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碳中和——未來40年的最大機遇(2)

中國的雙碳目標是在2030年和2060年二氧化碳排放峰值時實現碳中和。與世界上幾個主要經濟體相比,這個目標是最苛刻、最迫切的。

目前我國能源結構中,非化石能源僅占15.9%,清潔能源(含水電)占36%,煤炭占52%。

為了幫助實現雙碳目標,提高可再生能源在電力供應和終端消費中的比重是實現雙碳目標最有效的途徑。

而風電、光伏等供電側的可再生能源波動性大,無法持續穩定供電,這就導致了下壹個亟待解決的問題——儲能。

2.1儲能的必要性

近年來,隨著光伏組件成本進壹步下降,光伏電站在沒有補貼的情況下已經盈利,大量資本湧入光伏行業。從生產到運營,整個光伏產業規模大幅增長,但同時也帶來了壹個問題,就是光伏只能白天發電,晚上怎麽辦?風扇只有在有風的時候才能轉動。沒有風的時候該怎麽辦?

日風速波動較大。

隨著可再生能源(風電和光伏)的比重越來越大,風電和光伏的不穩定性帶來的不僅僅是短期的電力不可用,其波動性對電網的影響還會引起配電網的潮流變化,影響電能質量(電壓、頻率和波形),對電網側和用戶側都有很大的影響。

10年前,各地電網沒有現在這麽強的時候,電網公司總是拒絕風電、光伏等垃圾電,這也是為什麽用電量少的省份,棄風棄光限電的情況很多。

將短期超發(用不完)的電儲存起來,在沒電時(晚上或無風時)持續輸出到網上,就可以避免上述情況。

2.2儲能如何盈利

以前儲能壹直是政治任務,因為賺不到錢,但是現在技術到了盈利的瓶頸,國家開始給儲能行業加把火。

幾天後,提高分時電價的政策出臺了:

文件的主要目的是繼續放開峰谷電價,有條件的話分時電價差距可以達到4倍。這兩個文件,壹明壹暗,都在鼓勵儲能行業的發展。技術變革前夕,政策加碼,儲能行業實現全面盈利只是時間問題。

目前大型電站並網側儲能電站在財務核算上已經能夠實現盈利,但盈利能力與目前峰谷電價差下的儲能期差不多。

2.3電網側儲能

電網側儲能的主要作用是調峰調頻,保證用電質量,而最常用的調峰調頻手段就是抽水蓄能電站。

8月6日,國家能源局綜合司發函征求《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035)》(征求意見稿),提出到2035年我國抽水蓄能裝機容量將增至3億千瓦,比2020年增長10倍,遠超市場預期。此前,業內預計2030年中國抽水蓄能總裝機容量將達到1.1.3億千瓦,到2060年底總裝機容量將達到1.8億千瓦。這意味著,到2030年,生產總計劃將遠遠超過之前2060年的目標。抽水蓄能迎來發展窗口期。

大型抽水蓄能電站的投產將大大增強現有電網的調峰能力,增加電網吸收可再生能源的能力,最終提高清潔能源在中國電網中的比重。

抽水蓄能是目前最成熟、裝機最多的主流蓄能技術,在各種蓄能技術中電力成本最低。如上圖所示,抽水蓄能電站由兩個高度不同的水庫組成,上下兩個水庫通過輸水系統和發電機組連接。

在電網低負荷時期,電站利用廉價的谷電將水從下水庫抽到上水庫儲存,即把電能轉化為重力勢能。並且等到電網負荷高峰期,電站會把上水庫儲存的水釋放出來發電,這樣就可以高價賣電了。

抽水蓄能電站的缺點也很明顯,受地形影響很大。在地形復雜的情況下,建設成本會大幅上升,建設周期大概在5-8年左右。而且電站建成後,由於長距離管道輸送和多臺汽輪機的配合,機械能損耗較高,儲能效率在70%左右。

