2020年8月,长达四年之久的甘肃“弃风弃光”案终于落幕。事件起源于2016年,环保组织自然之友一纸诉状,将国家电网甘肃公司告上兰州市中级人民法院,理由是:国家电网甘肃公司未全额收购的“风光”电量由燃煤发电所替代,造成环境污染。

 

甘肃是我国风光资源最富集的地区之一,利用这一得天独厚优势,从新能源产业发展伊始,甘肃省风电光电装机并网容量一骑绝尘。然而,一面是不断上马的新能源项目,一面是日益突出的“弃风弃光”现象。此情形连续数年未见好转,“弃风弃光”数据屡创历史新高。

 

针对“弃风弃光”,国家电网总结了四个原因:一是用电需求增长放缓,消纳市场总量不足;二是电源结构不合理,电网调峰能力严重不足;三是跨省跨区输电通道不足,难以实现更大范围消纳新能源;四是市场机制不完善影响新能源消纳。
这四方面原因都指向当时电力结构和电网系统客观存在的问题,完善改进需要相当长时间。但要快速补齐木桶的短板,其实还有一个重要的技术工具可以借助——储能。

 

储能可以将风光发电厂用不完、送不出的电力先储存起来,在电力负荷高峰释放,实现用电负荷的时空转移。甘肃由于缺乏足够的储能设施,多余电力只能白白浪费。

 

 

不光是中国,在全球国家大力推进能源转型的当下,大规模储能技术都在成为制约新能源发展的“阿喀琉斯之踵”。

 

2019年8月9日,英国发生的大规模停电事故导致英格兰、威尔士地区多个城市地铁停运、机场瘫痪、医院停诊,约100万家庭和企业受到影响。这次大停电正好跳在欧洲能源系统的牙神经上,让全世界都隐隐感到牙疼。

 

根据事后的事故分析报告来看,本次大停电事件与高比例风电并网而储能能力不足有着直接关系。稳定性和连续性较差的风电并网比例高,容易对电力系统实时平衡、安稳运行带来冲击,同时由于缺乏足够的储能设施发挥 “稳定器”作用,平抑波动,灾难由此引发。

 

在“双碳”目标牵引下,我国能源革命正在持续深入推进,预计风电和光伏发电装机规模将长期保持世界第一。作为清洁能源发展命门的储能产业被视为下一个万亿级蓝海市场,正在迎来高速发展的历史性拐点。

 

对于投资者来说,这似乎又是一场新的造富狂欢。但是对于大多数身处赛道的企业来说却充满忐忑——这是一场开跑没有回头路的极限拉力赛,其中大部分选手车技尚不娴熟。主办方在提供地图指南的同时,也给出了风险提示:前方道路尚在施工,一旦车速失控可能万劫不复。

 

按照专业分组被拉上赛道的各方选手,要想顺利赢得每一个赛站必须做到以下三点:

 

1. 技术和产品能力跑赢市场认可;

2. 商业模式耦合新能源闭环生态;

3. 守住安全底线并提升集成能力。   

 

1、技术押注:最难科目二

 

甘肃“弃风弃光”案只是拨动中国能源神经的一次小事件,事实上,随着可再生能源的大规模并网,电网调峰压力陡增的不止于甘肃一省。

 

为了解决电网的稳定性和平衡性问题,各地在建设电网时一般会与新能源开发商私下达成协议,规定配置储能可以优先并网。到了2020年,这一不成文的条件被多地政府和省网公司直接摆到了台面上,纷纷在新能源招标方案中写明储能的配置比例。当年全国先后有17个省市区出台了相关政策,“风光储一体化”成为新能源建设的强制标配。

 

储能从此前的附加项变成了必选项,一时间被推到了聚光灯下,在资本市场上的风光甚至不亚于被“碳中和”概念节节拉高的风电和光伏板块。

 

