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锂电储能行业深度报告:应用场景、经济性与市场空间分析

更新日期:2021-01-25 18:01:59

报告摘要:

一、储能需求逐年增加,锂电路线最具潜力

为什么需要储能:风光装机提升调峰调频需求,快速储能方式提供辅助服务。

储能的现在:应用于用电、发电、电网侧三大场景,主力为抽水蓄能。

储能的未来:抽水蓄能受限,锂电快速崛起。

锂电几乎不受自然环境影响,装机便捷,使用灵活,将在较长时间内保持快速增长状态,甚至成为第一大储能方式,下文将重点对锂电储能进行经济性分析与中期空间测算。

二、用电侧:自发自用经济性显著,分布式储能迎来爆发

家用储能商业模式一:光伏储能配套,实现电力完全自发自用

自发自用余电上网是指分布式光伏发电系统所发电力主要被用户自己使用,且将白天高功率时发的多余电量接入电网, 该模式一般适合家庭屋顶和工商业屋顶。

如不配备储能系统,则夜间的用电需求仍需要从电网采购;在光伏系统的基础上配套储能,即可实现白天和夜间的用电都由自家光伏提供。

目前德国在欧洲家用光伏和储能市场中处于领先地位,截至2019年底德国累计家用光伏装机量达到7.3GW,累计家用储能装机容量达到1.3GWh。其次是意大利、英国和奥地利,2020年这四个国家的新增家用储能装机量总和达到了0.7GWh,占全欧洲的85%以上。

欧洲居民电价不断上涨+光储成本下探,自发自用经济性显著

随着欧洲居民购电价格不断上涨、光伏和储能设备的价格不断下探,光伏储能配套、电力自发自用模式的经济性越来越显著。

目前欧洲各国平均电价达0.20欧元/kWh+,德国更高达0.31欧元/kWh(合人民币2.5元/kWh)。2008年至2019年间,德国居民电价由21.65欧分/kWh上涨至30.22欧分/kWh,通过拆

30% 补贴+ 使用周期大于六年,光+储将成为经济性最高的

居民侧三种用电方案的经济性对比—— 在储能享有30% 总价补贴情况下:

只装光伏的缺点在于,2016年3月后德国法规要求户用光伏回馈给电网的电量不得超过每天发电量的50%(以后可能会再次下降),意味着午间光伏功率最大时所发电量不能全部上传回电网。而家庭午间用电量比较小,若无储能设施存储电力,就会造成弃电,损失一定的经济收益。

在30% 补贴的情况下,大于六年的使用周期时,光+ 储将成为三种方案中经济性最高的。以十年周期来看,三种方案的累计费用分别为17546、11399、7804欧元, 光伏+ 储能的方案能比仅有光伏节省31.5% 的花费,比完全电网购电节省55.5% 的花费。

家用储能商业模式二:根据峰谷价差,利用储能实现削峰填谷。

家用储能市场规模测算:光伏+储能渗透率迎来迅速攀升

目前欧洲“自发自用" 模式的现状:欧洲家庭已经配备了完整的光伏+ 储能系统仅占比5‰。

ELSEVIER的一项研究显示,通过卫星图像观测,欧洲全部可用于安装光伏的屋顶面积为7935平方公里,假设每户屋顶的面积为150平方米,则欧洲可安装户用屋顶光伏的家庭共计5300万户,对应总装机量需求为300GW。

截至2020年欧洲家用光伏累计装机为21.2GW, 家用光伏渗透率为7.2%。

光伏存量远远高于储能存量:家用光伏累计装机21.4GW,对应储能需求42GWh,但目前储能累计装机仅2.75GWh,对应约28万户。

目前储能在家用光伏存量装机中渗透率仅有6.5% 。

未来的增长由两部分构成:

1) 存量增购:假设2021-2025年分别有5%、8%、11%、15%、20%的光伏存量装机家庭增购了储能系统,形成光储结合模式。

2) 增量配套:假设2021-2025年每年新增的户用光伏装机中有15.0%、25.0%、35.0%、45.0%、50.0%配套了储能系统。

家用储能市场规模测算:2025 年全球户用储能新增装机容量达93.4GWh

由于国内民用电价格较低,且住宅多为楼房高层,发展户用光伏+储能的空间较小;2020年,海外户用储能新增装机容量1900MWh,其中欧洲新增810MWh,美国新增700MWh,累计装机容量逾4.2GWh,以未来五年来看,欧洲、美国仍是户用储能增长的领导地区。

