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历史交汇的拐点:能源危机与储能革命

作者:芯锂君 来源:芯锂话”(ID:ddxinsanban) 发布时间:2021-10-13 浏览:
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©芯锂话·新能源组原创/出品

作者 | 林晓晨

9月份,多地爆出拉闸限电的消息,一度打乱了居民们的正常生活。

在10月8日召开的专项会议上,国家明确部署做好今冬明春电力和煤炭等供应。针对部分地区用电缺口,会议提出用上浮定价上限的方式来代替一刀切式的停产限产,确保群众基本生活和经济平稳运营。

落实到执行层面,在确保居民电价不变的基础上,上浮定价将突破目前市场交易电价上下浮不超过10%、15%的范围,调整为不超过20%,对于高耗能行业将进一步放开上限,采用市场交易形成价格。用电价来调节能耗,表明目前制约发电量的并非能力问题,依然还是成本。

实际上,并不是只有我们面临能源短缺的问题,除中国缺电外,欧洲缺气,英国缺油,新一轮能源危机的前奏已经奏响。

能源奇缺导致大宗商品价格持续攀升,目前布伦特原油突破80美元大关,欧洲天然气也已经达到历史高位。这轮能源危机并非我国单独面临的区域性短缺,而是全球市场共振的危机。

究竟是何原因造成的能源危机呢?这场潜在的能源危机又给我们带来哪些启示呢?

/ 01 / 预期差造成的困局

在历史的长河中,如今的能源危机只能算是一波涟漪。

上世纪70年代,世界曾连续爆发了两次更加猛烈的“能源危机”,直接促使原油价格由1.2美元/桶飙升至40美元/桶。

这两次“能源危机”过后,全球陷入二战后最严重的经济“大通胀”,当时几大经济强国十年间的CPI增速都在10%左右,韩国甚至一度出现复合年化率16.6%的“超级通胀”。70年代的“能源危机”也被经济学家称为20世纪全球经济两大黑暗时刻之一。

鉴于那两次能源危机对经济的破坏力,虽然当下的“危机”远没有过去两次严重,但依然值得全球投资者警惕。

追根溯源,当时的能源危机诱因主要是地缘政治带来的原油断供。因为美国被阿拉伯国家抵制,因此造成石油产能缺口。不同于此前能源危机的“暗战”,当下危机的诱因更像是由预期差所引起的困局。

全球大力发展新能源产业,这已经是人人皆知的事情,因此对于传统能源的投资就开始大幅减少。尤其在去年疫情爆发的情况下,停产停工让企业对于能源的需求进一步削减,导致投资者一度将传统能源当成是被抛弃的行业。

在疫情肆虐的时候,能源需求没有那么大,新能源产业弥补了传统能源减产带来的缺口。然而在今年疫情逐渐平息后,全球各产业均开始复苏,对能源的需求自然也就显著增加,这就造成了部分地区出现短暂的能源供需紧张。

实际上,当下全球能源市场理论上的总供给是足够的,但由于新能源产业过于依赖自然状况,具有很大的波动性,因此造成发电周期的巨大波动。

在波峰的时候,光伏、风电等新能源可以转化成大量的电能,然而由于这部分电能难以储存,并网又是瞬时的,整体消纳有限,因此造成很多的弃电现象,2020年全国弃光率为2.0%、弃风率为3.5%;在波谷的时候,新能源又因为自然因素而发电不足,从而产生能量缺口。

数据来源:中国能源网、国家能源局,东吴证券研究所

一方面是疫情复苏后能源需求的迸发,另一方面是新能源发电的波动性,从而造成间歇性的用电缺口。

由此来看,解决这次全球能源危机的方法很简单,要不重新增加对于传统能源的投资,要不想办法解决新能源发电周期性波动的问题。重新追加传统能源投入可以解决一时之忧,但无疑又让人类距离碳“碳中和”的目标更远了,因此想办法解决新能源的波动性才是当务之急。

储能作为资本市场最火热的概念,其定义是通过介质或设备把能量存储起来,并在需要时再释放。在全球危机面前,似乎储能已经成为备选答案之一。

那么备受期待的储能是否可以解决当下全球能源困局呢?

/ 02 / 锂电掀起的储能革命

面对大自然的无常,人类自古就有秋收冬藏的习惯,那么能源能否储存起来以备不时之需呢?这正是储能的由来。

虽然储能最近才走红资本市场,但严格意义而言,它其实是一个已经发展了139年的成熟行业。早在1882年,瑞士就兴建了世界上第一座抽水蓄能电站,时至今日抽水蓄能依然是人类最主要的储能手段。

按照储能方式的不同,储能可以划分为热储能、电储能和氢储能三大类。其中,电储能最为成熟,抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮蓄能等均属于电储能。

抽水蓄能是目前最受欢迎的储能方式,最核心的原因还是技术成熟。抽水蓄能电站的原理是在电力负荷低谷时,利用多余的电能抽水至水库高层,并在电力负荷高峰期,放水发电并网。能够将电网负荷低时的多余电能,转变为电网高峰时期的高价值电能。

数据显示,2020年全球90%以上的储能装机为抽水蓄能,电化学储能以7.5%的市场占比排名第二。

除技术成熟外,抽水蓄能还具有储能时间长的优势。行业中往往将储能时长超过4小时的储能方式称为长期储能,类似的长期储能还有压缩空气储能、储氢等,可以用来进行电网调峰、备用容量。

