儲能：解決新能源電力供需時間差的“靈活電站”

 

儲能是解決發(fā)電側(cè)與用電側(cè)供需不平衡的一種“靈活的電站”，暫時儲存多余能源，并于未來用電時釋放。全球“碳 中和”背景下新型可再生能源受到青睞，風(fēng)、光裝機量不斷提升，因風(fēng)光發(fā)電具有間接性、波動性，儲能成為棄風(fēng)棄 光主要解決方案，目前在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均有應(yīng)用。 發(fā)電側(cè)+電網(wǎng)側(cè)：新能源較傳統(tǒng)能源調(diào)峰壓力更大，儲能成為保證穩(wěn)定供能的有效方案。 用戶側(cè)：平滑電力+為終端用戶節(jié)省用電成本，在峰谷電差較大的地區(qū)經(jīng)濟性顯現(xiàn)。

 

儲能市場：國內(nèi)儲能新增裝機量2025年或達(dá)103GWh

 

儲能系統(tǒng)滲透率提升確定性強。2020年開始國 內(nèi)風(fēng)光配儲政策不斷出臺，儲能滲透率提升具有 較強確定性。 國內(nèi)儲能裝機以發(fā)電側(cè)為主。經(jīng)民生電新團隊測 算，2025年國內(nèi)儲能裝機量有望達(dá)103GWh， 21-25年CAGR為104%。

 

儲能市場：全球儲能新增裝機量2025年或達(dá)362GWh，中美歐貢獻主 要增量

 

全球：中美歐貢獻主要儲能裝機需求，2021年合計占比接近80%。我們預(yù)計2025年全球儲能裝機量達(dá)362GWh，21-25年 CAGR為95%。 美國：美國電網(wǎng)高度市場化，光伏配儲回報率較高，表前市場需求旺盛，我們預(yù)計25年儲能總裝機量達(dá)130GWh。 歐洲：表前表后雙端發(fā)力，英德為主要增量市場，我們預(yù)計25年儲能總裝機量達(dá)54GWh。 國內(nèi)：配儲率/配儲時長不斷提高，我們預(yù)計25年國內(nèi)儲能裝機量達(dá)103GWh，21-25年CAGR為104%。

 

儲能市場：2025年規(guī)模有望達(dá)4336億元，國內(nèi)占比~30%

 

據(jù)Wood Mackenzie測算， 2021年電化學(xué)儲能系統(tǒng)成本約為277美元/KWh（折合人民幣約18.0億元/GWh*），預(yù)計 2025年儲能系統(tǒng)成本將下降33%至184.5美元/KWh（折合人民幣約12元/GWh*），四年降價CAGR為10.7%。通過價格和前文測算儲能裝機量得出2025年全球儲能市場規(guī)模約為4336億元，國內(nèi)儲能市場規(guī)模約為1241億元，占比 28.6%。

 

02.熱管理：儲能不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)

 

熱管理是保證儲能系統(tǒng)持續(xù)安全運行的關(guān)鍵

 

電站事故頻發(fā)，鋰電池?zé)崾Э厥且l(fā)儲能系統(tǒng)安全事故的主要原因之一。在鋰電池充放電的過程中，一部分化學(xué)能或電能 轉(zhuǎn)化成熱能，如儲能系統(tǒng)散熱不佳，可能致熱失控，造成電池短路、鼓包、出現(xiàn)明火，最終引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。 根據(jù)CNSEA的不完全統(tǒng)計，近十年全球儲能安全事故發(fā)生60余起，截至今年4月底，全球已發(fā)生8起儲能安全事故。

 

儲能系統(tǒng)產(chǎn)熱大，散熱空間有限，自然通風(fēng)下難以實現(xiàn)溫度控制，易損害電池的壽命和安全。與動力電池系統(tǒng)相比，儲能系統(tǒng)電池的功率更 大，數(shù)量更多，產(chǎn)熱更多，而電池排列緊密又導(dǎo)致散熱空間有限，熱量難以快速、均勻地散發(fā)，易引起電池組之間的熱量聚集、運行溫差過 大等現(xiàn)象，最終損害電池的壽命和安全。 鋰電池放電倍率與產(chǎn)熱正相關(guān)，儲能系統(tǒng)大容量發(fā)展趨勢下，熱管理系統(tǒng)配備需求不斷增強。儲能系統(tǒng)主動參與調(diào)峰調(diào)頻，高倍率高容量的 發(fā)展趨勢下產(chǎn)熱顯著增加，熱管理系統(tǒng)的重要性不斷增強。 熱管理是保證儲能系統(tǒng)持續(xù)安全運行的關(guān)鍵。理想情況下的熱管理設(shè)計可以將儲能系統(tǒng)內(nèi)部的溫度控制在鋰電池運行的最佳溫度區(qū)間（10- 35℃），并保證電池組內(nèi)部的溫度均一性，從而降低電池壽命衰減或熱失控的風(fēng)險。

 

電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈中熱管理價值量約占儲能系統(tǒng)2-3%

 