在众多新型储能技术中,电化学储能凭借技术相对成熟、配置灵活、建设期短、成本相对更低等优势,成为储能赛场的热点赛道,吸引了大量选手入场和资本押注。

 

需求端心急如焚,企业却压力山大,从目前国内电化学储能的技术发展阶段来看,总体上仍然处于商业化初期阶段。这就意味着,被一纸政策赶上赛道的主力选手,大部分还处于“科目二”考试阶段。

 

2022年3月21日,国家发改委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》中明确提出,到2025年初,新型储能要具备大规模商业化应用条件。其中,电化学储能技术性能进一步提升,系统成本降低30%以上。

 

在电化学储能系统中,电池是核心技术,也是提质和降本的关键。度电成本、能量密度、功率密度、循环次数、安全可靠性,是这场“科目二”的五项必考。除此之外,还有环境适应性、快充能力等若干选考项。

 

发展相对成熟的锂电池,由于当下最具备同时满足上述指标的潜力,成为各参赛选手的首选技术方案。然而要适应新的拉力赛道,传统锂电池还需要突破若干技术瓶颈,完成各种“大改”。

 

作为种子选手的龙头公司,努力用尽各种方式改装自己的锂电池“赛车”。

 

一方面是技术迭代和工艺优化。宁德时代、比亚迪等传统电池厂同时向多条技术路线发起猛攻,从电池结构创新、增强电芯材料等方面入手,奋力击破技术壁垒,将锂电池的性能潜力挖掘到最大。

 

2019年至今,各大电池厂商之间开展了一场眼花缭乱的技能大比武。从宁德时代不断开拓多元技术路线,到比亚迪在磷酸铁锂路线上的死守突围,中国锂电池技术在这场“最难科目二”的应考中狂飙突进,全面问鼎世界第一。

 

另一方面是加强供应链整合。在上游资源价格疯涨、下游客户持续压价的双重压力下,积累了充沛资金和客户资源的头部玩家,除了加速扩产之外,同时加大并购和整合力度,争相卡位上游资源。

 

近年来,电池厂和隔膜、正负极等材料供应商合资设厂,拉边站队已经成为常规操作。自2021年底钴、锂、镍资源价格疯涨以来,“谁家矿多”又成为可以影响股价的直接指标,宁德时代、比亚迪、国轩高科、亿纬锂能等国内主要电池厂都成为全球“买矿”的活跃力量。

 

当老玩家在锂电池“魔改”道路上严重内卷,新生代选手想要搏得名次,只能选择开辟全新技术路线,实现“换道超车”。

 

随着2019年华为宣布入局新能源汽车后,在电池领域的投资布局也悄悄展开。今年4月1日,钠离子电池创业公司中科海钠宣布获得华为旗下哈勃投资的资金注入;早在2021年7月29日,宁德时代也高调发布了钠离子电池,成为其股价冲顶的助推火箭。

 

事实上,钠离子电池这条技术路线并不新鲜,钠离子与锂离子电池的研究均起步于上世纪70年代,然而受当时研究条件限制,钠离子电池在能量密度、循环次数等指标上始终难以突破技术屏障,逐渐被锂电池甩在身后。

 

直到近年来,锂资源短缺问题成为业界共同焦虑,大型储能电站、新能源车对电池越来越严苛的安全要求也让锂离子电池略显力不从心,学术界开始“重操旧业”,再度掀起钠离子电池的研究热潮。除了涌现出中科海钠、钠创新能源等一众新秀厂商外,宁德时代、欣旺达等锂电池头部玩家也在这条赛道上集中发力,积极储备钠离子电池技术。

 

得益于各方选手的不懈努力,钠离子电池在能量密度、循环次数等关键指标上大有进益,然而距离锂电池仍然有不小差距。虽然钠电池依靠原材料成本低且易取得、理论安全性高等先天优势成为储能赛场的热门备选技术,但钠电池要想成为驰骋赛道的主力“车型”,综合性能方面还有相当多的瓶颈需要突破。

 