目前國內各大地方電網公司做抽水蓄能電站,電站建設過程中所需的設計、施工或總承包幾乎被壹家央企壟斷——中國電建。

中國電建公司囊括了國內幾乎所有的頭部水電設計院,其中最著名的是位於杭州的華東勘測設計院,年營收過百億,超過大多數上市公司。

其抽水蓄能市場占有率國內達到80%,世界達到50%,可以說是中國水電建設第壹。

抽水蓄能電站的主要設備是水輪機。在這方面,傳統的汽輪機廠實力相對較強,比如東方電氣、哈電。但水輪機作為壹種成熟的發電設備,技術成熟,價格溢價不大。

2.3電源側儲能

2.3.1其他儲能形式

抽水蓄能電站是機械儲能的壹種,其他成熟的機械儲能方式有飛輪儲能、壓縮空氣儲能等。

根據儲能介質的不同,儲能還可以分為電化學儲能、化學儲能、熱能儲能和電磁儲能,但時至今日,機械儲能仍然是最成熟、成本最低的儲能方式。

目前,電化學儲能的應用是最廣泛和最有前途的。新能源汽車產業鏈的核心部件動力電池是電化學儲能的應用之壹。根據介質不同,可分為鋰離子電池、鉛酸電池和鈉離子電池。

化學儲能概念簡單,但操作過程極其復雜。顧名思義,就是把電能轉化成化學能儲存起來。最常見的方法是通過電解水產生氫氣。

熱能儲存的典型應用是光熱發電站。陽光集中後,作為介質的熔鹽被熔化吸收大量熱量,熔鹽繼續加熱水形成蒸汽,帶動汽輪機發電。太陽下山後,發電站可以繼續利用熔鹽中儲存的熱量發電。光熱電站是為數不多的能穩定供能的新能源電站。

50MW光熱發電站效果圖

電磁儲能包括超導儲能、電容儲能和超級電容儲能,儲能效率高,但離實際應用還很遠。

目前電源側儲能主要是電化學儲能和化學儲能,分別對應於並網電站和分布式電站。

電化學能量儲存

目前全國新建集中式(並網)新能源電站都需要自適應儲能,主要用於新能源電站波動較大時儲能。因為集中式電站上網電價是固定的,峰谷電價差價沒有利潤,主要是增加電站上網電量,增加電站收益。

同時,在電網端,也有大量的儲能電站,具有與抽水蓄能、調峰、調頻相同的功能,其盈利模式是電能低買高賣。

圖片摘自某券商研究報告。

這部分儲能主要是電化學儲能,比較有前景的電化學儲能是:鋰離子電池和鈉離子電池。

以鋰離子電池為代表,簡單說說電化學儲能的優缺點:

1,成本快速下降。

在政策利好的推動下,近年來鋰電池的千瓦時成本快速下降。目前,鋰電池儲能電站已經有成熟的應用。在壹定的電價條件下,儲能電站的內部收益率(IRR)可以達到8%,已經達到大多數國企和央企投資項目的最低標準。

2.幾乎不受場地條件限制。

化學儲能需要更大的場地和更高的安全生產標準,而鋰電池儲能由於能量密度相對較低,體積較小,適用於工業園區、充電站、高端儀器設備等。

3.恐怕成本會陷入瓶頸。

鋰礦資源有限。可以預見,以目前的發展速度,在不久的將來,由於上遊材料價格的上漲,鋰電池將進入瓶頸期,鋰電池的成本無法保持目前的下降趨勢。

4.能量密度提升處於瓶頸。

雖然鋰電池的能量密度在過去幾年有了很大的提高,但是和人類使用的能量相比還是太小了,而且鋰電池的能量密度提高的速度也不像半導體那樣是指數級的,而是按比例慢慢提高,鋰電池能量密度的提高可能跟不上人類對儲能容量的需求。

與鋰離子電池相比,鈉離子電池具有成本低的優勢,且鈉的儲量遠大於鋰(已探明儲量約為鋰的420倍),因此未來有大規模應用的可能。但鈉離子電池可重復使用的次數仍然較低,能量密度小,不經濟。

