电化学储能迎来政策东风 这些细分产业将顺势崛起

电气传播 2021-12-13

电化学电池新能源汽车

3944 字丨阅读本文需 9 分钟

12月2日,南方电网电力科技股份有限公司(简称:南网科技)正式发布科创板上市发行安排并公开招股书。继南网能源A股上市、南网调峰调频公司与文山电力资产置换后,南方电网旗下又一家上市公司即将诞生!

同一时期,国网新源控股有限公司公告称,根据国家电网有限公司与国网新源集团有限公司签署的股权无偿划转协议,国家电网公司将持有公司51.54%股权全部无偿划转至国网新源集团。

国家电网和南方电网,两网都在通过资本运作将电网侧储能多项构思落地。

南方电网两次资本运作意在储能

南网科技公告称,拟首次公开发行8470万股,占发行后总股本比例的15%,发行后总股本为5.647亿股。初步询价日期为2021年12月7日,申购日期为2021年12月10日。

公开资料显示,南网科技成立于1988年,其前身是一家全民所有制企业广华实业,主要从事电力进出口业务等。经过近4年先后两次业务重组,由原本的贸易服务业务向技术服务业务转型。现如今该公司控股股东为广东电网,共持有南网科技约2.43亿股股份,占总股本的50.66%。

目前南网科技以电源清洁化和电网智能化为主线发展主营产品,逐步发展出技术服务和智能设备的两大业务体系。其中,技术服务主要包括储能系统技术服务、试验检测及调试服务2大类别,智能设备主要包括智能配用电设备、智能监测设备和机器人/无人机3大模块,产品品类多达56种。

截至2021年9月30日,公司的资产总额为19.2亿元,归属于母公司所有者权益13.5亿元。目前近两年的分类业务营收情况来看,技术服务业务营收占比近五成,智能设备业务占比三成多;储能系统技术服务2020年营收占比27%,2021年上半年占比25.88%;试验检测及调试服务2020年营收占比22.9%,2021年上半年占比24.9%。

南方科技的储能系统技术服务是指根据电源、电网和用户侧客户对储能系统的应用需求,针对性提供电化学储能系统整套解决方案,包括系统方案设计、建模仿真、设备系统集成、工程实施、参数整定、控制优化、系统调试及并网测试、性能评估等全流程技术服务。

在设备系统集成方面,南方科技重点设计“智能热管理+集中式多传感”的电池系统集成方案,从优化电池本体热控制,以强化电池火灾自动预警上提升电力储能系统的安全性。另外,公司还自主设计了储能 EMS,根据具体项目场景和客户需求提供个性化的设计和功能配置。

今年1月19日,定位综合能源的南方电网综合能源有限公司正式敲钟上市;10月16日,文山电力发布公告,将与南方电网调峰调频发电有限公司进行资产重组,实现调峰调频公司业务的整体上市。重组完成后,文山电力将成为南方旗下储能专业上市公司;如今,南方电网电力科技股份有限公司即将登陆科创板。一连串动作显示,南方电网通过资本运作将储能构思落地的预期越来越走入现实。

电化学储能迎风起

储能是完成电力系统转型的三大基石之一。在电力系统中,储能发挥了三大价值:功率价值、容 量价值和能量价值。在调频方面,发电有功功率高于负荷功率会导致频率上升,带来电网扰动, 进而需要发电单元提供短时的功率支撑,储能可以在该过程中发挥重要作用。储能的容量价值在 于可以提高新能源发电的容量可信度。由于电气化和电力低碳化的发展趋势,高碳的火电发展受 到抑制,新能源发电将会增加,高比例可再生能源并网会给电力系统的调节能力带来巨大压力, 而储能可以有效缓解这种压力,增强电力系统的稳定性和灵活性。此外,储能通过能量存储和峰 谷移时,充分发挥了能量价值。因此发展储能是新型电力系统转型的必然选择。