除了钠离子电池外,固态电池、液流电池、镁离子电池、锌离子电池等新型电池技术也都在各大实验室里苦练内功,希望有朝一日能与锂电池华山论剑,成为新的武林霸主。

 

电化学储能虽然是参赛的主流“车型”,却难以满足所有场景需求。与之互补的压缩空气储能、氢储能等新型储能技术由于在技术指标、成本控制、商业化量产等方面各有短板需要攻克,尽管上有政策扶持,下有业界努力,却仍然一直徘徊在商业化的起跑线处。

 

作为储能市场的“压舱石”,传统抽水蓄能在可再生能源并网规模迅速扩大的压力倒逼下,也迎来新的春天。

 

2021年3月19日,国家电网宣布“十四五”期间将在抽水蓄能领域投资1000亿元,一度引发该板块的涨停潮。随后国家能源局《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》发布,开篇就用“三最”——“技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件”对抽水蓄能进行评价,更让抽水蓄能成为业界关注的焦点。

 

尽管再度被推上风口,抽水蓄能想要再度起飞也要面临重重考核。从“十一五”开始,我国抽水蓄能建设中长期规划目标的完成情况并不理想,多位经济学专家将原因归结于“未形成较为稳定稳健的营收模式”。

 

电化学储能的诸多窘境也同样如此。这意味着,在储能这场漫长拉力赛中,即使技术“科目二”考试通过了,也仅仅只是具备了上路的条件,如果没有可持续的商业模式支撑,仍然难以顺利跑完全程,拿到进入最终决赛圈的资格。  

 

2、商业突围:漂移过急弯

 

可再生能源的大规模并网,正在推动整个电力系统从“源—网—荷”向“源—网—荷—储”发展,储能成为建设新型电力系统的第四大基础要素。

 

但中国现有的电力系统,似乎还没有完全做好接纳储能的准备。

 

遵循“三放开、一独立、三强化”和“管住中间,放开两头”的电力体制改革思路,发电侧和售电侧电价正在加快向市场化过渡。但是在新的机制成熟之前,赛道上的很多急弯和陷坑,还需要车手们凭借高超的车技一一应对。

 

 

虽然国家《“十四五”新型储能发展实施方案》提出要“明确新型储能独立市场主体地位”,但从目前实际情况来看,储能要想在未来新能源生态中真正占据一席之地,形成独立商业闭环并与新型电力体系全面耦合,还有相当多的堵点需要打通。

 

山东莱州土山镇,屹立着华东最大的光储融合电站。为电网提供调度服务后获取补贴,是目前电站最大的收入来源。仅去年4月,该电站便获得了超过6万元的调度补贴。不参与电网调度时,电站通过自发自用的方式来节约用电成本。虽然开源与节流同时进行,莱州储能电站的成本回收预期时间仍然长达15年。

 

莱州土山镇光储融合电站

 

发电侧储能大多通过电力辅助服务获取收益,用户侧储能的盈利则大多依靠峰谷套利来实现。为了满足大型商场的用电量,北京世贸天阶安装了一个容量为1.4MW/4.2MWh的储能站。运营方在低谷电价0.3元左右时买入电量,在用电高峰时则以低于峰值电价的1.1元价格卖给商场,低买高卖赚取差价利润。储能站与商场之间也实现了双赢——通过发挥“削峰填谷”的作用,每年可以为商场节约100-200万元的电费。

 

但是储能项目的成本回收和实现盈利并非易事,国家电网就曾经在储能项目上栽过跟头。2018年,国网系统最大规模的电网侧储能电站在长沙投运。尽管该电站可以通过电网削峰填谷、储能租赁服务、辅助服务市场获取收益,但由于一期投资便已超3亿元,据国网公司内部测算,基于当前湖南省的峰谷电价政策和目前的电池技术,每年预计营收约2160 万元,亏损却高达3281万元,该储能电站在全寿命周期内都将处于亏损状态。

 

 

