20160612-西南证券-储能专题报告：储能时代来临：能源转型的必经之路-solarbe文库

资源描述：

请务必阅读正文后的重要声明部分 [Table_IndustryInfo] 2016 年 06 月 12 日强于大市维持证券研究报告行业研究电气设备储能专题报告储能时代来临能源转型的必经之路投资要点西南证券研究发展中心 [Table_Author] 分析师黄仕川执业证号 S1250512040001 电话 023-63725713 邮箱 hscswsc.com.cn 联系人谭菁电话 010-57631196 邮箱 tanjswsc.com.cn [Table_QuotePic] 行业相对指数表现数据来源聚源数据基础数据 [Table_BaseData] 股票家数 159 行业总市值（亿元） 17,379.33 流通市值（亿元） 17,023.80 行业市盈率 TTM 45.27 沪深 300 市盈率 TTM 11.8 相关研究 [Table_Report] 1. 南都电源（ 300068）铅炭驱动，储能提速 2016-04-20 [Table_Summary]  渐成刚需，储能时代拉开序幕储能是指通过一种介质或者设备，把一种能量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来，基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。无论是改善新能源发电的间歇性和不稳定性，还是实现多元能源的有效融合和综合利用，以及满足智能电网和电动汽车的发展需要，都离不开储能的大规模应用。随着能源转型迫在眉睫，新能源产业的迅速发展，储能商业化加速发展，储能时代已经来临。  政策利好，储能大规模商业化开始加速 6 月 7 日能源局下发关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿（市场）机制试点工作的通知。调峰辅助服务对储能开放，可以为储能提供一笔较大的收益。尤其在津京唐电网，其修订的两个细则中，以调节幅度来衡量、计算补偿收益，调峰补偿因此大幅增加，考虑到储能可获得正负 100的调节幅度，在津京唐市场中，储能是非常占优的调峰资源，可以获得更高的收益。可以看到，储能正在进入商业化提速的阶段。积极布局，拥抱储能，它的时代已经来临  储能技术多点开花，多元化发展是必然趋势各类储能技术的特点、性能各异，可以说不存在一种技术能覆盖各种应用场合，并满足各种要求。目前，大多数技术都还处于完善阶段，安全性高、循环寿命长、成本低、能效高一直是未来储能技术的发展方向。同时，各种技术面临的挑战也不尽相同，需要不断地通过示范应用进行优化和验证。未来，各种储能技术将在不同应用领域中发挥各自的优势，并逐步走向成熟。  氢能与燃料电池正步入快速成长期自然界中“氢矿丰富 ”，氢储能能量密度高、运行维护成本低、可长时间存储且可实现过程无污染。储氢技术是仅有的能够储存百 GWh 以上且可维持几周供电的能量储备技术方式，需从资源开发的角度，加大开发和利用。因此被认为是极具潜力的新型大规模储能技术。日本、美国和欧洲已经制定了燃料电池车推广以及氢气基础设施普及的战略 /路线图。并在迅速而有步骤地推进，已经取得了积极成果。我国加氢站也已经逐步建成，四所 35MPa 加氢站，分别位于北京、上海、河南和广东，而 70MPa 加氢站正在大连建设当中。重点公司盈利预测与评级 [Table_Finance] 代码名称当前价格投资评级 EPS（元） PE 2015A 2016E 2017E 2015A 2016E 2017E 300068 南都电源 22.69 买入 0.34 0.52 0.73 58.35 43 31 数据来源公司公告，西南证券 -52 -41 -29 -18 -7 4 15/6 15/8 15/10 15/12 16/2 16/4 16/6 电气设备沪深 300 储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分目录 1．渐成刚需，储能时代拉开序幕 . 