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2025年储能行业剖析:新型储能技术百花齐放液流电池商业化正在加速(附下载)

  

2025年储能行业剖析:新型储能技术百花齐放液流电池商业化正在加速(附下载)(图1)

  新能源是战略性发展方向,政策支持力度不断加大,2021 年 10 月,国务院印 发《2030年前碳达峰行动方案》,提出双碳目标。随后,国务院发布的《关于 完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,国家发改委、 国家能源局发布的《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》等文件中 均将 2030 年新能源装机目标定为 12 亿 kW。根据国家能源局发布的《2024 年 全国电力工业统计数据》,截至 2024 年 12 月底,内地风光发电总装机超 14 亿 kW,提前完成 2030 年装机目标。其中,太阳能发电装机容量约 8.9 亿 kW, 同比增长 45.2%;风电装机容量约 5.2 亿 kW,同比增长 18.0%。发电量方面, 2024年内地可再生能源发电量达3.46万亿kWh,约占全部发电量的35%。我们 预计到 2025/2030 年内地仅风电和太阳能发电量合计占比将达到 23%/35%。然而,以风能和太阳能为代表的可再生能源的随机性、间歇性与波动性特征, 为电网安全运行带来巨大压力。为了促进可再生能源利用率并增强电网的稳定 性,大规模长时储能成为解决新能源利用问题的重要技术路径。根据中关村储 能产业技术联盟(CNESA)数据,截至 2024 年底,内地电力储能装机量累计达 到 137.9GW,其中,抽水蓄能由于技术成熟、成本低、容量大的原因,装机容 量占比达 42%,但抽水蓄能建设周期长、资源限制,难以满足未来电网储能的 需求,迫切需要发展新型储能技术。截至 2024 年底,新型储能装机规模 78.3GW,占比达到57%,首次超过抽水蓄能。随着新能源发电占比提升,我们 预计 2025/2030 年内地的储能装机规模有望达到 188/366GW,其中新型储能装 机占比接近 65%/73%。我们预计未来五年内,内地新增的新型储能装机规模约 为 190GW,是现有装机规模的 2.4 倍。

  根据储存介质的不同,储能技术可以分为五大类,分别为:机械类储能、电化 学储能、化学类储能、电磁储能和热储能。除机械类储能中的抽水蓄能外,其 余均为新型储能。相对于传统抽水蓄能,新型储能具有多重优势,包括建设周期短、选址灵活、 响应快速、调节能力强等,能够为电力系统提供多时间尺度、全过程的调控能 力。从产业化进程来看,抽水蓄能作为最为传统的储能技术,商业化成熟度最 高;而锂离子电池、熔融盐储能、压缩空气、全钒液流电池等技术路线,凭借 较其它新型储能更高的技术成熟度,也已率先进入商业化阶段。此外,飞轮储 能、氢储能、超级电容器等储能技术尚待成熟,目前处于示范应用阶段或研发 阶段。

  锂离子电池仍是主流,但其局限性及长时储能需求增长推动其他技术路径加速 商业化。新型储能中,2024年,以磷酸铁锂为代表的锂离子电池储能累计装机 占整体新型储能的 96%,占整体储能的 55%,已经超越抽水蓄能成为第一大储 能技术。然而,锂离子电池的安全性不足,且其本身并不适用于长时储能。随 着对长时、大容量储能需求的提升,我们预计,其它新型储能技术如液流电 池、压缩空气储能、熔盐储热等将加速商业化应用。

  每种储能技术各具特色,在实际应用中,需要综合考虑各种储能技术的特点 (包括储能时长、能量密度、功率、响应时间等),从而选择最适宜的技术方 案。在成本方面,海外以自发配储为主,更加关注全生命周期度电成本 (Levelized Cost of Energy,LCOE);当前,内地以强制配储为主,更加关注初 始投资成本。我们认为,随着储能电站盈利模式打通后,内地储能电站会更加 关注 LCOE。

