储能技术应运而生。
为何锂电池储能成为主流发展方向?
目前储能技术可以分为机械类储能、电气类储能、电化学储能、热储能、化学储能等。
虽然目前全球范围内的储能装置仍以抽水蓄能为主,但抽水蓄能受到地理条件的限制,加上投资过大、建设周期长的缺点,导致无法大规模的发展。
要理解这个问题其实很直观。举个例子,假设你是一家光伏电站的老板,现在你需要把暂时用不上的电力储存起来,到底是在旁边建个大水库抽水容易,还是利用锂电池更方便呢?所以即便撇开建设周期和成本,抽水蓄能对地理条件的依赖度也很高,所以局限性大。
电化学储能的优点就在于建设周期短、应用范围广、成本较低。其中,锂电池在电化学储能中占比最高,截止2018年,电化学储能中,锂电池就占比高达86.3%。
关于储能的政策支持,近期多次出台。
2021年8月10日,国家发改委、国家能源局联合发布《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》,引导市场主体多渠道增加可再生能源并网规模。
可以看出,此后电力企业再也不是单纯的建设、卖电的角色,而是将逐渐承担更多的可再生能源并网消纳责任。开发企业若想进一步增加项目并网规模,储能建设、购买辅助服务已经成为必选项之一。
7月23日,国家发改委、国家能源局正式印发《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中明确了储能行业的发展规划与目标,到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,累计装机规模30GW以上。
一周后的7月29日,国家发改委印发《关于进一步完善分时电价机制的通知》,部署各地进一步完善分时电价机制。主要目的就是继续拉开高峰、低谷时期的电价,条件具备区域,分时电价可达到4倍。
5G的发展也需要储能。
对于普通老百姓的认识来说,5G的应用可能就是网速更快,看视频更顺畅,但如果5G仅限于这些应用,那就太浪费了。
5G具有高宽带、高流量和高发射功率等特点,同时收发通道数明显增加,但这也导致其功耗的增加。
基站本身可以存储低谷电,所以5G基站也是重要的储能装置。
现在将储能技术应用于电力系统,弥补电力系统中缺失的储放功能,平衡电力系统,特别是在平衡大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性。
从电力系统细分的角度看,储能在发电侧、输配电侧、用电侧都不可或缺。
新能源赛道下,作为大规模应用光电、风电的必经之路,储能产业还是很有发展前景的,同时产业政策相继出台,支持力度空前。
同花顺数据显示,近一周以来储能概念股已经增至116家,20家上市公司累计涨幅超过20%。
所以客观地讲,储能作为近期资本市场的最强“扛把子”,这个板块的目前的估值已经不便宜了。