1 1.1 美中日领跑全球储能累计装机量 . 1 1.2 储能商业化应用提速发展 . 3 2．储能技术多点开花，多元化发展是必然趋势 6 2.1 储能技术总分类 6 2.1 储能技术细分介绍 8 3．千呼万唤始出台，储能大规模商业化正在加速 . 20 储能参与调峰辅助服务大大挺高了经济性 20 储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分图目录图 1储能原理示意图 . 1 图 2 2015 年全球各个技术类型累计装机量结构 2 图 3 全球抽水蓄能装机量排名前十的国家单位 GW . 2 图 4 全球历年累计装机量单位 GW及增速 2 图 5 中国 /日本电化学累计装机量单位 GW . 2 图 6 全球电化学储能装机量结构 . 3 图 7 我国电化学储能装机量结构 . 3 图 8 全球各类储能技术的主要应用领域 . 5 图 9 我国各类储能技术的主要应用领域 . 5 图 10 各储能技术特征所处发展阶段 . 7 图 11 各储能技术特征所处发展阶段 . 7 图 12 抽水蓄能电站 . 8 图 13 抽水蓄能技术原理图 . 8 图 14 抽水蓄能技术发展时间轴 . 9 图 15 抽水蓄能电站 . 9 图 16 抽水蓄能技术原理图 . 9 图 17 飞轮储能在不同应用领域的项目数量占比 . 10 图 18 飞轮储能在不同应用领域的项目装机容量占比 . 10 图 19 清华大学在飞轮储能技术方面的研究成果 . 11 图 20 压缩空气储能技术原理 . 11 图 21 压缩空气储能电站示意图 . 11 图 22 超导磁储能装置结构图 . 12 图 23 超导磁储能装置拓扑示意图 . 12 图 24 超导磁储能装置结构图 . 13 图 25 超导磁储能装置拓扑示意图 . 13 图 26 液流电池储能示范电站 . 15 图 27 液流电池工作原理 . 15 图 28 液流电池储能示范电站 . 16 图 29 液流电池工作原理 . 16 图 30氢储能系统组成示意图 . 17 图 31由多种多样的能源组成的社会 . 17 图 32 预计燃料电池成本会出现大幅度下降 . 18 图 33全球加氢站基础设施现状 . 18 图 34 ENERTRAG 混合发电厂的工作原理 . 19 图 35我国储能产业发展蓝图 . 21 储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分表目录表 1储能技术在电力系统各环节中的用途 . 4 表 2 2020 年我国储能装机规模预测（单位 GW） 5 表 3不同储能技术的比较 . 6 表 4不同技术类型的锂离子电池性能对比 . 14 表 5全钒电池 vs 锌溴电池的优缺点及应用领域 15 表 6“三北 ”地区调峰辅助服务现行结算方法 . 20 储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 1 1．渐成刚需，储能时代拉开序幕当前，全球能源转型迫在眉睫，伴随新能源产业的迅速发展，全球的储能行业革命正在进一步的深化过程中。储能技术进入百花齐放的多元化发展时代，储能技术的进步直接带动了储能产业的发展，虽然各类储能技术仍将保持多元化的发展格局，大多数技术都还处于技术完善和技术验证阶段，但安全性高、循环寿命长、成本低、能效高一直都是未来储能技术的发展方向。在不同储能技术应用领域，各种技术面临的挑战也不尽相同，需要不断地通过示范应用进行优化和验证。同时各种技术应用模式也不断涌现，主要集中在可再生能源并网、分布式能源发电及微电网、电力辅助服务、电力质量调频、电动汽车充换电等领域，这些储能应用都是解决新能源电力储存的关键。未来，各种储能技术将在不同应用领域中发挥各自的优势，并逐步走向成熟。储能是指通过一种介质或者设备，把一种能量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来，基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。