  各种储能技术百花齐放,各具特色,为全面评估各类储能技术的综合性能,我 们从储能容量、安全性、成本等关键维度出发,尝试对各类储能技术进行量化 评分,从而划分出三大技术梯队:第一梯队(领先型):压缩空气储能、液流电池、熔盐储热和锂电池;第二梯队(潜力型):超导储能、氢能、飞轮;第三梯队(发展性):钠硫电池、超级电容。

  按照储能时长需求的不同,储能的应用场景可分为:容量型(≥4 小时)、能 量型(约 1-2 小时)、功率型(≦30 分钟)和备用型(≥15 分钟)。不同类型 的储能适用不同的新能源发电场景。备用型储能解决新能源发电的随机性问 题;功率型储能解决新能源发电的波动性问题从而实现电网频率稳定;容量型 长时储能解决新能源发电的间歇性问题。

  随着新能源发电占比提升,对容量型长时储能的需求也逐步提升。根据国家能 源局数据,2024年内地可再生能源发电量达3.46万亿kWh,约占全部发电量的 35%,其中风电太阳能发电量合计达 1.83 万亿 kWh。当前业内普遍认为,当新 能源发电量在一个国家/地区能源结构中的占比超过 20%,4 小时以上长时储能 成为刚需;装机占比达到 50-80%时,储能时长需要达到 10 小时以上。我国新 能源发电量占比已经远超 20%,但截至 2024 年底新型储能项目平均储能时长仅 为 2.3 小时,4 小时及以上新型储能装机占比仅为 15.4%,2-4 小时项目装机占 比却高达71.2%。我们预计2025年起长时储能市场将快速增长,到2025/2030年,4 小时以上储能占比分别提升至 21%/50%,2025-2030 年 4 小时以上储能新增装机 规模合计超 100GW。

  内地已出台多项政策,促进长时储能和新型储能技术的发展与应用。早在2021 年 8 月,国家发改委、能源局已发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购 买调峰能力增加并网规模的通知》,其中要求超过电网企业保障性并网以外的 新增可再生能源发电项目,需配建 4 小时以上的调峰能力。2022 年 3 月,国家 发改委、能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出,要推动多 时间尺度新型储能技术试点示范,重点试点示范压缩空气、液流电池、高效储 热等长时储能技术。2023 年 12 月,国家发改委发布《产业结构调整指导目录 (2024年本)》,在十四五“新型电力系统技术及装备”中,明确要发展长时 储能技术。2024 年 3 月,新型储能首次被纳入政府工作报告中。

  地方层面,各省市相继要求新能源发电项目上网需按一定功率配比配置储能。我们对比内地各省份 2024 年和 2023 年新能源配储要求,看到多数省份在配储 比例或配储时长要求上加码,比如湖北、山东、江西、江苏、河北、青海等。此外,目前已有多个省份(包括甘肃、福建、湖北、吉林、辽宁、黑龙江、安 徽等)明确要求电源侧配储的调峰时长超过 4 个小时。

  短期或有扰动,长期需求不变。2025 年 2 月 9 日国家发改委和国家能源局发布 《关于深化新能源上网电价市场化改革促进新能源高质量发展的通知》,提出 不得将配置储能作为新建新能源项目核准、并网、上网等的前置条件。在发电 侧,强制配储政策的取消使新能源项目摆脱了政策负担,短期内储能项目装机 需求或承压。然而持续增长的风光发电项目导致的弃风弃光、电量消纳问题依 然存在,因此我们认为储能的长期需求不变,储能需求可能转移到电网侧和用 户侧。

  不同的储能技术适用的应用场景也不同。根据储能技术在功率、时间维度分布 及应用,氢储能、抽水蓄能、压缩空气储能、熔盐储热以及液流电 池,是适合长时大容量储能的五大技术。综合考虑技术成熟度和成本等因素:目前,在日调节场景下:抽水蓄能凭借技术成熟以及成本低等优势成为当前 主流的储能技术,压缩空气、液流电池等仍处于商业化初期。在周调节场景下:液流电池、压缩空气储能和熔盐储热技术成熟度相对较高, 将成为长时储能的主要方式。在季调节场景下:氢储能是最适用的大规模、长周期储能方式,但由于转化 效率较低,且技术成熟度不高,预计商业化应用尚早。