熱管理處于電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈的中游。上游包括鋰電池材料和電子元器件；中游為儲能系統(tǒng)集成，包括電芯、電力設(shè)備集成 (PCS+EMS+BMS)、熱管理、消防系統(tǒng)等；下游包括渠道商和用戶端。下游客戶集中度較高，熱管理貨值相對較低，易形成上下游綁定關(guān)系。儲能系統(tǒng)中電池成本占比約55%，PCS占比約20%，BMS和EMS合 計占比約11%，熱管理約占2%-4%。熱管理價值量占比相對較低，我們認(rèn)為下游廠商更看重?zé)峁芾矸桨傅姆€(wěn)定性及安全性，價格敏感程 度相對較低，且易于與方案提供商形成綁定關(guān)系，更換供應(yīng)商的頻率更低，賽道龍頭更容易享受行業(yè)擴容紅利。

 

技術(shù)路線：以風(fēng)冷和液冷為主，熱管、相變冷卻在研

 

目前儲能熱管理的主流技術(shù)路線是風(fēng)冷和液冷。儲能熱管理技術(shù)路線主要分為風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻，其中熱管和相變冷 卻技術(shù)尚未成熟。 風(fēng)冷：通過氣體對流降低電池溫度。具有結(jié)構(gòu)簡單、易維護、成本低等優(yōu)點，但散熱效率、散熱速度和均溫性較差。適用于產(chǎn)熱率 較低的場合。 液冷：通過液體對流降低電池溫度。散熱效率、散熱速度和均溫性好，但成本較高，且有冷液泄露風(fēng)險。適用于電池包能量密度 高，充放電速度快，環(huán)境溫度變化大的場合。熱管&相變：分別通過介質(zhì)在熱管中的蒸發(fā)吸熱和材料的相態(tài)轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電池的散熱。

 

風(fēng)冷系統(tǒng)：方案成熟，應(yīng)用廣泛

 

風(fēng)冷以空氣為介質(zhì)，利用空氣間的溫差產(chǎn)生的熱對流轉(zhuǎn)移熱量，實現(xiàn)散熱。風(fēng)冷散熱分為自然風(fēng)冷和強制風(fēng)冷，自然 冷卻是利用自然風(fēng)壓、空氣溫差、空氣密度差等對電池進行散熱處理，實現(xiàn)電池模組及電池箱的散熱，但由于空氣的 換熱系數(shù)較低，自然對流散熱難以滿足電池的散熱需求。強制風(fēng)冷需要額外安裝空調(diào)、鼓風(fēng)機，使得外部空氣通過電 芯間隙/底部，空調(diào)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)整體環(huán)境溫度，以達(dá)到電池工作溫度需求。

 

風(fēng)冷系統(tǒng)：價值量約為3000萬/GWh

 

風(fēng)冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成相似，風(fēng)冷系統(tǒng)的核心零部件包括：壓縮機、電機、冷凝器、蒸發(fā)器，主要材料包括冷軋板、 鍍鋅板、銅、鋁等。其中壓縮機成本占比最高，電機和電控次之。目前儲能熱管理中風(fēng)冷應(yīng)用占比最高。 據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2021年儲能風(fēng)冷系統(tǒng)成本約為3000萬元/GWh，方案較為成熟。風(fēng)冷系統(tǒng)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較為簡單，系統(tǒng)鋪 設(shè)方案成熟，整體成本和維護成本較低。缺點在于冷卻介質(zhì)比熱容較低，風(fēng)冷的換熱系數(shù)較低（25~100），易導(dǎo)致電池簇間 溫差，整體散熱效率低于液冷方案，同時通道占地更大，對預(yù)留面積要求更高。

 

液冷系統(tǒng)：高效散熱，滲透率有望大幅提升

 

目前儲能熱管理中液冷方案關(guān)注度更高，有望引領(lǐng)中長期發(fā)展方向。液冷的單套系統(tǒng)價值量高于風(fēng)冷系統(tǒng)，市面已有成熟方案，新進入者眾 多，主流供應(yīng)商仍在加速研究迭代，有望成為未來儲能熱管理的主流溫控方案。

 

液冷以液體為冷卻介質(zhì)，通過對流換熱將電池產(chǎn)生的熱量帶走。液體冷卻介質(zhì)的換熱系數(shù)高、比熱容大、冷卻速度快，可有效降低電池的最 高溫度和提高溫度分布的均勻性，同時液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊。液體與電池的接觸模式有兩種：一種是直接接觸，電池單體或者模塊沉浸 在液體（如電絕緣的硅油）中，讓液體直接冷卻電池，此方案對絕緣性要求較高；另一種是在電池間設(shè)置冷卻通道或者冷板，讓液體間接冷 卻電池，儲能系統(tǒng)多數(shù)采用此種方案。液冷技術(shù)的研究主要關(guān)注于液體冷卻劑的選擇、流道的優(yōu)化、流速的優(yōu)化以及熱電耦合模型等。

 

液冷系統(tǒng)：價值量約為9000萬/GWh

 

據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2021年液冷系統(tǒng)價值量在9000萬元/GWh。從價值量拆分來看，液冷主機價值量最高，其中包 括壓縮機、冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器、水泵等零部件，其次是液冷板，液冷主機和液冷板合計占比約為68%；換熱器 占比約為10%，管路占比約為8%。