通常说的储能是指针对电能的存储，利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放的一系列技术和措施。图 1 储能原理示意图数据来源 EEGI，西南证券 1.1 美中日领跑全球储能累计装机量全球储能装机量已近 150GW 从技术分布来看，截至 2015 年年底，全球累计运行的储能项目装机规模达 146.1GW，总装机量的 97。中国累计运行的储能项目累计装机 23.7GW，排名全球第二，智利是唯一进入全球储能装机规模前十名的南美洲国家，德国则是欧洲储能装机比重最大的国家。储能项目中抽水蓄能技术仍然大规模应用，截至 2015 年 12 月总装机量达 142.1GW，日本、美国和中国的装机规模处于前三位。抽水蓄能机组在一个国家总装机量中所占比重的世界平均水平为 3左右，部分国家已超过 10，如奥地利 16.3、瑞士 12、意大利 11、日本 10、法国 13、德国 11.2。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 2 图 2 2015 年全球各个技术类型累计装机量结构图 3 全球抽水蓄能装机量排名前十的国家单位 GW 数据来源 DOE、西南证券数据来源 DOE、西南证券中、日电化学装机增速明显 2015 年，除抽水蓄能外，全球电化学储能、其他机械储能及热储能也发展迅速。热储能占比最大为 43，西班牙、美国、南非累计装机量较为突出，累计占全球热储能的 97；全球电化学储能项目装机量达 910MW，美国、日本和中国的电化学储能累计装机量位列全球前三名，占比分别为 43、 33和 11。电化学储能增速在 2015 年最大达 40，日本、中国超过全球增长速度，为全球增长速度的 5 倍及 2.5 倍。图 4 全球历年累计装机量单位 GW及增速图 5 中国 /日本电化学累计装机量单位 GW 数据来源 DOE、西南证券数据来源 DOE、西南证券在电化学储能结构中，全球锂离子电池和钠硫电池占比相近达 40和 38，其次是铅蓄电池、液流电池，比例分别为 13和 6；在中国电化学储能市场，锂离子电池装机份额最大达 66，其次是铅蓄电池和液流电池，比例分别为 15和 13。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 3 图 6 全球电化学储能装机量结构图 7 我国电化学储能装机量结构数据来源 CNESA、西南证券数据来源 CNESA、西南证券澳洲、印度等新兴市场涌现从区域分布上看，虽然美 /欧、中 /日 /韩地区依旧占据项目装机的领先地位，但同时也涌现一些新兴市场，特别是澳大利亚， 2015 年新增项目装机同比 2014年增长 356。系统装机数量从 2015年年底的 500个增到 2016年目前的 5000个，这主要是因为家庭用户纷纷使用储能系统，避开不断上涨的电费，使得澳大利亚成为全球排名前五的分布式储能市场，仅次于美国、日本、德国、英国，是未来极具发展前景的市场。此外，除了澳大利亚，东南亚、印度、加勒比海地区、非洲及南美洲等地在 2015 年也开展了若干储能项目，这些地区拥有优越的风、光资源，但电网设施和经济并不发达，有的项目是靠国际组织、国外政府、国外企业等的援助计划而展开的，有的项目是通过政府公开招标引进国外企业的先进技术或解决方案。未来，这些地区也会有一定的市场发展空间，仅印度政府预测，到 2020 年印度的储能市场规模将超过 15GWh，是当前印度市场的 125000 倍。 1.2 储能商业化应用提速发展储能技术应用广泛，市场需求潜力巨大，是能源互联网中的关键环节，主要体现在以下几个方面第一、光伏与风电等间歇性电源出力不稳定，当其发电占比达到较高比例时，会对电网造成一定的冲击，从而需要配套一定比例的储能来稳定风光电站的出力。第二、用电价格相对上网电价较高的地区，波峰波谷电价差异很大的地区，分布式配套储能往往很容易具经济性；微网、离网对于储能的需求也很直接。第三、储能应用于电力系统中将改变电能生产、输送和使用同步完成的模式，弥补电力系统中缺失的“储放”功能，以达到优化电力资源配置、提高能源利用效率之目的。