新型储能投资机会漫谈及独立储能电站收益分 析 “ 碳中和”的储能定位 “ 碳中和”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% 。 装机结 构 新能源 , 26% 2020 年 21.6 亿千 瓦 2030 年 40 亿千 瓦 发电量结 构 新能源 , 9% 2020 年 7.6 万亿千瓦 时 新能源 , 48% 新能源 , 29% 2030 年 11.5 万亿千瓦 时 新能源 , 69% 2050 年 62 亿千 瓦 新能源 , 78% 2060 年 69 亿千 瓦 新能源 , 49% 2050 年 15.6 万亿千瓦 时 新能源 , 59% 2060 年 16 万亿千瓦 时 储能必要性—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： 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—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站 省级电网调度中 心 电站智慧联合调控中 心 风光储单 元 支撑高比例新能源基地外送 储能技术路线概 述 物理储能 ● 技术成熟 ● 成本最低 ● 使用规模最大 物理 化学 储能 能 电化学储 能 ● 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 抽水蓄能 压缩空气储能 电 电 磁 储 能 相 变 储 能 锂离子电池 超级电容 熔融盐储热 碳铅电 超导储能 高温相变储热 储 池 飞轮储能 液流电池 钠流电池 氢 储 能 储能技术现 状 抽 水 蓄 ●目前技术最成熟、应 能 电化 学储 能 压缩空 气储 能 用最广泛的能量型储能 ●具有布置灵活、快速 ●属于一种新兴的储能 技术； 响应、功率和能量密度 ● 具有规模大、寿命长 储 热 技 ●主要有熔融盐储热技 术 氢 储 能 ●适用于大规模储能和 术和高温相变储热技术 长周期能量调节； 形式，在国内尚无大面 ； ●是实现电、气、交通 高等特点； 积推广； ●熔融盐储热技术的主 等多类型能源互联的关 、运行费用低等优点； ●锂电池系统循环寿命 ●西北院负责的鲁能青 要优点是规模大； 键； ●建设周期较长，需要 约 8000 次，度电使 海格尔木压缩空气储能 ●高温相变储热技术具 ●在国内，氢储能技术 适宜的地理资源条件； 用 成本 0.5-0.6 元。 项目，含税上网电价为 有能量密度高、系统体 目前还处于示范应用阶 ●度电使用成本 0.1 700 元 /MWh ； 积小、储热和释热温度 段。 元 左右，度电成本最 ● 未来总体造价将下降 基本恒定、成本低、寿 低 10 ～ 20% ，下降空 命长等优点。 间 有限； 未来需求与布 局 202 5 202 0 203 0 储能布局预 测 ● “ 十四五”期间，在西部 新能源 富集 地区 ， 布局电源侧新型储能，重点布局在内蒙古、 ●非化石能源消费 ●非化石能源消费比 ●非化石能源消费比 比 重：约 16% 重：需达到 20% 以 新 疆、青海、甘肃、四川、云南等区域； 重：需达到 25% 以 ● 我国全社会用电 量 上 ●在中东部负荷中心地 区，以源网荷储模式 上 ● 我国全社会用电 量 布 局一批电网侧和用户侧新型储能，重点布 ● 我国全社会用电 量 局在 京津冀、长三角、粤港澳大湾区等区域 ：将超过 11 万亿千 千瓦 ： 预计将达到 9.5 ● 抽蓄装机： 6200 ～ 万 9.8 万亿千瓦时 千瓦 ● 新型储能装机：约 ● 新型储能装机： 340 万千瓦 3000 ～ 5000 万 千瓦 ： 7.5 万亿千瓦时 ● 抽蓄装机： 3179 万 瓦时 ●抽蓄装机： 1.2 亿 ； ●在西藏 、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 千瓦 。 ● 新型储能装机： 1.5 亿千瓦 ●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。 抽水蓄 能 “ 十二五”、“十三五”期间中国抽蓄的主要政策 10 “ 十四五”储能发展规模及布局 抽水蓄能发展布局 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、1540 湖南、湖北、广东和广西等地区布 0 局一批抽水蓄能项目。 