新型储能投资机会及储能电站收益分析报告-52页.pdf

新型储能投资机会漫谈及独立储能电站新型储能投资机会漫谈及独立储能电站收益收益分分 析析“碳中和碳中和”的储能定位的储能定位“碳中和碳中和”大背景大背景为实现双碳目标，未来新增电源将以风电、光伏等新能源为主，预计2030年前后，新能源发电装机将达到16-17亿千瓦，届时将取代煤电成为我国装机规模最大的电源；预计2050年前，新能源装机规模将超过40亿千瓦，发电量占比 接近50%。新能源,26%2020年年21.6亿千亿千瓦瓦新能源,48%2030年年40亿千亿千瓦瓦新能源,69%2050年年62亿千亿千瓦瓦新能源,78%2060年年69亿千亿千瓦瓦新能源,9%2020年年7.6万亿千瓦万亿千瓦时时新能源,29%2030年年11.5万亿千瓦万亿千瓦时时新能源,49%2050年年15.6万亿千瓦万亿千瓦时时新能源,59%2060年年16万亿千瓦万亿千瓦时时装机结构装机结构发电量结构发电量结构储能必要性储能必要性时间时间随着新能源比重提高、常规火电机组比重下降，系统整体转动惯量降低，新型电力电子设备应用比例大幅提升，极大地改变了传统电力系统的运行规律和特性，电力系统安全稳定运行挑战日益严峻。英国大停电：英国大停电：2019年8月9日，天然气发电厂故障 后引发电网频率波动，造 成海上风电连锁脱网事故，引发严重频率问题，导致 英格兰及威尔士发生了大 面积停电。储能必要性储能必要性空间空间未来新能源+储能应用场景将更加广泛，包括利用“风光水火储”一体化模式支撑高比例新能源基地外送、建设系统友好型新能源电站、构建分布式供能系统促进分布式新能源就近消纳等，新能源的开发与储能结合将越来越紧密。系统友好型新能源电系统友好型新能源电站站省级电网调度中心省级电网调度中心电站智慧联合调控中心电站智慧联合调控中心风光储单元风光储单元支撑高比例新能源基地外支撑高比例新能源基地外送送储能技术路线概储能技术路线概述述氢氢 储能储能物理物理电化学电化学储能储能储能储能抽水蓄能锂离子电池 压缩空气储能碳铅电池飞轮储能液流电池 钠流电池电磁电磁 储能储能超级电容 超导储能相变相变 储能储能熔融盐储热 高温相变储热物理储物理储能能技术成熟成本最低使用规模最大建设周期短调节灵活运行效率高技术路线多元应用范围广电化学储电化学储能能储能技术现储能技术现状状电化学电化学 储能储能具有布置灵活、快速 响应、功率和能量密度 高等特点；锂电池系统循环寿命 约8000次，度电使用 成本0.5-0.6元。压缩空气压缩空气 储能储能属于一种新兴的储能 形式，在国内尚无大面 积推广；西北院负责的鲁能青 海格尔木压缩空气储能 项目，含税上网电价为700元/MWh；未来总体造价将下降1020%，下降空间 有限；储热储热 技术技术主要有熔融盐储热技 术和高温相变储热技术；熔融盐储热技术的主 要优点是规模大；高温相变储热技术具 有能量密度高、系统体 积小、储热和释热温度 基本恒定、成本低、寿 命长等优点。氢氢 储能储能适用于大规模储能和 长周期能量调节；是实现电、气、交通 等多类型能源互联的关 键；在国内，氢储能技术 目前还处于示范应用阶 段。目前技术最成熟、应 用最广泛的能量型储能 技术；具有规模大、寿命长、运行费用低等优点；建设周期较长，需要 适宜的地理资源条件；度电使用成本0.1元 左右，度电成本最低抽水抽水 蓄能蓄能未来需求与布未来需求与布局局非化石能源消费非化石能源消费比比 重：重：约16%我国全社会用电我国全社会用电量量：7.5万亿万亿千瓦时抽蓄装机：抽蓄装机：3179万万千瓦新型储能装机：新型储能装机：约340万万千瓦2020非化石能源消费非化石能源消费比比 重：重：需达到20%以上我国全社会用电我国全社会用电量量：预计将达到9.59.8万亿万亿千瓦时抽蓄装机：抽蓄装机：6200万万千瓦新型储能装机新型储能装机：30005000万万千瓦2025非化石能源消费非化石能源消费比比 重：重：需达到25%以上我国全社会用电我国全社会用电量量：将超过11万亿万亿千瓦 时抽蓄装机：抽蓄装机：1.2亿亿千 瓦新型储能装机新型储能装机：1.5亿亿千瓦2030“十四五”期间，在西部新能源富集地区西部新能源富集地区，布局电源侧新型储能，重点布局在内蒙古、新 疆、青海、甘肃、四川、云南等区域；在中东部负荷中心地区中东部负荷中心地区，以源网荷储模式布 局一批电网侧和用户侧新型储能，重点布局在 京津冀、长三角、粤港澳大湾区等区域；在西藏、青海等地区西藏、青海等地区结合分布式新能源将布 局一批新型储能，重点解决独立供电问题。