第四、储能技术进步还带动了电动汽车的迅速发展。第五、在日渐兴起的能源互联网中，由于可再生能源与分布式能源在大电网中的大量接入，结合微网与电动车的普及应用，储能技术将是协调这些应用的至关重要的一环，储能环节将成为整个能源互联网的关键节点；能源互联网的兴起将显著拉动储能的需求，助推储能产业实现跨越式发展。按照储能技术的应用途径来看，储能技术可分为以下三个方面（ 1）发电、输电侧储能与常规的电力系统相比，电力系统储能在电网运行过程中“发 – 输 – 配 – 用”四大环节中，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备、降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 4 （ 2）配电侧储能通过电力储存建设微电网，打造智能城市，实现能源互联和能源管理。（ 3）用电侧储能 “光伏储能电动汽车智能家电远程控制无线通讯技术 ”，用户只需通过移动 APP 进行全方位的能源管理。表 1 储能技术在电力系统各环节中的用途用途发电侧提升可再生能源并网率。大容量储能系统对太阳能、风电等不稳定电源起到稳压、稳流作用。削峰填谷等。辅助服务频率响应、电压支撑、黑启动电源等。输电侧减轻或解决线路过负荷和堵塞，并降低线路和网络的损耗。提高电网的安全稳定性能和增加电网安全运行的裕度。可作为电网的紧急事故备用电源。配电侧保持微电网能继续正常和稳定运行。提高电能质量，使电压保持在合理或适当的范围内。调节微电网的频率，用于较长期的能量管理。可移动式储能装置，缩短停电时间，提高供电可靠性。用户侧用户利用储能装置和分时电价，改变其用电时间和方式以降低电费需要高可靠性的用户，安装一定数量的储能装置，作为后备电源。电动汽车与电网相连接时，利用 “V2G”的功能，将电动汽车内储能的电能在电网需要时返回到电网中。家庭和楼宇的能量管理系统。数据来源中国电力科学研究院、西南证券从全球范围来看，在已投入运行的储能项目中，可再生能源并网领域项目的累计装机规模占比最大，达到 43；而在建设和规划的项目中，辅助服务领域的累计装机规模则占最大比重，相较于该领域在已运行的项目中的占比有了成倍的增长，占比为 48。从项目数量来看，无论是已运行的项目还是处于建设和规划的项目，分布式发电及微电网均占据第一的位置，占比均接近总装机的 60，全球排名前五的国家分别为美国、日本、德国、英国及澳大利亚。未来 5-10 年，分布式光伏储能、微网等配网侧和用户侧将成为中短期内全球储能发展的热点领域。我国储能技术多样性仍有待提高从下图可以看出，国外储能技术及技术应用领域的多样性要比我国高一些。目前我国储能技术应用领域主要集中在分布式发电及微网和可再生能源并网，二者累计装机规模超过中国市场的 80，特别是分布式发电及微电网，无论在累计装机规模还是项目个数上均占据第一的位置，占比分别为 56和 77。而对于电力输配、调频辅助服务等领域的应用还是比较低，但后续也有比较多的规划。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 5 图 8 全球各类储能技术的主要应用领域图 9 我国各类储能技术的主要应用领域数据来源 CNESA、西南证券数据来源 CNESA、西南证券从应用层面来说，我国储能发展路线按照 3 个时间段规划 2015 年之前，项目以示范应用为主，应用领域大致分为可再生能源并网、调峰和调频辅助服务、电力输配、分布式发电及微网、电动汽车光储式充电站； 2015-2020 年期间，开始出现若干初具商业化、但还不具备规模化复制的项目，正逐步向商业化迈进，并逐步建立起适合国情发展、具有可复制性的商业模式； 2020 年之后，储能在调频辅助服务、分布式发电及微网、电动汽车光储式充电站及需求侧管理等领域得到成熟应用，并形成若干典型的商业模式，并逐步在各个领域均实现商业化的发展。