电化学储能拥有更高的能量密度,产业链配套更加成熟,相较于其他储能技术在场景应用、技术、 成本、建设周期、转换效率及选址要求上更具优势,具有高度的灵活性,增长潜力较大。储能技术 路线主要包括电化学储能、机械储能和电磁储能。机械储能以抽水蓄能为主,目前技术成熟,建设 成本相对较低,转换效率约 70%-80%,但对选址环境、地形条件及水文环境要求较高,建设周期 长达 3-5 年,响应速度基本在分钟级别的水平;电化学储能主要以锂电池、铅酸电池等为主,其中 锂电池储能相对来讲拥有更高的能量密度,转换效率可超 90%,产业链配套更加成熟,相较于其 他电化学储能在技术、成本上更具优势;而电磁储能则更适用于放电时间短且迅速的功率型储能。

电化学储能系统成本分析及预测

目前电化学储能的路径有锂离子电池、钠硫电池、铅蓄电池、液流电池,其中锂离子电池在现有化学储能装机中占比90%。跟新能源车的动力电池一样,锂离子电池可分为磷酸铁锂电池、三元锂电池两大类型,不同于新能源车对能量密度(即续航,缺点是成本高)的追求,储能更关注循环寿命(充放电次数)、安全性、成本性这些特性,因此磷酸铁锂电池是目前电化学储能的答案和发展大势。

根据彭博新能源财经数据显示,2020年酸铁锂电池成本约占总成本的比例为50%,电池配套设备成本约占总成本的比例为16%,施工成本约占总成本的比例为17%,运维成本约占总成本的比例为5%,财务成本约占总成本的比例为12%。

随着风光电装机量占比越来越大,储能的需求则越大越迫切。除了发电侧,储能的另一大应该场景是用户侧,用于削峰平谷,节省电费以及备用电源等。

另外,储能梯次利用,即将退役的新能源车动力电池用于储能,也是储能发展的重要驱动力,但由于新能源车2021年才迎来爆发式增长,电池退役也至少需要5年后了(新能源车动力电池一般设计使用寿命是8年)。

根据方正证券的预测,储能市场空间将从2020年的15.2GWh增长到2025年的205.1GWh,年复合增速为68.3%,包含发电侧、电网侧、用户侧,其中发电侧空间123.2GWh,占比60%;用户侧空间77.1GWh,占比37.59%,而用户侧主要是指国内工商业储能(空间35GWh)和国外家用储能(空间33.535GWh)。

国内居民用电力稳定且电价低,家用储能市场空间小,国外工商业储能因核算问题未纳入。

储能现在最大的痛点是经济性(成本),2020年储能系统成本在1.93元/Wh,预计2025年降至0.84元/Wh,迎来经济性拐点。因此,目前整个储能行业发展更多是有政策和补贴驱动,那就必然有很大的周期性和波动,但整体行业趋势是向上的。政策主要是体现在建设风光发电时要求强配10-20%的储能,而欧美安装家用储能是有相应的补贴。

工商业储能发展利好设备制造商

工商业储能系统与储能电站系统都包括电池系统+BMS、PCS、EMS、变压器,机架,连接线缆、 汇流柜、防雷及接地系统、监控及报警系统等,系统均进行模块化设计,系统电压、容量灵活配置。

系统架构: 储能电站 PCS 系统通常和电池系统独立建设,逆变升压单元包括 PCS、并网柜、变压器等,集装 箱将电池柜、汇流柜、监控设备等集成为一体,且拥有独立供电、照明、温湿度控制、消防、安全 逃生等自动控制和安全保障单元,电站还需配备站用电系统,为储能单元提供自用电电源,配备升 压站,协助并网。

工商业储能多一体化建造,采用一体柜。随着大工业用户的增多,工商业储能配备容量可以达到 MW 级以上,系统配置与储能电站基本一致。工商业储能对系统控制的要求低于储能电站,部分 PCS 产品也具有 BMS 的功能。在 EMS 方面,工商业储能只需要设定充放电时间即可完成能量管 理,功能性需求也低于储能电站。

