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走出困局当前储能行业发展现状​!中国储能行业面临的三大挑战储能内卷时代的不同!

   日期:2023-08-28 15:35:28     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:23    评论:0    

当前新型储能产业已被列为新兴产业之一,在产业政策引导和市场需求驱动的双重作用下,新型储能产业将实现快速的发展。随着行业技术进步的加快以及市场竞争的加剧,市场格局会出现较大的变化。

导入期向成长期加速过渡,市场面临盘整出清

由于锂离子电池下游应用由消费、动力和储能三分天下,因此对标行业全生命周期演变具有参考意义。

例如手机厂竞争格局演变经历了“新旧势力开始交锋—新势力进旧势力退—新势力淘汰赛—洗牌结束格局稳定”四个阶段,目前进入了寡头垄断市场。

而汽车整车厂2023年开年迎来了激烈的价格战,特斯拉和比亚迪双雄降价后,各电车品牌纷纷跟调价格。随着价格逼近成本线,行业迎来盘整。

再来看储能板块,目前储能系统集成商入局企业众多,但行业集中度仍较低。随着行业全生命周期的规范落地,政策明晰,缺乏核心技术、不符合安全标准的企业将在行业趋势下面临淘汰。

图:储能系统集成行业生命周期演变格局

“专业化+一体化”双线发展路径

目前储能系统发展尚处于早期,主要有两种发展模式:

专业集成商发展模式:专注于本身环节,定位第三方供应商。如海博思创、科陆电子等,竞争优势在于与部分集成商无利益冲突,销售渠道广,通过集成商快速铺开;

一体化发展模式:PCS、电池厂商纵向延伸价值链,实现PCS、电芯等储能系统主要部件自主生产制造,并由自主设计部门完成系统集成服务,竞争优势在于产品一体化销售,有利于降本增利。

图:典型的储能系统集成商发展路径分类

多元器件企业向下游储能系统集成环节拓展

入局者更多,竞争就越激烈。除了专业从事系统集成业务的企业,中游主营四大主要部件的企业具备器件生产的技术优势,是向下游系统集成环节拓展。例如宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源、比亚迪、蜂巢能源等企业。

今年以来,宁德时代的身影参与到国电投新疆博乐、豫能控股、华电集团2023年第一批规模为5GWh的集采中。同时,其还推出了光储融合解决方案——全球首个0辅源直流耦合解决方案。该方案可以做到15000次循环,实现光储同寿;电芯采用耐高温石墨负极材料,特制电解液方案,无需冷却系统。

此外,比亚迪较早涉足系统集成环节,其也通过在产品端发力,进一步构筑竞争优势。SNEC展期间,比亚迪推出首款“佩刀”储能产品——比亚迪魔方BYD MC Cube。

“内卷”已经成了不少业内人士的口头禅,除了国内卷以外,“卷”的态势也进一步蔓延到海外。厂商海外参展热情高涨,在上个月举行的德国展会上,国内厂商悉数到场。储能市场的爆发,有望进一步提升新能源建设的天花板。

随着中核贵州紫云200MW/400MWh储能电站项目一期顺利并网,贵州实现了大型共享储能的“零”突破。
不过,版图扩张只是新型储能市场迅猛增长的一个表象。市场机遇倍增,背后的设备供应商之间竞争也在不断升级。
尤其在储能系统集成环节,眼下各类电气设备、电池企业都涌入市场,此前一个招标标段仅有几家参与,而如今央国企业主的储能集采,动辄吸引几十家储能系统集成商同台比拼。
如何打造行业所需的产品、如何摆脱行业同质化发展,应该是企业当下需要认真思考的问题。
一、储能系统集成考验设计能力