表 2 2020 年我国储能装机规模预测（单位 GW）应用领域装机规模常规情景理想情景大规模集中式可再生能源 5.4 9.0 分布式发电及微电网 8.0 13.5 调频辅助服务 1.0 1.2 延缓输配电扩容升级 0.1 0.5 总计 14.5 24.2 注上述预测中包含集中式光热电站储热项目；上述预测中也不包含抽水蓄能，按照可再生能源 “十三五 ”发展规划征求意见稿，到 2020 年，我国抽水蓄能电站的总装机规模达到 40GW。数据来源 CNESA、西南证券储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 6 2．储能技术多点开花，多元化发展是必然趋势 2.1 储能技术总分类储能技术种类繁多，按照技术类型来看，一般分为（ 1）物理储能抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气和超导磁存储。（ 2）化学储能包括锂离子电池、液流电池、铅酸蓄电池、钠硫电池、铅炭电池、超级电容器及其他新型电池。（ 3）热储能（ 4）化学储能氢或合成天然气。若储能技术性能按放电时间划分，可分为以下四类（ 1）短放电时间秒至分钟级，如超级电容器、超导储能、飞轮储能。（ 2）中等放电时间分钟至小时级，如飞轮储能、各种电池等。（ 3）较长放电时间小时至天级，如各类电池、抽水蓄能、压缩空气等。（ 4）特长放电时间天至月级，如氢和合成天然气。表 3 不同储能技术的比较分类储能技术典型功率响应时间优势劣势应用方向物理储能抽水蓄能 100-2000MW 4-10h 大功率、大容量、低成本受地域限制能量管理、频率调整与系统备用压缩空气储能 100-200MW 6-25h 大功率、大容量、低成本受地域限制 /需要储气调峰、系统备用飞轮储能 5kW-1.5MW 15s-15min 高功率、长寿命高成本、低能量密度电能质量控制、频率控制电磁储能超导储能 10kW-10MW 1min-15min 高功率、长寿命、高效率高成本、低能量密度系统稳定性、电能质量超级电容储能 1-100kW 1s-1min 高功率、长寿命、高效率低能量密度系统稳定性、电能质量电化学储能铅酸电池 1kW-50MW 1min-5h 成本低寿命短系统备用、电能质量钠硫、锂离子电池 kW-MW 1min- 高能量密度、高效率高成本、安全性问题平滑负荷、备用电源液流电池 -100kW 1-20h 大容量、长寿命低能量密度平滑负荷、备用电源数据来源华能清洁能源研究所、西南证券储能技术因性能各异而多元化发展各类储能技术的特点、性能各异，可以说不存在一种技术能覆盖各种应用场合，并满足各种要求。实际应用时，要根据各种储能技术的特点以及对优缺点进行综合比较来选择适当的技术，可供选择的主要特征包括能量密度、功率密度、响应时间、储能效率、设备寿命或充放电次数、技术成熟度、经济因素、安全性等。比如，放电时间短的，常常是功率型的，一般可用作 UPS 和提高电能质量，中等放电时间的，可用于电源转接；锂离子电池的能量密度和功率密度都很高，这是它能得到广泛应用和关注的主要原因；应用最广泛的大型抽水蓄能则可以解决天级的储能要求；而要满足周和月级的储能需求需要依靠其他种类储能手段，如氢和合成天然气。根据储能技术的上述特征，应用储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 7 的目的和需求来选择其种类、安装地点、容量以及各种技术的配合，同时也还要考虑用户的经济承受能力。图 10 各储能技术特征所处发展阶段图 11 各储能技术特征所处发展阶段数据来源中国电力科学研究院、西南证券数据来源中国电力科学研究院、西南证券 2016 年 4 月，国家发改委、国家能源局下发了能源技术革命创新行动计划（ 2016-2030 年），并同时发布了能源技术革命重点创新行动路线图，其中包括了先进储能技术创新路线图。应用于电网的先进储能技术种类较多，根据目前储能技术应用的成熟度，可以从 3 级到 0 级分为四个不同的层次 3 级已经商业化的技术，例如抽水蓄能、铅酸电池储能等。 