2020年受疫情影响储能的年新增装机量的增速较低,但光伏储能自发自用的商业模式已经清晰,对居民用电的经济性显著,中期来看能保持高增长,户用光伏的渗透率和和光伏储能的配套率将同步快速提升, 预计到 2025 年全球户用储能新增装机容量达 93.4GWh , 2020- - 2025 年 CAGR 达 110% 。

工商业储能市场规模测算:光伏储能配套实现电力自发自用

对于商业和大工业用户,亦可通过光伏+储能配套的模式实现电力自发自用。由于用电高峰与光伏发电高峰时间较为一致,因此工商业分布式光伏自发自用比例较高,储能系统容量与光伏功率多为1:1进行配置。

截至2020年,全球分布式工商光伏装机量达到134.6GW,但配套的储能容量仅为11.0GWh,渗透率8.2%;根据BNEF的统计,2020年4小时储能系统平均成本降至332美元/kWh,而1小时储能系统平均成本为364美元/kWh,储能电池成本降低、系统设计优化、系统充放电时长标准化程度提高将继续推动储能系统价格下降,推动工商业光储配套的渗透率提高。

测算得2025 年与光伏配套的工商业储能新增装机容量达33.2GWh ,2020-2025CAGR 达75%

工商业储能市场规模测算:没有光伏则依托储能降低容量电价

对于商业楼宇、医院、学校等不适用于安装大规模光伏自发电的场景,则 通过安装储能系统达到削峰填谷、降低容量电价的目的。

削峰填谷的商业模式与住宅侧类似,其经济性主要取决于峰谷价差的大小。

降低容量电价:部分地区对于大工业用电、工商业用电采取两部制电价,除了根据用电量缴纳电度电费(电度电价)之外,还需要缴纳基本电费(容量电价)。

其中,电度电价单位为元/kWh,其计价规则和家用电价类似,此部分的费用取决于用户总共的用电量;而容量电价的单位为元/kW·月,此部分的费用则取决于业主最大用电需求功率或最大变压器功率。

配置后,在用电低谷时提前储存电量,即可减小企业在高峰时的最大需量功率,进而减少容量电价的支出。

测算得2025年与单独运营、非光伏配套的工商业储能新增装机容量达21.4GWh ,2020-2025CAGR 达40% 。

工商业储能商业模式二:降低容量电价的经济性测算—投资回收期约六年。

工商业储能市场规模测算:2025 年全球工商业储能新增装机容量达55GWh。

用电侧储能市场规模测算:2025 年全球用电侧储能新增装机容量达148GWh。

三、发电侧:短期政策驱动国内高增,中期成本推动全球增长

政策支持:以度电补贴& 优先批准项目为主

发电侧储能的政策支持以度电补贴和优先批准新能源发电项目为主。

综合来看,目前我国发电侧储能的政策还集中在各地方的政策出台,主要以度电补贴和优先批准新能源发电项目为主。度电补贴以储能电量为基,分别给予0.3-1元/千瓦时的补贴不等。优先支持政策则在对新能源发电项目进行批准时,优先考虑带有储能系统的新能源发电项目。

发电侧储能的政策支持时间多在2020年一季度后。

从时间上来看,政策多下发在2020年一季度后,因发电侧电站及储能系统的招标、建设周期合计需要约6个月-1年时间, 预计政策影响将集中在 2021 年得到释放。

经济性测算:政策补贴可大幅提高发电侧储能经济性

中国补贴政策可大幅提高发电侧储能经济性。假设储能可以100%实现利用,每年工作280天。以总投资额150万元/MWh分别对无政策补贴、度电补贴0.5元、度电补贴1元三种情景的国内发电端储能进行经济性测算。

在无政策补贴时,锂电储能投资回收期为24年,一般锂电寿命为13-20年,故无补贴情况下经济性差;对储能电量进行度电补贴分别为0.5元、1元时,投资回收期将下降至10.7年和6.9年,表现出明显的经济性提升。度电补贴为1元时,发电侧储能表现出较高的经济性。

海外在无政策补贴背景下,发电侧储能经济性差。从测算可见,欧洲、美国、日本的投资回收期均在20年以上,且海外几乎无对应补贴政策,发电侧储能经济性较差。

经济性测算:锂电储能成本及价格下行可显著提高储能系统经济性

随锂电储能价格下行,储能系统经济性将得到大幅提升。2020-2025年间,预计随锂电储能价格下行,给予年均15%的锂电储能投资降幅假设, 则2020至2025年储能系统投资额可自150万元/MWh下降至67万元 /MWh ,在无补贴情境下,中国、欧美、日本、澳大利亚的投资回收期均可下降至 10年左右,具备一定经济性,届时投资额降低所导致的经济性提升有望推动储能系统的装配比例快速增长。