鋰電池的優勢在於,隨著新能源汽車的普及,未來電動車配備的動力電池退役後可以繼續作為儲能電池使用。

在電化學儲能領域,當代安培科技有限公司是當之無愧的絕對領導者。不僅最近發布了鈉離子電池,中期報告顯示,當代安培科技有限公司的儲能業務比2020年增長了7倍多。

從當代安培科技有限公司可以預見,未來的電化學儲能市場將極其廣闊。

化學能儲存

化學儲能主要以氫能儲能為主。對於氫氣儲能,更直接的盈利模式是化工企業投資新建分布式光伏電站,利用光伏制氫,而氫氣恰恰是大部分化工企業的制造原料,比如氫氣制乙烯。

在光照條件好、水資源豐富的地區,化工企業很容易降低制造成本,獲得利潤。

此外,海上風力發電用於沿海化工廠制氫,電解水用於生產甲醇作為燃料電池的燃料。盈利能力完全取決於自然條件(風/光資源和運輸管道的長度)。

因為對氫能產業鏈的分析不再展開,有興趣的可以看前面的文章。未來,新能源和氫能儲能的分布式電站建設壹定是壹個重要的發展方向:

未來很遠——淺析氫能產業鏈

2.4用戶端儲能

目前用戶側的儲能主要是電化學儲能。隨著電動汽車在應用端的普及,用戶端儲能的需求缺口會越來越大。

做個簡單的計算題:現在很多人都用電動車。如果電動車使用快充,大概1小時就達到75%的電量,而充電樁的電量大概是100-200kw,也就是1小時,100度到200度。在電動汽車全面普及之前,

但如果在壹個幾十萬(百萬)人口的十八線小縣城,電動車全面普及後,幾千(百萬)輛車同時充電,瞬時功率會達到壹個恐怖的數值,大部分縣級電網承受不了這麽高功率的沖擊。

於是,壹些分布式充電樁運營公司應運而生,如當代安培科技有限公司投資的專註於儲、充、檢壹體化運營的快步科技。

將光伏、電化學儲能和充電樁相結合,不僅可以大大降低充電站的運營成本(無需向電網購電),還可以縮短充電站的建設審批時間(無需取得電網配電牌照)。但新增加的光伏組件和電化學儲能設備也會大大增加充電站的建設成本。

還有很多其他的用戶端應用,比如大型設備UPS,工業園區儲能電站等。,所以就不壹壹舉例了。

儲能形式多種多樣,這裏主要分析最有前景的電化學儲能產業鏈。

3.1電化學儲能系統原理

其中,PCS:儲能變流器,將電池系統與電網連接起來,實現DC與交流電的雙向轉換。

BMS:電池管理系統,用於電池充放電管理。

BS:電池組,核心部件,主要成本在於電池。

能源管理系統。

電化學儲能系統的造價見上圖,其中EPC是指電化學儲能電站建設占總承包造價的比例。可以看出,電池成本占整個系統的壹半以上,其次是PCS儲能轉換器,這兩項也是儲能系統中技術含量最高、壁壘最厚的板塊。

3.2每盤龍頭

儲能電池代表企業:當代安培科技有限公司、派能科技、比亞迪、億緯鋰能。

當代安培科技有限公司:無可爭議的絕對領導者。中報顯示,儲能業務同比增長超過7倍,在電池領域擁有絕對話語權。

億緯鋰能:在5G和馮光電站儲能方面發展較快,但在二線電池廠中仍居首位。

比亞迪:全產業鏈覆蓋,技術沈澱深,海外市場光明,但主營業務是整車,儲能業務彈性可能壹般。

派能科技:儲能業務純粹,以用戶端儲能為主,目前業績壹般釋放。

PCS(儲能逆變器):陽光電源、古德威、金朗科技。

陽光電源:儲能逆變器和儲能系統在全球逆變器市場都處於領先地位。

古德威:類似派能科技,專註於用戶端儲能逆變器市場。

金朗科技:變頻器領域的新秀,發展幾年內就從陽光電源手中搶過不少國內市場,後市可期。

系統集成:洪升股份。

EPC:永福股份,垃圾,就是個破設計院,要不當代安普科技有限公司不入股就是渣。

今天的文章有點長,產業鏈有點簡單。到目前為止,在政策的支持下,儲能也只是能夠達到國企投資需求的水平(大概比常規收益率高壹點),遠沒有達到全面爆發的程度。

如果要投資儲能領域,價值最高的電池和逆變器必然先爆發。至於其他的,盡量不要碰。

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