一年内,市场陆续出现5MWh以上的直流侧储能系统,引发业内广泛关注。不过,在科华数能看来,其实储能系统需要的不是“更大”,而是集成度更高。从根本来讲,储能容量变大是为了追求“经济性”最优,但在储能容量变大的同时,其内在的电芯和液冷系统、以及交流侧PCS的匹配度等方面设计,会体现出企业集成能力的差异。
一方面,随着储能电芯的更新迭代,一些企业推出了单体容量304Ah、314Ah、320Ah等多种规格的储能电芯产品。而随着电芯容量变大、采用相同电池包设计的储能系统,在20尺集装箱内的储能容量必然会变大。
以此次中核紫云储能项目为例,采用了科华数能S³液冷储能系统解决方案。这套储能系统采用标准280Ah储能电芯,以1P48S、8个pack一簇的设计,20尺标准集装箱的储能容量达到3.44MWh,完美适配科华数能自研开发的交流侧3.45MW储能变流升压一体机,避免因容量超配问题造成资源和成本浪费。
当下,储能热管理系统正逐渐从风冷过渡到液冷,但部分“大容量”储能系统实际是传统的风冷设计、集装箱尺寸则达到了35尺以上,又或者增加了储能系统的高度。这类非标尺寸的设计,会大大增加储能设备运输和施工维护难度。
“采用标准的20尺集装箱尺寸的储能系统,其总重量小于35吨,符合运输条件,不会造成超长、超重。”科华相关人员表示,而且电池容量更大,对储能系统热管理设计要求也更高。
而科华数能是业内最早推出液冷储能解决方案的企业之一,这套S³液冷储能系统做到了电池舱液冷系统高效散热,电池pack通过了IP67的高防护等级认证。自去年推出以来已经交付给极寒、戈壁、荒漠、滨海等多种严苛环境投运使用,并获得了诸多项目业主单位认可,真正令液冷储能走进了现实应用,也成为市场的爆款产品之一。

二、共享储能风靡,能耗管理或成运营关键

市场应用端来看,当前业内对取消新能源“强制”配储政策的呼声渐起,几乎全国各地也都在推动储能走上独立共享之路。
以贵州为例,此前文件曾要求2021年以后的风电光伏项目,按装机容量10%配建储能电站,但这类储能电站若只是消纳之用、其运营收益其实很难保障。
而近期贵州出台的政策,则明确提出推动储能项目通过容量租赁获得收益,并鼓励新型储能作为独立主体,通过参与各类辅助服务市场化交易获得收益。这对储能运营业主来说这是增加收益的利好消息,但同时对储能设备供应商来说这将构成新的考验。
功能增加、市场调用次数将增多,意味着储能设备可能需要一天完成两次以上充放电循环,储能设备的优劣将就此显现,不达标的储能系统运行效率和寿命将大打折扣,直接造成项目收益和价值受损。
尤其在PCS环节来说,尽管在储能设备中成本占比低,但设计不良会造成明显的能耗差异,继而影响储能项目业主收益。
科华数能一直坚持以客户需求为出发点,采用高品质的零部件和更优设计方案以应对各类挑战,储能设备相关产品功能和指标都走在了行业前列。
其自主研发的储能升压变压一体机,不仅保证了设备的高度集成、提高空间利用率,而且储能变流器PCS可以做到30ms以内全范围无功响应、百毫秒级一次调频响应,而且可以多机并联、全面覆盖VSG、PQ、VF、黑启动等功能,以适应和满足电网的各类调度需求。
尤其在细节方面科华数能的设计更显优势。为了降低运行能耗,科华数能储能PCS采用下进风上出风的独家专利散热技术方案,保证下部电缆线聚集区域散热效果、减缓零部件老化受损,使系统能耗更低。
如此设计的储能系统,其运行效率高达99.03%,使用寿命也得到了进一步的延长,保障储能项目运营收益。
三、储能需要精细化、智能化