由于储能项目的盈利模式大多属于“蚊子腿上劈精肉”,和不同场景的用电实际情况密切相关,因为收入渠道单一、投资回收周期长而陷入持续亏损的情况,在我国储能市场并非个别现象。

 

在强配储能成为全国多半省市的选择后,新能源开发商也同时面临着双重压力。一方面是不断强调的风电光伏平价上网,让开发商可赚取的利润空间被严重压缩,另一方面则是对储能配置的强行要求,让众多开发商不得不增加额外投入。2019年12月,国家电网发布《关于进一步严格控制电网投资的通知》,明确要求不得以投资、租赁或合同能源管理等方式开展电网侧电化学储能设施建设。一位新能源开发企业的负责人甚是不解:“电网因亏损不再建了,就让我们发电企业建,凭什么?”

 

虽然储能对于国家新型电力系统建设的重要性不言而喻,但行业短期发展靠项目,中期发展靠政策,长期发展靠环境。如何保证储能作为“独立市场主体”实现长期可持续发展,美国储能行业发展之路可以作为一面参考镜子。

 

美国储能市场之所以能够迅速发展,首先得益于技术进步带动成本快速下降;其次是政府通过法令明确赋予了储能和其他要素主体同样的市场地位,FERC(联邦能源管制委员会)于2018年2月发布的841法令规定,储能可参与RTO(区域输电组织)与 ISO(区域性独立系统运营商)运营的所有电力市场;此外,精细化补贴和税费减免进一步拉动了储能发展——在这个过程中,市场机制快速成熟,企业有利可图,投入动力更强,又反过来促进行业进步。

 

加利福尼亚州正在成为美国最大的储能市场,得益于快速增长的光伏产业将极大拉动储能的装机容量。在加州,发电侧和电网侧储能项目均可作为非发电资源或需求侧响应资源参与电力市场交易,企业通过峰谷套利、辅助服务、备用电源、输配电价等多种方式获取利润。在这个过程中,大投资商也乐于投资规模大、收益稳定的储能项目。

 

Arevon公司在加州开通运营的100MW/400MWh 电池储能项目

 

政策促进、技术竞争、资本投资三者之间形成了一个良性循环,企业看到持续获利的前景,才会更有动力专注研发和经营,成为推动行业创新和进步的中坚力量。

 

由于美国电网基础相对中国较弱,很难做到全国统一调度,各州管好各自的新能源消纳,只能大量依赖储能。相比之下,中国则可以通过多建输电通道实现电力外送,此前西北地区“弃风弃光”现象有所好转,和新建的电力外送通道有直接关系。然而,这也成为阻碍储能发展的间接因素。

 

另一方面,由于新型储能通过技术成熟实现降本增效还需要一段时间,这段时间对于企业来说就成为最为煎熬的窗口期。一直以来,业内呼吁出台储能补贴政策的声音不断,但由于全国电网情况异常复杂,国家一直未能出台统一的补贴标准。地方政府虽有五花八门的补贴措施,但往往会附带招商引资等各种目的和条件,整体来看补贴较为分散,且数量和金额较少。

 

这就相当于,车手已经在赛道上一路狂奔,前方道路却还在修缮,而众多的急弯和陷坑,都需要车手凭借高超的车技依次避开,一不小心就有可能翻车坠崖。

 

拉力赛和F1这类封闭赛道竞速赛最大的区别就在于——大量路段都布满砂石、泥泞甚至冰雪,在这样附着力极低的开放赛道上还要保持全速通过,往往只能采用“漂移过弯”的惊险方式。这不仅对车手的驾驶技术是一种极限考验,对领航员的商业预判能力也是巨大挑战。

 

从整场竞赛的角度来看,车手们要想安全通过每一个赛站,技术和商业模式二者缺一不可。新型能源电力体系与储能行业互相成就,新能源大规模并网带来了储能需求激增,储能的发展又促进新能源消纳,“源—网—荷—储”最终形成一个良性的闭环生态。当车手的技术和产品能力跑赢市场认可之后,商业模式能否耦合这个闭环生态,将成为最终赢得比赛的关键。   