中期中国市场预测:政策激励+锂电价格下行,发电端储能市场有望快速增长

受政策激励叠加锂电价格下行影响,预计中国发电端储能市场将快速增长。预计至2025年,中国发电侧储能市场可从2020年的0.34GWh增长至25.03GWh,CAGR达136%。

中期中国市场预测:政策激励+ 锂电价格下行,发电端储能市场快速增长

至2025年中国发电侧储能装机总量可达59GWh ,新增装机将贡献大部分储能市场。我们预测发电侧总储能市场中,受补贴和支持政策,叠加锂电价格下行,新增装机对应的储能市场将由0.29GWh增长至18.01GWh,2025年新增装机对应市场占全部储能市场比例达72%。

至2025年底,发电侧总储能装机量可达59GWh,CAGR为137%,总储能功率占新能源总装机功率的份额为3.2%。

新能源存量装机对应储能市场预计将在2025 年开始爆发。预计受锂电价格下行影响,预计2025年储能系统在无补贴情境下也将具备经济性,因此我们预计存量装机对应的发电侧储能市场将在2025年开始爆发,对应市场将由2024年的2.52GWh增长2.8倍至7.02GWh。

中期海外市场预测:市场将在2025年因储能价格下行而快速增长

受锂电价格下行影响,全球发电侧储能市场将在2025年快速增长。预计至2025年,全球发电侧储能市场可从2020年的0.82GWh增长至7.72GWh。

储能市场增速将在2025年因锂电价格下行、储能经济性提高而大幅增长, 假设2025 年增量市场装配比例提升3 个百分点至6.5%,存量市场装配比例自1% 提升至1.5% ,则海外总储能市场将自2024 年的3.05GWh 提升2.5 倍至7.72GWh 。

中期全球市场预测:预计至2025年增长28倍,中国将占据76% 发电侧市场

预计到2025年,全球发电侧储能市场将达33GWh ,年均复合增速95% 。我们预计到2025年,全球发电侧储能市场将达到33GWh,较2020年增长28倍。

受政策刺激,未来全球发电侧储能市场将主要由中国占据。

受国内发电端储能政策刺激影响,2020-2025年间中国发电侧储能增速快于全球,未来将占据全球储能发电侧市场的大部分份额, 至2025年,中国发电侧储能市场占全球比例为 76%

四、电网侧:调频已具竞争力,调峰仍待降成本

应用:电力辅助服务,调频调峰备用

锂电池储能在电网侧的主要应用领域是电力辅助服务市场,该市场的主要需求为调频(AGC)、调峰与备用容量。

调频(AGC)的作用是将发电设备向用户供电的频率调整到一定范围内(50±0.2Hz),以维持电网稳定运行,避免损害各类电器。

调峰的作用主要是在用电负荷较高时快速提供发电能力以“削峰”,而在负荷较低时降低发电功率或者作为用电设备减小供需差值以“填谷”,从而提高电网供电的充裕性,增强电网运行稳定性。

备用容量分为负荷备用(旋转备用)和事故备用,事故备用容量可在电力系统发生事故时保障供电的安全稳定,负荷备用则可在冲击性负荷超过发电设备最大供电能力时提供应急增量。

备用容量使用频次较低,往往与调峰、调频等功能共用机组。

政策:海外趋于成熟,国内已经起步

海外的电力辅助服务市场开展较早,种类更多, 相对更加成熟。以美国PJM电力市场为例,自1997年成立以来该市场的规则不断完善,目前主营调频、备用、黑启动、无功电压控制、不平衡电量5大类辅助服务产品,其中调频与初级备用服务采用集中式市场化交易。

2017年以来,在国家能源局印发《完善电力辅助服务补偿(市场)机制工作方案》后,中国各省市均已不同程度的开展了电力辅助服务市场,随着“电改”的进一步深化,未来电化学储能将会在更多地区参与电力辅助服务市场交易。

商业模式:获得准入许可,得到服务收入

从主要国家现状来看,调频和调峰是储能电站的主要应用场景,而 锂电储能电站的主要商业模式则 是为电网提供调峰、调频、备用容量等服务,以此获取市场化收入、补偿收入或提成。这一模式的核心问题在于市场准入与服务成本。