黑 龙 江 芝瑞蓄能 （ 120 ） 荒沟蓄能 （ 120 ） 960 0 敦化蓄能 吉 林 （ 140 ） 阜康蓄能（ 120 疆 ） 哈密天山蓄能（ 120 甘 肃 ） 新 古 丰宁二期（ 辽 宁 内 北京 180 抚宁蓄能 ）天津 （ 120 ） 易县蓄能（ 120） 文登蓄能（ 镇安蓄能（ 蒙 河 865 0 634 0 580 0 浙 江 福 建 湖 南 华北 东北 西北 西南 华东 华中 海南 “ 十四五”新增投产抽水蓄 能布局 1080 0 江 苏 安 藏 重庆 西 蛟河蓄能 （ 120 ） 清原蓄能（ 180 ） 180 沂蒙蓄能（ 山0 ） 12 潍坊蓄能（ 洛宁抽蓄（ 120 东） 南阳天 池蓄能 140 ） 五岳抽蓄（ 南 句容抽蓄（ （ 120 ） ） 绩溪抽蓄 10 ） 1 5 0 （金寨抽蓄 99 ） 绩溪抽蓄 3上海 ） 湖 北 徽 （ 120 ） 四 川 长龙山抽蓄 （）49 宁海抽 （衢江抽蓄 210 ） 140 蓄（ 缙云抽蓄 （ 30 ） 江 磐安抽蓄 ） 90 （ 平江 蓄能（ （ 30 ） 厦门蓄能（ ） 西 贵 140 州 周宁 蓄能（ 140 ） 永泰蓄能（ 120 ） 120 云 南 ） 梅州蓄能（ ）台 广 西 湾 广 东 能（ 阳江蓄 120 120 ） ） 陕 西 海 河北 山 宁 夏 青 西 140 ） 1140 0 单位：万千瓦 中长期重点实施及储备项目分 布 南方 “ 十四五”储能发展规模及布局 抽水蓄能技术路线 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。 中小型抽水蓄能： 一般指水库总库容 1 亿立方米以下 且 梯级电站储能： 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， 装机容量 30 万千瓦以下的抽水蓄能电站 北京密云小型抽水蓄能电 站 提高灵活调节能力。 黄河上游龙羊峡电站梯级电站储 能 压缩空气储能 压缩空气储能技术介 绍 压缩空气储能（ CAES ） •压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术发展起来的一种能量存储系 统。 燃气轮机系 统 CAES 系 统 压缩空气储能技术介 绍 非补燃式四级先进绝热 CAES 系统 太阳能补热式 CAES 系统 压缩空气储能技术介 绍 德国汉特福商业化压缩空气储能电 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 60MW ， 释能输出 功率为 290MW ，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 31 万 m3 ，压 缩空气的压力最高 可达 10MPa 。机组可连续充气 8h ，连续发电 2h 。冷态启动至满负荷约需 6min ，在 25% 负荷时的热耗比满负荷高 211kJ ，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 1979-1991 年期 间共启动 并网 5000 多次，平均启动可靠性 97.6% ，平均可用率 86.3% ，容量系数平均为 33.0% ～ 46.9% 。 压缩空气储能技术介 绍 美国阿拉巴马商业化压缩空气储能电 站 美国 Alabama 州的 McIntosh 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 洞穴在地下 450m ，总容积为 56 万 m3 ，压缩空气储气压力为 7.5MPa 。该储能电站压缩机组功率 为 50MW ，发电 功率为 110MW ，可以实现连续 41h 空气压缩和 26h 发电，机组从启动到满负荷约需 9min 。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 Alabama 州电力公司的能源控制 中心进行远距离自动控制。 1992 年储 能耗电 46745MWh ，净发电量 39255MWh 。 飞轮储 能 飞轮储能的基本构成与工作原理  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  电动机 DC AC  功率变换器  实现直流和交流的双向转换  变频驱动  电能  动能  飞轮  动能的主要存储载体  轴承系统  起支撑和保护的作用 飞轮储能的基本构成与工作原理  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  发电机 DC AC  功率变换器  实现直流和交流的双向转换  变频驱动  动能  电能  飞轮  动能的主要存储载体  轴承系统  起支撑和保护的作用