储能电站的安全管理一直是痛点,而且业界可以说是站在前人的教训摸索前进。
储能行业逐渐成熟的一个标志,就是储能项目单体规模越来越大。储能容量越大,意味着需要进行安全监测的点越多、数据采集量越大无疑增加了项目运维的压力。而科华数能S³以三重防爆、三级消防、三重绝缘的理念,通过更加精细化、更加智能化的设计,大幅提升储能系统安全性,降低后期运维难度
当下,业界普遍都提出要从“被动安全”转变为“主动安全”,但首个难点就在于如何更加精准的预测和监测到电芯热失控。科华数能总结了行业内部分案例事故原因,创新应用了无电可触发的高可靠pack级全氟己酮消防设计,通过温度控制法实现极早期安全的预警,避免发生电气安全隐患,而且将安全风险抑制在最小单元。
其次,在以往储能系统监控下,一旦系统内部某个电芯发生故障,运维人员需要首先判断异常点具体位置,而人员人工点检效率低、过程中可能存在误判,影响整体运维的时效。但在科华数能智能3D图像可视化设备加持下,人员可以提前精准预警故障点所在位置,并直接对照图像更直观便捷找到故障电芯快速更换。这种智能化设计不仅提高了运维效率,还避免其他电芯受到影响,保证储能系统长期稳定运行。
另外,在储能系统舱级消防设计中,科华数能针对一氧化碳和氢气等可燃气体设置检测和排放的管网式消防,以整舱系统七氟丙烷对可能出现的储能系统内部进行灭火。但正如消防行业专家所说,锂电池储能火灾扑灭的难点在“复燃”,在pack级和舱级气体消防的加持下依然有复燃的风险存在,因而科华在储能系统集装箱外围配置水消防系统,浸没式喷灭以持续降温降低复燃隐患,全面守卫设备财产安全和人员安全。
新型储能项目签约到项目正式投运,在我们看来不到半年的时间,但其实过程是复杂而又具有挑战的,贵州首个大型共享储能项目正是一个缩影。相关负责人说:“前期我们与业主单位多次反复沟通敲定方案;设备生产监造到供应过程中,各部门协同配合解决业主单位提出的各类问题,最终在项目现场实现了圆满的交付。”每一环节都展现出科华人对储能的专业和专注,这可能也是企业能够获得更多客户认可的原因之一。
作为拥有35年电力电子从业经验的行业老兵,科华数能一直以前瞻的设计、优异的性能赢得客户信任,并逐渐从供应品质产品、拓展到提供品质服务。据巅峰了解,2022年科华数能储能系统全球出货量超过6.3GW/5.4GWh。根据中关村储能产业技术联盟数据,2022年科华数能储能PCS出货量全球第二,用户侧储能系统出货量全国第一,产品已广泛应用于海内外各类应用场景。
面向未来全球能源转型,储能将迎来大航海时代,但储能系统集成必将浪里淘沙,行业的选择必然是以技术创新和实战效果论英雄。
近年来,受益于市场需求和政策导向双重驱动,我国新型储能规模化应用趋势逐渐呈现。任何一个行业或者说一个细分领域,都会经历培育期、成长期、成熟期。当前储能行业发展仍面临三大方面的挑战。
挑战一:安全性
储能电站全生命周期大型安全事故频发

根据不完全统计,近十年全球储能安全事故发生60余起。2021年全球储能市场爆发,大规模储能项目越来越多,单个储能项目规模越来越大,储能安全隐患也随之增大。

其中,有两个关注点,一是安全事故多发于锂离子电池,一旦发生,通常事故等级高,损失惨重。例如2018年7月2日,韩国一风力发电园区内ESS储能设备发生重大火灾事故,造成706㎡规模电池建筑和3500块以上锂电池全部烧毁。二是多事故发生在电站投运一段时间后,储能全生命周期的安全问题引发重视。

图:部分储能电站爆炸事故详情
储能电站建设全流程涉及的标准均尚未落地

储能正处于由研发示范向商业化过渡的关键时期,迫切需要建立健全储能技术标准为产业发展保驾护航。实际上,储能标准涉及设计、运输、安装、验收、投运、运维、灾后处理、电池回收等多个环节。

但在电化学储能技术统一规范、并网调度规则、产品检测认证等方面仍无明确标准;储能系统运输、安装、调试、运维方面的安全性标准尚不成熟;对储能消防要求、环保、社会经济效益等方面的评价标准仍是空白。

在光伏强制配储的背景下,缺乏电网公司对储能系统调度频次、充放电次数等的明确规定,储能产品的质量和安全无法保证。

图:储能全流程涉及六类标准
安全总责环节向专业化过渡道阻且长

一般来说,中游的储能系统集成环节是安全问题“第一责任人”。中游储能系统集成具备标准化机架式设备,组装难度低。一般地,下游客户对上游元器件的要求较高,而对集成商的品牌关注度较低,因此“低毛利、高营收”的特性吸引了众多企业入局,内卷激烈。而下游的所有权、使用权和收益权分化,权责不明晰,均无法对全链条安全问题负责。

由于储能集成系统是对上游元器件的耦合,成为唯一能对整个储能系统产品的安全负责的环节

未来集成商将向专业化过渡,例如必须熟悉上游三大核心技术,因此向上游环节拓展是一大路径,但集成商向上游拓展难。而上游各环节要么技术壁垒高,要么规模效应明显,进入壁垒高。另外,上游竞争格局稳定,未来将朝着市场细化演进,而各细分市场的龙头企业已具备边际优势,保护壁垒难以打破,集成商专业化道阻且长。
挑战二:经济性
国内电力市场的交易模式和地区政策不完善