虽然2016年起国内市场就确立了电化学储能在辅助服务市场的主体地位,但定价机制、补偿来源与监管办法仍需完善,而海外发达国家多数已允许电化学储能公平参与市场竞争,其中美国2011 年起即已出台相关法令允许储能进入辅助服务市场。

经济性分析:调频比较里程成本,调峰对比度电成本

综述:通过对电力辅助服务市场需求的分析,我们认为调频和调峰是两个最主要的需求,因此我们针对这两大市场进行了成本测算。由于容量型与功率型的服务需求差异较大,其定价方式也不一样,因此我们 对容量型的调峰采取度电成本的计算方式,而对功率型的调频采取里程成本的计算方式。

经济性分析:调频已具备经济性

锂电调频已具备经济性:经计算, 磷酸铁锂储能电站的里程成本已可降至6元/MW以内, 具备平等参与电力市场服务交易的竞争力, 且由于磷酸铁锂储能的调节速度快、调节质量高、配置灵活性强, 在收益性方面更具有优势(AGC补偿费用=调节深度*调节性能*单位里程调频价格), 将是未来新建独立或联合调频储能电站的优先选择。

经济性分析:调峰竞争力相对较弱

调峰:磷酸铁锂电池储能度电成本在0.5-0.6元/kWh,明显高于抽水蓄能的0.21-0.25元/kWh,因此目前 在无补贴条件下,锂电池储能调峰的竞争力相对较弱,但 后续随着锂电池成本的不断降低,循环寿命提升,电池容量增大,锂电储能度电成本将会持续降低,而抽水蓄能对选址的要求较高,容量有限, 锂电储能调峰有望获得更高的增长。

2025 年空间测算:调频+ 调峰新增装机14GWh 左右

调频:据北极星储能网信息, 调频需求在火力发电系统中的功率占比在2-3% ,基于NREL的研究, 当波动性发电占比达30% 时,调频需求将翻倍。因此我们假设全球调频需求装机占比从2%逐步提升到2025年的3.2%,同时锂电储能调频的渗透率从4%逐步提升至2025年的40%,则2025 年锂电储能调频的新增装机量将达10GWh 以上。

调峰:随锂电储能度电成本逐年降低, 预计2025 年调峰新增装机电量可缓慢提升至2.53GWh,在全球碳减排的背景下,当其经济性提高后有望快速获取火电调峰份额。

2025年空间测算汇总:电力系统与5G 基站合计新增装机209GWh左右

根据前述电力系统中三个场景的测算可得:

2025年全球电力系统新增锂电储能装机将达195GWh左右,其中未来5年增长潜力最大的场景为用电侧,2025年新增装机有望达148GWh 以上,

其次为发电侧,在国内强力政策推动下,2025年新增装机有望达33GWh左右,而电网侧虽新增装机相对较小,2025年新增装机在14GWh左右,但由于调频调峰需求刚性,将长期占据一席之地。

除电力系统外,此前我们在《储能系列报告1:国内储能项目经济性探讨》已经对5G基站的装机容量进行了预测, 预计2025年5G基站对锂电储能的需求将达14GWh。

综上, 我们预计2025年全球电力系统与5G基站的合计新增锂电储能装机将达209GWh。

五、产业链相关企业分析

由于锂电储能前景广阔,各领域龙头公司均已不同程度进行布局,代表上市公司有【宁德时代】、【亿纬锂能】、【派能科技】、【阳光电源】、【固德威】、【锦浪科技】、【德方纳米】、【当升科技】、【天赐材料】等。

受益储能发展,电池厂商将获取最大蛋糕

锂电储能系统的最主要组成部分是锂电池,但储能锂电池更看重经济性和高循环次数,动力锂电池更看重高能量密度。

PCS厂商将受益于储能需求增加带来的量利双升

锂电储能系统的另一重要组成为储能逆变器,以光储系统为例,储能逆变器 除需要满足光伏逆变器对直流电转交流电的逆变要求外,增加了因储能系统既要充电又要放电所带来的双向变流的需求,技术壁垒相较普通逆变器更高,价格、盈利水平均高于光伏逆变器。

电池材料龙头厂商将受益于储能电池带来的量增

德方纳米采用降本空间大的液相法生产LFP 正极,自2016年下半年以来开始逐步以自制铁源代替外购铁源 ,具备一定成本优势, 龙头地位稳固 。当升科技于2016年率先在国内开发出储能多元材料, 产品已大批量用于三星、LG 、SKI等海外高端储能电池供应商,先发布局有望获取更高份额。

 

报告节选:

(报告出品方/作者:天风证券,孙潇雅)整自:未来智库官网

 

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