今后，储能将作为独立市场主体参与辅助服务 市场，探索建设共享储能。储能布局预测储能布局预测抽水蓄能抽水蓄能10“十二五十二五”、“十三五十三五”期间中国抽蓄的主要政期间中国抽蓄的主要政策策新疆西藏青海甘 肃内 蒙古四川云南广 西广 东湖 南江西湖 北河陕 西山西河 北山安徽福 建浙 江江 苏黑 龙 江吉 林辽 宁台湾北京天津重 庆上海宁 夏贵 州荒沟蓄能（120）单位：万千瓦敦化蓄能（140）蛟河蓄能（120）清原蓄能（180）芝瑞蓄能（120）丰宁二期（180）抚宁蓄能（120）易县蓄能（120）文登蓄能（180）沂蒙蓄能（0）12 潍坊蓄能（120）镇安蓄能（140）阜康蓄能（120）哈密天山蓄能（120）南阳天东池蓄能（120南）洛宁抽蓄（140）五岳抽蓄（100）句容抽蓄（135）平江蓄能（140）长龙山抽蓄（210）绩溪抽蓄（49 宁海抽蓄（140）缙云抽蓄（90）衢江抽蓄（30）磐安抽蓄（30）绩溪抽蓄（99）金寨抽蓄（120）厦门蓄能（140）永泰蓄能（120）周宁蓄能（120）能（120）梅州蓄能（阳江蓄 120）中长期重点实施及储备项目分中长期重点实施及储备项目分布布“十四五十四五”储能发展规模及布储能发展规模及布局局抽水蓄能发展布抽水蓄能发展布局局 目前，在建抽水蓄能电站总规模5500万千瓦，约60%分布在华东和华北。中长期，一方面将服务新能源大规模发展和电力外送需要，加大在“三北”地区抽水蓄能布局；另一方面，结合负荷中心调峰 及系统安全稳定运行需求，中东部重点在河北、山东、浙江、安徽、河南、湖南、湖北、广东和广西等地区布局一批抽水蓄能项目。海南“十四五十四五”新增投产抽水蓄能布新增投产抽水蓄能布局局5800960015400865063401140010800华北华北东北东北西北西北西南西南华东华东华中华中南方南方“十四五十四五”储能发展规模及布储能发展规模及布局局北京密云小型抽水蓄能电北京密云小型抽水蓄能电站站黄河上游龙羊峡电站梯级电站储黄河上游龙羊峡电站梯级电站储能能梯级梯级电站储能：电站储能：采用“常规水电+梯级储能泵站+新能源”三位一体的开发模式，围绕水电站建设能源调节枢纽，提高灵活调节能力。中小型抽水中小型抽水蓄能：蓄能：一般指水库总库容1亿立方米以下且装机容量30万千瓦以下的抽水蓄能电站抽水蓄能技术路抽水蓄能技术路线线 推动700米及以上水头和单机容量40万千瓦级抽水蓄能机组实现国产自主化。因地制宜发展中小型抽水蓄能，开展小微型抽水蓄能技术与分布式发电结合研究。探索推进梯级水电站储能，依托常规水电 站增建混合式抽水蓄能，推进示范项目建设并适时推广。压缩空气储能压缩空气储能压缩空气储能技术介压缩空气储能技术介绍绍压缩空气储能压缩空气储能（CAES）压缩空气储能系统是基于压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术燃气轮机技术发展起来的一种能量存储系统发展起来的一种能量存储系统。燃气轮机系统燃气轮机系统CAES系统系统压缩空气储能技术介压缩空气储能技术介绍绍非补燃式四级先进绝热非补燃式四级先进绝热CAES系系统统太阳能补热式太阳能补热式CAES系统系统压缩空气储能技术介压缩空气储能技术介绍绍德国汉特福商业化压缩空气储能电德国汉特福商业化压缩空气储能电站站世界第一座压缩空气储能电站，世界第一座压缩空气储能电站，1978年投入商业运行，目前仍在运行中。