  在储能技术格局演变中,由于氢储能技术仍未成熟,而熔盐储热的安全问题重 新得到审视,我们认为,在中短期内,锂离子电池、压缩空气、液流电池三者 将直接参与长时储能的竞争。根据ESPLAZA长时储能数据库统计,截至2024年底,内地新型长时储能累计装 机 达 2.3GW , 2024 年 实 现 新 增 新 型 长 时 储 能 并 网 / 投 运 装 机 规 模 约 1.3GW/8.1GWh。其中,压缩气体储能新增装机规模同比增长超 70 倍至 711MW,容量占比约53%;液流电池增长超10倍至368MW,容量占比约28%;熔盐储能增长 250%至 250MW,容量占比约 19%。

  关于锂离子电池、压缩空气、液流电池、氢储能这几类技术的在中国内地的推 进节奏,我们判断如下:锂电池→压缩空气/液流电池→氢储能。

  考虑到中国内地的储能仍然以强制配储为主,初始投资成本是重要考量因素。在碳酸锂价格下降后,锂离子储能系统的初始投资成本已经降至 500 元/kWh (对比压缩空气 1,000-1,500 元/ kWh 、液流电池已经降至 2,000 元/kWh)。同 时,我们对三种储能技术的 LCOE 进行了测算,锂离子电池的 LCOE 已经和压缩 空气储能接近(0.26 元/ kWh vs 0.24 元/ kWh)。从技术成熟度看,锂离子电池在产业配套上大幅领先其他新型储能。技术方 面,314Ah 大容量锂电池储能电芯的渗透率已超 40%,各家锂电企业正在研发 更大容量的储能系统,未来将向着 600Ah 迈进,配套储能系统能量达到 6MWh 以上。循环寿命方面,最新发布的锂离子储能产品理论上可以做到 10,000 次以 上循环。因此我们预计短期内电池储能仍将是新型储能的主流。

  随着新能源发电占比逐步提升,4 小时储能无法满足储能要求,我们预计液流 电池和压缩空气储能在长时储能的优势将更为显著。这一阶段,压缩空气储能 和液流电池的竞争更为直接。当前压缩空气的初始投资成本约为1,000-1,500元 /kWh,而全钒液流电池成本降至 2,000 元/kWh,压缩空气的成本暂时处于领 先。从 LCOE 角度来看,当前压缩空气储能也更具优势(0.24 元/ kWh vs 0.67 元 / kWh)。随着储能时长的增加,我们预计全钒液流电池和压缩空气储能的成 本均有望继续下降,未来初始投资成本和 LCOE 的变化是两者比拼的核心。

  氢储能的工作原理是通过电解水将电能转化为氢气(电解水转化效率是 65- 70%),通过储氢罐储存,之后燃料电池将氢气转化为电能(燃料电池是 55- 60%)。因此,氢储能要经过“电—氢—电”两次能量转换,整体效率约为 40%,远低于其他储能技术。低能量转换效率意味着氢储能适合更长的储能时 长(例如月度/季度级别)。成本方面,根据上海现代服务业联合会于 2025 年 1 月发布的《化学储能行业 ESG 白皮书》,以 200MW/800MW 的氢储能发电工程项目为例,氢储能初始投 资成本约为 12,200 元/kW(vs 抽水蓄能 4,000-6,000 元/kW,电化学储能 2,000 元/kW)。更高的初始投资成本表示其更适合更大的储能规模(例如百 GWh 级 别)。随着新能源发电量占比进一步提升,对储能时长和规模要求更高,氢储 能的优势将逐步得到体现。KaiyunKaiyun