2 级进入示范阶段或已部分商业化的技术，包括压缩空气储能、锂离子电池、钠基电池、铅碳电池、全钒液流电池、锌溴液流电池、超导储能、飞轮储能、超级电容器、储热 / 冷、熔融盐储热等技术已经完成研发并开始产业示范。对于能量密度较低但功率密度较高的超导储能、飞轮储能、超级电容器，在电网用先进大容量储能方面可以起到辅助作用，配合其它能量型储能技术使用。 1 级技术原理通过验证但尚处于实验室研发阶段的技术，例如锂液流电池、锂浆料电池、金属基电池等新型储能电池。此类新型储能技术在研发之初就立足于低成本长寿命大容量的储能要求，起点较高，发展十分迅速，具有较大的商业潜力。 0 级新概念储能技术，最近一两年以及未来出现的一些新型储能技术，其技术原理尚未得到验证，属于原创技术，需要我们高度重视。其中 3级和 2级特别需要相关价格政策的支持， 1级和 0级需要科研立项支持技术创新。因此，一方面，需要政府相关部门出台支持储能产业可持续发展的价格政策，促进已有的相对成熟的一些储能装备技术进入 MW 级以上的示范和商业应用，在示范中发现及解决一些应用技术问题，并带动储能商业模式的创新和商业项目的实施推广。另一方面，必须高度重视储能技术的原始创新和知识产权布局，积极开发低成本、长寿命、高安全、易回收的新型储能技术，为储能产业的可持续发展和能源转型提供重要的技术支撑。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 8 2.1 储能技术细分介绍抽水蓄能工作原理将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电。具有日调节能力，用于调峰和备用。图 12 抽水蓄能电站图 13 抽水蓄能技术原理图数据来源中国电力科学研究院、西南证券数据来源中国电力科学研究院、西南证券技术优势储能规模大、运行时间长；清洁能源，循环水利用，有利于节能减排；技术成熟、可靠，成本低廉，运行寿命长达 50 年以上；全球水电资源丰富，通过合理利用地形，可以建设较大容量的抽水蓄能机组，更好地保障电网供电安全。技术劣势投资周期较长，一般达 8-10 年；选址困难，需要特殊的地理条件，大型抽水电站通常在山区，远离风电场；损耗较高，包括储蓄损耗线路损耗。发展现状抽水蓄能是目前最为成熟的储能技术，也是当今世界最具经济性的大规模储能方式。截至 2015 年 12 月，世界上抽水蓄能机组总装机容量超过 1.4 亿千瓦，日本、美国和中国的装机规模处于前三位。 19 世纪 90 年代于意大利和瑞士抽水蓄能得到应用，日、美、西欧等国 20 世纪 60～ 70 年代出现抽水蓄能电站的建设高峰。其中日本是世界上机组水平最高的国家，在技术方面引领世界潮流。而我国在抽水蓄能技术领域实现从跟随到引领、从进口到出口、从中国制造到中国创造的根本性跨越。 2003 年以前，我国 15 万千瓦以上大型抽蓄机组关键技术处于空白，设备全部需要引进，价格高昂。历经十年攻关，系统突破技术瓶颈，成功研制出具有完全自主知识产权的大型抽蓄机组及成套设备。 2016 年，随着仙居抽水蓄能电站 1 号机组成功并网发电，国内完全自主化的抽蓄装备最大单机容量达到 37.5 万千瓦，机组的核心水泵水轮机、发电电动机以及自动控制系统都拥有完全自主知识产权。我国规划到 2020 年时，投运抽水蓄能总装机容量达 52GW其中，国网公司 41GW，南网公司 11GW，约占其时全国总装机容量 1756GW 的 3，总体偏少，仅够配合核电。若需配合风电、太阳能发电，则合理的容量应为 80GW 左右。由于我国抽水蓄能技术实现根本性跨越，使得国内市场的设备超标价格大幅下降，预计未来可为国家至少节省上百亿元资金。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 9 图 14 抽水蓄能技术发展时间轴数据来源中国储能网、西南证券飞轮储能工作原理主要由飞轮、集成式电动 /发电机、非接触式轴承、真空容器以及电力电子变换装置等组成。系统储能时，电能通过电力电子装置变换后控制 M/G 工作于电动机状态，带动飞轮加速，电能转化为机械能储存下来；需要放能时，飞轮降速， M/G 作为发电机，由飞轮带动其转动，将机械能转化为电能，经电力电子装置变换后，输送给用电设备或回馈给电网（即并网发电）。