机组的压缩机功率年投入商业运行，目前仍在运行中。机组的压缩机功率60MW，释能输，释能输出出 功率为功率为290MW，系统将压缩空气存储在地下系统将压缩空气存储在地下600m的废弃矿洞中，矿洞总容积达的废弃矿洞中，矿洞总容积达31万万m3，压缩空气的压力，压缩空气的压力最高最高 可达可达10MPa。机组可连续充气。机组可连续充气8h，连续发电连续发电2h。冷态启动至满负荷约需。冷态启动至满负荷约需6min，在在25%负荷时的热耗比满负荷时的热耗比满负荷高负荷高211kJ，其排放量仅是同容量燃气轮机机组的，其排放量仅是同容量燃气轮机机组的1/3，但燃烧废气直接排入大气。该电站在，但燃烧废气直接排入大气。该电站在1979-1991年期间共启年期间共启动动 并网并网5000多次，平均启动可靠性多次，平均启动可靠性97.6%，平均可用率平均可用率86.3%，容量系数平均为容量系数平均为33.0%46.9%。压缩空气储能技术介压缩空气储能技术介绍绍美国阿拉巴马商业化压缩空气储能电美国阿拉巴马商业化压缩空气储能电站站美国美国Alabama州的州的McIntosh压缩空气储能电站，世界第二座压缩空气储能电站压缩空气储能电站，世界第二座压缩空气储能电站，1991年投入商业运行。其储气年投入商业运行。其储气 洞穴在地下洞穴在地下450m，总容积为总容积为56万万m3，压缩空气储气压力为，压缩空气储气压力为7.5MPa。该储能电站压缩机组功率为。该储能电站压缩机组功率为50MW，发电发电 功率为功率为110MW，可以实现连续可以实现连续41h空气压缩和空气压缩和26h发电，机组从启动到满负荷约需发电，机组从启动到满负荷约需9min。该机组增加了回热器。该机组增加了回热器 用以吸收余热，以提高系统效率。该电站由用以吸收余热，以提高系统效率。该电站由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。1992年年储储 能耗电能耗电46745MWh，净发电量净发电量39255MWh。飞轮储能飞轮储能飞轮储能的基本构成与工作原理 充电原理：充电原理：电机工作在电动机状态，外部电能输入，驱动飞轮高速旋转,电能转换为动能储存ACDC电动电动机机 电能 动能飞飞轮轮 动能的主要存储载体轴承系轴承系统统 起支撑和保护的作用功率变换功率变换器器 实现直流和交流的双向转换 变频驱动飞轮储能的基本构成与工作原理 放电原理：放电原理：电机工作在发电机状态，利用飞轮高速旋转的惯性带动转子旋转，通过发电机将飞轮存储的动能转换 成电能输出ACDC发电发电机机 动能 电能飞飞轮轮 动能的主要存储载体轴承系轴承系统统 起支撑和保护的作用功率变换功率变换器器 实现直流和交流的双向转换 变频驱动飞轮储能技术及发展史飞轮储能公式：，储能量与飞轮的质量成正比，与角速度（转速）的平方成正比第一代低速飞轮（低速飞轮（3000转转/分钟左右），同分钟左右），同轴轴 方式运行，体积大，损耗方式运行，体积大，损耗大大第二代机械轴承机械轴承/磁力卸载机械轴承中速飞轮（磁力卸载机械轴承中速飞轮（10000转转/分钟左右）、损耗大，轴承使用寿命分钟左右）、损耗大，轴承使用寿命短短第三代全磁悬浮高速飞轮（全磁悬浮高速飞轮（30000转转/分钟左右）分钟左右），能量密度高，损耗小，使用寿命能量密度高，损耗小，使用寿命长长磁悬浮轴承五轴主动控制电机定子电动机/发电机双模电机转子永磁材料飞轮腔体内部真空环境飞轮本体动能的主要存储载体飞轮储能的主要技术对比飞轮储能的主要技术对比轴承技术：机械轴承 VS 磁轴承 VS 磁悬浮轴承飞轮材料技术：合金材料 VS 复合材料应用技术：功率型飞轮 VS 能量型飞轮飞轮储能产品风电一次调频应用案例国家电网公司规模化风电机组调频性能关键技术研究与应用项目科技项目部署地点：国家能源集团山西龙源风力发电有限公司右玉老千山风电场全国首个完成35KV并网试验的兆瓦级飞轮储能系统全国首个飞轮+锂电池混合储能示范项目重力储能重力