国内电力市场盈利模式尚不完善。从现货市场来看,与国外相比,我国的现货市场以发电侧单边交易为主,价格信号无法传导到用户侧形成有效激励引导,商业模式未形成闭环

从中长期交易市场来看,美国电力整体市场通过竞争性拍卖进行发电资源交易;零售市场允许消费者自主选择供电商;中国电力市场以计划调度和双边协商为主,市场化程度相对较低。虽然各地出台了一些辅助服务政策,但交易品种单一,难以覆盖储能投资成本。

另外,各地市相关辅助服务政策不一,部分地区没有长效政策机制,缺乏稳定性,投资风险较大,一定程度上制约了投资者的参与积极性。

图:2019年美国电力市场结构
图片来源:ISO/RTO Council,华安证券研究所(注:彩色部分代表已经进行了市场化改革的区域电网)
图:储能电站参与电力市场结构图
储能投资成本高导致供应商低价竞争

当前,储能电站建设成本较高。储能电站成本分为技术成本和非技术成本,其中技术成本高主要是因为储能尚未规模化应用,电池、PCS、EMS等设备成本高。非技术成本高,主要是储能电站开发、土地、接入、并网验收、融资成本高。

如若市场出现低价竞争,会忽视质量与安全。根据毕马威《新型储能助力能源转型》报告,当前新能源企业配储成本主要由企业自身承担,压力较大。

例如,一座光伏电站配建装机量20%、时长2小时的储能项目,其初始投资将增加8%-10%;而风电场配建同样容量的储能项目,其初始投资成本将增加15%-20%,内部收益率降低0.5%—2%不等。

因此,发电企业出于经济性考虑,会更倾向于选择低成本储能项目,相对忽视性能和安全问题,传导到储能供应方就会引发低价竞争问题,甚至导致劣币驱逐良币。

图:风电渗透率越高,储能建设成本越高
资料来源:《电力储能经济性分析与综合评价方法研究》

储能电站市场参与度、收益性和贡献率较低


目前储能度电成本约为0.8元/kWh,而大多调峰价格均低于0.8元/kWh,不具备经济性,市场参与积极性不高。根据中电联数据,中国当前电化学储能项目平均等效利用系数仅为12.2%。个别项目存在仅部分储能单元被调用、每月平均充放2次、甚至基本不调用的情况

目前运维成本高于预期,以AGC储能调频为例,按照设计寿命,电池组深浅组合充放需保障3年以上。但部分电站实际运行中,由于电池充、放电过于频繁,容量衰减过快,投运半年就需要大规模更换电池,质量隐患高,原有的全周期投资收益逻辑不成立,运维成本高

早期储能构网能力不足:很多储能项目在前期论证阶段,都按照电网中新能源最大弃电规模进行调用情况测,放大了电网的调用需求。另外,早期的储能只有充放电功能,不具备稳定支撑等构网型能力,同时单体规模较小,对调峰弃电、断面受限等问题的解决贡献度偏低,限制了应用范围。

图:典型储能技术的度电成本(元/kWh)
资料来源:《储能的度电成本和里程成本分析》
挑战三:标准化
储能集成系统产品设计参差、软硬件不兼容

储能集成系统直接对安全负责,其电池原件能量密集、拓扑结构灵活多变、电芯数量多和特性不一,并非简单堆砌和拼凑,而是涉及系统控制、电气安全、直流侧管理、设备优化匹配、电池健康及安全联动保护管理等多领域知识。众多入局储能系统集成企业能力参差不齐,不少厂家缺乏集成拓扑设计经验和能力。

另外,目前储能行业并未出台权威标准,储能项目仍为非标准化招标,提供的是定制化产品和服务,储能集成设计参差不齐、软硬件不兼容,阻碍储能系统行业的健康发展。

图:储能电池系统结构设计
在新型电力系统下,储能是支撑高比例可再生能源接入和消纳的关键技术手段,在提升电力系统灵活性和保障电网安全稳定等方面具有独特优势。

储能是未来新型电力系统的重要应用技术,未来,储能材料将朝着低成本、高储能密度、高循环稳定性、长周期存储的趋势发展;储能装备将从关注单体设备效率、成本,转向满足差异性需求的高品质供能、储用协调方向。
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