图 15 抽水蓄能电站图 16 抽水蓄能技术原理图数据来源中国电力科学研究院、西南证券数据来源中国电力科学研究院、西南证券技术优势几乎不需要运行维护、设备寿命长 20 年或者数万次深度充放能量过程；对环境没有不良的影响；具有优秀的循环使用以及负荷跟踪性能，它可以用于那些在时间和容量方面介于短时储能应用和长时间储能应用之间的应用场合。技术劣势能量密度不够高、自放电率高，每小时超过 2.5。如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽；只适合于一些细分市场，比如电力调频、轨道制动能量回收、高品质 UPS 等。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 10 全球发展现状飞轮储能系统最早主要用于 UPS 领域，以 Beacon Power 为领先水平的研究机构正在致力于飞轮储能的优化设计，以便将其用于长过程储能服务多达几个小时，同时降低其商用成本。除 UPS 外，应用于电网储能领域的飞轮储能项目，自 2010 年以来，规划、在建和已经投运共 14 个，共计 81MW，主要应用在电力市场调频、分布式发电及微网、轨道能量回收等领域。 Beacon power 后来也将业务重点逐渐从 UPS 转移到电网调频领域。目前，电网调频领域是飞轮储能系统在电网中最主要的应用领域。美国已有商业化运行的飞轮储能调频电站，总规模达 48MW。自 Beacon Power 在美国 Hazle 安装 20MW 的飞轮系统后，加拿大安大略省也分别规划一个 5MW 和 2MW 的飞轮储能项目，为安大略省电力市场提供辅助服务。 2015 年上半年爱尔兰 EirGrid 公司规划了欧洲首个飞轮储能项目，规模同样达到 20MW，这说明继北美电力市场之后，欧洲电力市场也开始呈现出对调频资源的需求，而飞轮作为快速调节资源已经开始获得欧洲电网运营商的认可。然而，由于飞轮储能系统自放电现象严重，用作能量型应用时价格昂贵，因此不适宜在能量型应用领域发展。图 17 飞轮储能在不同应用领域的项目数量占比图 18 飞轮储能在不同应用领域的项目装机容量占比数据来源 CNESA、西南证券数据来源 CNESA、西南证券我国飞轮储能发展同国外相比，我国的飞轮储能技术还相对落后与国外差距在 10 年以上，难点在于根据不同的用途开发不同功能的新产品，因此飞轮储能电源是一种高技术产品但原始创新性并不足，这使得它较难获得国家的科研经费支持。但我国近期在关键技术方面有所突破，部分大学和研究机构完成了集成装置研究。可以说现在我国的飞轮储能技术，已经处于从实验室研究向企业转化的过程中。 2016 年 3 月，我国第 1 台 MW 级飞轮储能电源的充放电循环效率为 86-88，发电最大功率 1088kW。这标志着我国首台 MW 级飞轮储能电源研制成功。我国飞轮储能技术未来仍需长期的发展。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 11 图 19 清华大学在飞轮储能技术方面的研究成果数据来源北极星储能网、西南证券压缩空气储能工作原理压缩空气蓄能是基于燃气轮机技术的储能系统，在电力负荷低谷期将电能用于压空气将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底蓄气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电力负荷高峰期释放压缩空气推动燃气轮机发电的蓄能方式。适用于电网调峰、备用以及可再生能源并网等领域。图 20 压缩空气储能技术原理图 21 压缩空气储能电站示意图数据来源西南证券整理数据来源 CNESA、西南证券技术优势具有容量大、工作时间长、使用寿命长，可以达到 30-50 年，如果保养得当，甚至可以超过这个年限；经济性能好，压缩空气储能与抽水蓄能都是最便宜的储能技术。技术劣势传统大型压缩空气储能系统的能量转换率低；对化石燃料依赖度高；对储气洞穴有较高要求。