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储能成为新型电力的关键支撑

储能是新能源发展的必备基础设施：以风光为例的可再生资源发电具有极强的不可控性，为了维持电网供电方和用电方的平衡，保障电网安全，有必要引入储能作为灵活性调节资源。传统的抽水蓄能和新型储能例如电化学储能、压缩空气储能等技术百花齐放。目前全球储能市场呈现中美大储、欧洲户储的格局，未来，储能将为电力部门碳中和做出巨大贡献。

1、新型电力系统必须依靠储能进行调节

2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上提出构建新型电力系统，为新时代能源电力发展指明了科学方向，也为全球电力可持续发展提供了中国方案。2023年1月，国家能源局发布了《新型电力系统发展蓝皮书（征求意见稿）》，提出新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多项协同、灵活互动为坚强支撑的新时代电力系统。储能作为新型电力系统四大部门的关键一环，其重要性不言而喻。

电能是一种即发即用的能量，发电侧和用电侧的功率必须匹配，才能保障电网的稳定。根据EIA预测，到2050年，风光发电将占可再生能源发电量的72%，相比2020年占比提升近一倍。与传统火电可调节性强不同，风光发电具有低惯量、低阻尼、弱电压支撑的特点。也就是说，风光发电具有巨大的波动性，会使发电侧和用电侧的平衡更加难以实现。因此，为保持电网的平衡，很多时候风光发电并未接入电网而被浪费，产生“弃风弃光”现象。2023年，我国弃风、弃光量超过300亿千瓦时，对应价值超过100亿元。配备储能可以完美地解决该问题：当发电侧功率过高时，储能将多余电量储存起来；当用电负荷过高时，储能将此前储存的电能释放出去，从而实现能量的实时匹配，确保电网安全稳定。

2、储能的应用场景涵盖电力系统的各个方面

储能按照应用场景可以分为发电侧储能、电网侧储能和用电侧储能。其中发电侧储能和电网侧储能被称为表前储能，用电侧储能被称为表后储能。用电侧储能按照主体不同可进一步划分为工商业储能和户用储能。

发电侧储能主要用于电力调峰、辅助动态运行、系统调频和可再生能源并网；电网侧储能主要用于缓解电网阻塞、延缓输配电扩容升级、调峰调频；用电侧储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性。

一般而言，表前储能和大工商业储能功率往往大于30MW且能量大于30MWh，在国标《电化学储能电站设计规范》中被定义为大储，户用储能和小型工商业储能被定义为小储。

3、新型储能技术百花齐放，锂电池储能商业化程度最好

储能，即把电能转化为其他形式的能力储存起来，需要使用时再将其转化为电能。储能根据能量形式可分为抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能、机械能储能等多种技术种类。

一、抽水储能

抽水蓄能是最主流的传统储能技术。抽水蓄能电站由存在一定落差的上水库、下水库和连接两个水库的引水系统、地下厂房（可逆式水轮机组）组成。利用下半夜过剩的电力驱动水泵，将水从下水库抽到上水库储存，在白天和前半夜将水放出发电，并流入下水库。抽水蓄能具有技术成熟、储能容量大、系统效率高、运行寿命长、安全性能高等优势，是目前最主流的储能方式。抽水蓄能的造价已相对平稳，单GW静态投资额为53.67亿元。截至2022年底，我国抽水蓄能累计装机容量达到45GW，占所有储能装机规模的79%，同比增长24%，装机规模据全球首位。

图5我国储能装机结构（图源：CNESA）

二、电化学储能

如图5所示，以锂离子电池为代表的的电化学储能是新型储能中目前占比最高的储能技术。完整的电化学储能系统包括电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备构成。

图7电化学储能系统结构示意图（图源：派能科技）

电池组是储能系统最主要的构成部分，用来储存能量；电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度；储能变流器是连接交流和直流的装置，实现交直流的双向转换，可控制蓄电池的充电和放电过程。从成本结构来看，储能电池成本占比60%以上，储能PCS成本占比约10%

图8储能系统工作原理图（图源：阳光电源官网）

图9电化学储能系统成本构成（资料来源：高工锂电）

按照正极材料的不同，锂离子电池储能可分为磷酸铁锂储能和三元锂电池储能。其中磷酸铁锂安全性好、低温性能好、循环性能好、成本较低，是我国锂电池储能的主要技术路线。而三元锂电池凭借能量密度高、空间占用小、发展较早的优势，在欧美等地区仍然占据较大的市场空间，例如特斯拉在北美的储能业务依然主要是三元锂电池。除了锂离子电池，电化学储能系统还包括全钒液流电池、钠离子电池、铅蓄电池、钠硫电池等。全钒液流电池是目前产业链成熟度最高的液流电池。

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