电池: 工商业储能对响应时间要求相对较低,综合考虑成本和循环寿命、响应时间等因素。采用能量型电 池。储能电站收益主要来自于电力辅助服务,因此调频电站储能电池系统对循环寿命、响应时间要 求较高,宁德时代、阳光电源等推出的电站电池系统循环次数在 8000 次左右。用于调频、紧急备 用的电池可能会选用功率型,而目前大多储能采用的是能量型,与工商业储能类似。

BMS: 对于中小工商业储能型电池系统,可对电池组提供过充、过放、过流、过温、欠温、短路及限流保 护功能。还可以提供充电过程中的电压均衡功能,可以通过后台软件进行参数配置和数据监控,具 备与多种不同类型的 PCS 进行通讯及联合对储能系统进行智能化管理。

储能电站对单体电池、电池组、电池堆进行分层、分级、统一的管理,根据各层各级的特性对电池 的各类参数及运行状态进行计算分析,实现均衡、报警、保护等有效的管理,使各组电池达到均等 出力,确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间;提供准确有效的电池管理信息,通过电池均衡 管理可极大的提高电池能量利用效率,优化负荷特性。同时可最大程度地延长电池使用寿命,保障 储能系统的稳定性、安全性及可靠性。

PCS: 工商业储能逆变器功能相对单一,以双向变流为基础,体积小巧,更容易与电池系统进行集成;可 以根据自身需要进行灵活扩容;具备 150-750V 超宽电压范围,可满足铅酸电池、锂电池、LEP 等 多种电池的串并联需求;单向充放电,适配多种类型的光伏逆变器。

储能电站直流侧电压更宽,1500V 可满载运行;除却变流器的基本功能,还需要具备电网支撑的功 能,如具备一次调频、源网荷快速调度功能等,电网适应性强,能够实现功率快速响应(<30ms)。

EMS: 工商业储能系统 EMS 大都不需要接受电网调度,功能较为基础,只需做好本地能量管理:需要支 持储能系统电池均衡管理,保障操作安全,支持毫秒级快速响应,实现储能子系统设备集成管理和 集中调控。

储能电站需要接受电网调度的储能电站对 EMS 系统要求较高,除了基本的能量管理功能,还需要 具备为微电网系统提供电网调度接口及能量管理的功能。需要支持多种通信规约,具备标准电力调 度接口,能够对能量搬移、微电网、电力调频等应用场合的能量进行管理和监控,支持源、网、荷、 储等多能互补系统监控。

电化学储能系统由电池、逆变器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)和其他 电气设备组成。下游是系统集成商和工商业用户。

电池和 PCS 是储能系统中价值量占比最高的部分。储能系统由电池组、储能逆变器 PCS、能量管 理系统 EMS、电池管理系统 BMS 和集装箱及舱内设备构成,其中电池组成本占比近 60%,PCS 成本占比约 15%。

电池电芯/模组占总成本的 60%,目前更多电池厂商聚焦于大型储能电站的研发,工商业用户 侧储能正在逐步发展,代表有宁德时代、鹏辉能源、海基、上海电气国轩、派能等。

BMS 是对电池进行动态管理,主要由专业电子控制元件制造企业生产,但是电池类企业也在 逐步涉足,自主研发 BMS+PACK,代表企业有高特电子、协能科技、科工电子,电池类企业 有宁德时代等,但电池厂家的 BMS 通常迁移自动力电池,因此只具备被动均衡功能,对于需 要主动均衡功能的业主,需要通过外采。

PCS 占总成本的 15%,是连接电池系统与电网或负载之间,实现电能双向转换的装置。原理 上与光伏逆变器有相通之处,多数光伏逆变器厂家都开始研发储能逆变器,且具有一定的技 术优势。工商业储能市场主要企业有盛弘股份、科华数据、上能电气等。

工商业储能一体化产品较多,大多设备厂商掌握集成技术。系统集成商有阳光电源、海博思 创、南都电源、库博、南瑞继保等。

文章来源:灵动核心环境服务平台,行业研报社,未来智库

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