全球发展现状目前，全球仅有两个实现商业化运行的传统压缩空气储能电站，分别在德国和美国，总规模达到 400MW。而解决压缩空气储能主要依赖大型储机，将空气液化，大幅降低体积，摆脱对大型储能洞穴的依赖，另外也摆脱了对燃料燃烧的依赖。比较有代表性的是美国的等温压缩和蓄热式压缩空气储能 2MW 级系统。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 12 我国发展现状目前国内还没有压缩空气储能电网的商业应用，但是已经从五个方面逐步开展了一些相关工作，包括系统总体设计和分析、蓄热器、放热器、系统集成和示范、政策和商业机制研究。中国科学院工程热物理研究所于 2009 年在国际上首次提出了超临界压缩空气储能系统。该系统具有储能高效、能量密度高（约为常规压缩空气储能系统能量密度的 18 倍）、环保等优点，系统同时解决了传统压缩空气储能系统对大型储气室和化石燃料的依赖，具有显著的先进性和创新性。早在 2013 年，中国工程热物理研究所储能研发中心便完成了对 1.5 兆瓦级超临界压缩空气储能系统的示范工作，此系统性能指标高于国际同等规模压缩空气储能系统。目前，该所正在着力开展对 10 兆瓦级超临界压缩空气储能系统的研发与示范工作，并已完成了系统主要部件的研发工作，目前正在进行系统的集成，预计在 2016 年完成全部的示范任务。超导磁储能 SMES 工作原理利用超导体的电阻为零的特性制成的储存电能的装置。通过功率变换器将电网的能量以电磁能的形式储存在超导磁体中，根据电网或负荷需要，再通过功率变换器将能量馈送给电网或负荷。超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统四大部分。超导材料技术开发是超导储能技术的重中之重。超导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和温室超导材料。图 22 超导磁储能装置结构图图 23 超导磁储能装置拓扑示意图数据来源南方电网技术、西南证券数据来源南方电网技术、西南证券技术优势具有高达 95的转换效率；毫秒级的响应速度、大功率和大能量系统；寿命长及维护简单、污染小。技术劣势成本很高材料和低温制冷系统，使得它的应用受到很大限制。全球发展现状近 30 年来， SMES 的研究一直是超导电力技术研究的热点之一。美国、德国和日本等都提出研制 100kwh 等级的微型 SMES，这种 SMES 可为大型计算中心、高层建筑及重要负荷提供高质量、不间断的电源，同时也可用于补偿大型电动机、电焊机、电弧炉、轧机等波动负载引起的电压波动，它还可用作太阳能和风力发电的储能等。目前，美国已有多台微型超导储能装置在配电网中实际应用，美国还将研制 100MJ/50MW 的 SMES 安装在 CAPS 基地， SMES 不仅可以为脉冲功率试验提供能量支撑，而且它的现场师范运行对军用和民用 SMES 技术的发展都很有意义。储能专题报告请务必阅读正文后的重要声明部分 13 我国发展现状在国内，中国科学院电工研究所、中国科学院合肥分院等离子体物理研究所等单位很早就开始了超导磁体的研究工作，在超导磁体分离、磁流体推进、核磁共振乃至磁约束核聚变托卡马克磁体等方面做了大量工作。进入 21 世纪后，随着高温超导技术的进步，清华大学研制了 3.45kJBi-2223SMES 磁体，研制了 150kVA 的低温超导磁体储能系统并将其用于改善电能质量的实验室研究。 2005 年华中科技大学研制成功了 35Kj/7.5kW 直接冷却高温超导 SMES 实验样机。中科院电工所提出了基于超导储能的限流器方案并研制了实验样机， 2006 年又启动了 1MJ/0.5MVA 高温超导 SMES 的研究项目。发展瓶颈（ 1）目前 SMSE 在应用推广中所受到的最大阻力来自装置昂贵的研制成本，其中 50-70费用都投入在超导磁体的研制上；（ 2）高温超导 SMSE 相邻超导饼的接头电阻相对较大，限制了磁体的通流能力，增加了磁体损耗，不利于 SMSE 容量的提升；