 

3、安全底线:保持抓地力

 

拉力赛的惊险在于,如果赛车不能在高速行驶过程中时刻保持抓地力,则随时可能冲出赛道,甚至车毁人亡。

 

2022年4月18日,美国亚利桑那州盐河变电站内储能设施发生火灾,火势持续了五天仍未结束。消防人员之所以不敢全力灭火,是因为三年前该州不远处的另一座储能设施曾发生火灾,消防员进入检查时储能电池突然爆炸,导致八人受伤。根据当时的分析报告披露,事故由一个锂离子电芯短路引起。

 

亚利桑那州盐河变电站火灾事故

 

“安全”是储能行业发展的命门,各大厂商都时刻紧绷着神经,在追求高性能、低成本的同时还要确保可靠和安全性。据不完全统计,自2017年起,全球共发生约四十起储能电站起火爆炸事故,均与电化学储能相关。而电化学储能最大的安全隐患,基本就是锂离子电池的“热失控”问题。

 

2021年4月16日正午,北京丰台大红门储能电站发生起火爆炸事故,造成3人遇难、1人受伤。经查明,事发项目所用电池均为合肥国轩高科动力能源有限公司生产,事故直接原因为电池内发生短路故障,引发热失控起火,进而导致爆炸。

 

这不是国轩高科近年来第一次陷入电池质量危机。自2019年开始,电动车厂商瓯鹏动力和国轩高科就针对电池包质量问题多次发生纠纷。2021年,这些纠纷更是直接被摆上了台面。11月28日,瓯鹏动力组织了一场名为“吹哨电池安全——国轩锂电池疑似存质量缺陷说明会”的媒体发布会,在向记者提供的材料中,当年大红门储能电站爆炸事故也被作为国轩高科电池质量存在缺陷的“重要证据”。

 

根据瓯鹏动力描述,其采购的国轩高科电池包发生数十起电池爆燃和自燃事故,经三方机构检测认为,电池包存在漏液、腐蚀和防爆阀失效等多项质量问题。国轩高科则通过媒体进行反驳,认为事故是因瓯鹏动力自行采购的电池包保护板问题所致。

 

双方各执一词,开展了激烈的隔空互掐。尽管国轩高科快速做出了补救措施,但其股价依然受到“波及”。截至11月29日收盘,国轩高科股价在锂电池指数上涨2.67%的背景下逆势走低,报收62.33元/股,下跌2.5%。

 

在锂电池仍是当前电化学储能主流技术的背景下,安全性问题一直是悬在各家电池厂商头上的一把利剑。在其它行业可能还有“一慢二看三通过”的说法,但在已经被拉上赛道飞驰的电化学储能领域,如何在保持车速的同时还能“安全通过”,成为各方选手每时每刻都必须盯牢的底线。

 

一套储能系统往往需要由成千上万枚单体电池通过串、并联方式组合成电池系统。除了电池自身质量可靠之外,被称为“电池保姆”的储能电池管理系统(BMS)也极为重要。中国工程院陈清泉院士曾形容:“没有BMS的电池包犹如一枚定时炸弹”。

 

动力电池BMS研发主要由终端车厂主导不同,目前看来储能电池的终端用户——电网公司并没有加入BMS 研发制造的需求和具体行动,这就给电池厂和专注储能BMS这一细分赛道的专业厂商留下了巨大的发展空间。而智能化的BMS作为储能系统降本增效、确保安全的关键技术,也正在成为各大厂商努力培育的新利润增长点。

 

一套完整的电化学储能系统一般由电池模组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)以及能量管理系统(EMS)组成。其中,电池模组负责储电;PCS是连接于电池系统与电网或负荷之间,实现电能双向转换的变流器;而BMS和EMS是储能系统的管理控制中枢——BMS主要负责监测电池数据,保护电池安全;EMS主要通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制,保证微电网和整套系统正常运行。