尽管抽水蓄能有如此多的优势,但其却有着最大的短板,那就是必须依赖于地形优势,需要丰富的水资源。经过100多年的发展,具备新建抽水蓄能电站的地方已经并不多了。

基于这样的背景,储能行业急需一场革命。人类必须找到新的储能方式来进一步改变储能行业发展趋势,而近来火热的电化学储能就被公认为是抽水蓄能的最优替代方案。

一来是因为动力电池发展迅猛,锂电池已经成为极为成熟的储能手段。在所有电化学储能市场中,接近92%的份额来自于锂电池储能,约13.1GW。同时,电化学储能拥有更高的效率,且已经成功商业化。

二来电化学储能安装方便,几乎不受地理因素限制,能够布局在各种应用场景。同时,建设周期短,能够很快就投入应用中。

电力归根结底是一门生意,成本依然是无可避免的话题。

很长一段时间,水力发电都是成本最低的一种发电形式,但随着我国光伏技术突飞猛进的发展,光伏发电成本已经降至与水电相接近,陆上风电成本更是降至水电之下。

作为光伏发电和风电的储能方案,电化学储能成为储能行业中最主要的增长力量。在传统储能无法完全供给电力消耗的情况下,核心增量电化学储能就几乎成为了唯一的答案。

储能行业正在经历一场由电化学储能掀起的产业革命。

/ 03 / 电化学储能:电网的调节器

之所以如此看重电化学储能,除了其能很好的带来储能增量外,同时它也能够参与到电网运营的各流程之中。

按照应用类型划分,电化学储能可以分为能量型和功率型两种。能量型需求一般需要较长时间的放电,对响应时间的需求并不高;而功率型则恰恰相反,需要快速响应能力,对放电时间的需求并不长。

基于多变的应用途径,实际上电化学储能已经突破了单纯的存储功能,而是应用于整个用电体系的各个环节。

在发电端,由于新能源具有很强的波动性、随机性,在大力发展新能源产业时,其实也给整个电网的稳定性带来了极大的冲击。

传统发电机的转速一定,均为3000r/min,因此国内电网的频率恒定为50Hz。但由于风电和光伏发电的原理不同于传统电机,因此呈现低转动惯量、宽频域震荡等动态特征,这使得电网的暂态稳定性下降。

为了保证新能源并入电网的稳定性,因此电网需要通过一次调频、二次调频等手段,保证系统的频率维持在合格范围内,这也是功率型电化学储能出现的原因。利用储能电池在短时间内的充放电,来调节电力系统调频调峰的需求,以此来赚取峰谷价差带来的利润。

在输电侧,电化学储能可以用来缓解电网阻塞,延缓输配电扩容升级,起到整个电网缓冲带的作用。存储过量的光伏风电资源,通过充放电进行调节,减小波动性、平滑出力、提高能源利用率。

资料来源:派能科技招股书

在用电侧,用户可以安装电化学储能来自发自用,在动态电价地区,通过自发电来套利,并且能够进一步提升整个电网的可靠性。

从古至今,人类用电需求就是不固定的,呈现周期波动,而在新能源逐渐被应用后,这种不稳定性延伸至发电侧。

电化学储能就相当于整个电网的调节器,除了可以储能能量,还能够保持电力系统的稳定。

/ 04 / 电化学储能的“危”与“机

经过前述分析,电化学储能的重要性大家已经心知肚明,但想要通过储能来完全解决能源危机,短期看来可能性依然不大。

从技术角度分析,电化学储能放电时间并不具备优势,远不如当下已经十分成熟的抽水蓄能。在功率型储能方面,目前电化学储能可以完美胜任,但在容量性储能的应用上,电化学储能依然存在较大的弊病。

现阶段,发电侧电化学储能时长大多在2小时左右,这确实可以缓解弃电现象,但却并不能够根治弃电难题。2小时显然无法完全“削峰填谷”,依然存在一定浪费现象。

目前,全球都在加大对于长期储能方式的研发。市场中有观点认为,目前4小时的储能时长远远不能满足需求,持续放电时间长达24小时以上的储能系统才是真正意义上的长期储能。

由此来看,现阶段电化学储能想要真正解决能源危机,首先就要想办法延长储能时间,从而真正实现“削峰填谷”,降低电力应用的波动性。

另一方面,电动车的迅猛发展推升了电化学储能的成本。虽然储能可以用新能源汽车退役的二手电池制成,但动力电池居高不下的售价依然让电化学储能短期内的迅速应用面临压力。

据BNEF数据,现阶段锂电储能系统的成本中,电池成本超过总成本的50%以上,依然处于较高的价位。在新能源发电成本已经大幅下降的情况下,储能成本如何随着下降也成为行业急需解决的问题。

但业界对于锂电储能成本下降较为乐观,专家预计锂电储能系统的成本将在未来有望持续走低,最终降至200美元/千瓦时之下。

纵观整个产业链,产业中游是目前资本市场关注的焦点。电化学储能的中游共分为两大部分:储能电池系统、储能变流器。

储能电池系统相当于储能系统的心脏,是整体成本最高的部分。大多数储能电池系统由动力电池厂商生产,如宁德时代、比亚迪等。除动力电池厂商外,专注独立储能电池的派能科技也已经提前布局这一细分市场。

储能变流器(简称PCS)控制蓄电池的充电和放电过程,是储能系统的大脑。阳光电源、国电南瑞是行业龙头,锦浪科技、固德威则是后起之秀。

放眼未来,储能是能源危机的破局之道,但想要真正解决这个问题,依然需要整个产业的长期迭代,尤其是电化学储能的技术发展。随着新能源行业的迅猛发展,目前渗透率不高的电化学储能行业有望成为最受资本关注的行业。

历史总是惊人的相似,与过去一样,如今人类可能会再次遇到能源危机。但与过去不同的是,电化学储能发展带动的“储能革命”有望大幅增加新能源的存在感。

“危”与“机”的交汇处,这一次有望迎来拐点,“新储能”将从本质改变人类能源格局。

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