 

从卖电池到卖集成系统,各家储能厂商都在朝着这一步迈进,然而做好却并不容易。储能系统集成如太极拳般易学难精,仅通过简单拼凑组装,容易存在兼容问题,难以保障整套系统的安全性。中国化学与物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇表示:“建设高效率、低成本、适配度高的储能电站,是储能行业追求的共同目标,系统集成是实现这一目标的重要一环。”

 

系统集成给终端用户提供的是全方位服务,包括储能系统的建设、运营、维护、回收等,一旦运行过程中出现问题,也由第三方集成商负责解决,这就为储能成为独立市场主体创造了前提条件。

 

然而,在当前快速发展的新型能源生态系统中,储能要想形成完整独立的商业闭环仍然需要时间。目前大多数集成项目都是非标准模式,独立市场和碎片化场景过多、行业整体产能供求比高,让储能系统集成在短期内很难形成标准化、规模化的可复制效应。同时,由于行业数据仍在运营积累阶段,如何量化系统集成形成的服务价值,业内也需要一个较长的沉淀时间。

 

在这样一个个充满不确定性的场景中,车手紧盯的第一目标并非对手,更多时候是自己手中的方向盘和档杆,时刻保持“控车”,以应对各种低抓地力的魔鬼路段。   

 

4、孤独的狂奔

 

电影《飞驰人生》中,沈腾饰演的张驰在给年轻车手培训时讲到:“你过的每一道弯都不可能再来一次,你犯的每一个错都可能断送你的职业生涯。”

 

拉力赛的飞驰,并不是如《头文字D》那般在蜿蜒崎岖的山路上风驰电掣,两辆车你追我赶,对手和山路一样可怕。相反,是带着孤独和令人窒息的紧张狂奔——与其说是和别人在较量,倒不如说是超越自我的赛跑。

 

当前,国内在新型储能赛场竞逐的选手大致可以分为三类:

 

第一类是财大气粗的传统锂电池巨头,如宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等。这类选手在动力电池和消费锂电池领域积累了雄厚资本和丰富经验,可以重金押注关键技术,同时大手笔进行全产业链布局。

 

第二类是另辟蹊径的新生代选手,如辉能科技、中科海纳、宝丰储能等。这类选手往往选择从固态电池、钠离子电池、氢储能等新技术路线突破,以打破巨头挡路的局面,谋求换道超车。

 

第三类则是从系统集成向内包抄,如北控清洁能源、陆金新能源、南网科技等。这类选手专做系统集成,从外部采购主要部件,随着市场份额的扩大,逐步渗透布局核心技术。

 

储能贯穿电力系统“发—输—配—用”各个环节,是融合可再生能源与传统能源的关键。而在新型能源体系加快重构的大格局下,其中的每一个场景,都可能是一段惊险刺激的弯道;其中的每一个赛段,都可能是一次孤独无援的征途。

 

对于被大时代驱赶上赛道的车手们来说,这场能源变革大幕下的极限拉力赛,比拼的不仅仅是财力技术,追逐的也不仅仅是商业目标——不论是老司机还是新车手,谁都没有百分之百的必胜把握。而可以支撑他们跑完全程的,更多是笃定的心气和强大的信念。正如张驰在电影中所说:“我没有想赢,我只是不想输。”

 

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研究 | 沈和谐

编辑 | 刘爱国

数据支持 | 钛禾产业研究院

 

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[6] 彭博社新能源财经,储能商业模式——以加州为例,2022

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[8] 姚金楠\贾科华,“新能源+储能”再遇推广难,2020

[9] 王继业,构建新型电力系统 推动实现“双碳”目标,2021

[10] 王晨,抽水蓄能再站上风口,形成稳定营收模式是关键,2021

[11] 刁凡超,环保组织败诉甘肃“弃风弃光”的环境公益诉讼,2020