В1: Что такое система хранения энергии (СХЭ)? Зачем нужна СХЭ?
Суть СХЭ заключается в устранении несоответствия между предложением и спросом на электроэнергию в течение времени, накоплении электроэнергии в периоды ее избытка и выдаче ее в периоды нехватки. Поскольку электроэнергию трудно хранить напрямую в больших объемах, технология СХЭ позволяет хранить электроэнергию, преобразуя ее в другие формы энергии (такие как химическая энергия, потенциальная энергия, импульс и т.д.) и эффективно преобразовывать обратно в электроэнергию для выдачи при необходимости. Этот процесс «зарядки-разрядки» обеспечивает важную гибкость для электроэнергетической системы. Система состоит из четырех основных компонентов, которые совместно обеспечивают гибкое регулирование электроэнергетической системы:
1. Элемент аккумулятора для хранения энергии: «хранилище» энергии
Как основной склад СХЭ, аккумуляторная батарея определяет масштаб и эффективность хранения энергии. В настоящее время на рынке преобладают литий-железо-фосфатные (LFP) аккумуляторы из-за их высокой безопасности и длительного срока службы. По сравнению с литий-ионными аккумуляторами, натрий-ионные аккумуляторы демонстрируют превосходные характеристики в плане устойчивости к высоким и низким температурам и срока службы, но их энергетическая плотность ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. В настоящее время натрий-ионные аккумуляторы находятся на ранних стадиях развития.
2. Система преобразования мощности (СПМ): «переводчик» тока
СПМ обеспечивает преобразование переменного тока (ПТ) (электросети) в постоянный ток (ПТ) (аккумулятор) и обратно в режиме реального времени. В настоящее время основные применимые спецификации для СПМ на рынке составляют около 5 МВт∙ч. Новое поколение преобразователей, формирующих сеть, обладает возможностью «активного формирования сети», которое может заменить традиционную тепловую энергию для стабилизации частоты сети, выступая в качестве «якоря» электроэнергетической системы.
3. Система управления аккумулятором (СУА): «управляющий здоровьем» аккумуляторов
Она круглосуточно контролирует напряжение и температуру десятков тысяч элементов аккумулятора и прогнозирует сбои с помощью алгоритмов искусственного интеллекта. Когда элемент аккумулятора «перегревается» (испытывает аномальную температуру), СУА немедленно изолирует риск, чтобы предотвратить цепную реакцию — аналогично установке интеллектуальной системы противопожарной защиты для банка энергии.
4. Система управления энергией (СУЭ): «Мозг» системы хранения энергии (СХЭ)
Она автоматически определяет, когда следует накапливать и отдавать электроэнергию, основываясь на колебаниях цен на электроэнергию на рынке электроэнергии.
Диаграмма 1: Производственно-сбытовая цепочка СХЭ
В2: Насколько важна СХЭ?
Спрос на СХЭ формируется в основном тремя сторонами: стороной производства электроэнергии, стороной сети и стороной потребителя.
1. Сторона производства электроэнергии
В настоящее время СХЭ на стороне производства электроэнергии используется в основном для повышения возможностей регулирования частоты тепловых электростанций и эффективности использования электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии. В традиционном секторе тепловой энергетики СХЭ (особенно аккумуляторы мощностного типа) используется в качестве ключевого инструмента для вспомогательного регулирования частоты. Установка СХЭ в регионах, где преобладает угольная генерация, таких как Шаньси и Внутренняя Монголия, где гибкость электроснабжения недостаточна, позволяет значительно повысить скорость и точность реагирования генерирующих агрегатов на команды сетевого регулирования частоты. В секторе возобновляемых источников энергии (ветроэнергетика, фотоэлектрика) роль СХЭ имеет решающее значение. Присущая электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии, случайность, нестабильность и прерывистость значительно затрудняют поддержание системного баланса после ее высокопроцентной интеграции в электросеть. Системы хранения энергии (СХЭ) эффективно сглаживают кривую выработки электроэнергии и снижают «ограничение выработки электроэнергии из ветра и солнца» путем отслеживания планов выработки электроэнергии в режиме реального времени: отдача электроэнергии для дополнения мощности в периоды низкой выработки электроэнергии из возобновляемых источников и накопление электроэнергии для поглощения мощности в периоды пиковой выработки. Это повышает уровень потребления и эффективность использования электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии.
2. Сторона сети
СХЭ на стороне сети непосредственно обеспечивает безопасную, стабильную и эффективную работу электроэнергетической системы. Ее основные функции включают предоставление важнейших вспомогательных услуг по передаче электроэнергии, таких как выравнивание пиковых и минимальных нагрузок, резервирование мощности, черный пуск, а также отсрочку или замену дорогостоящих инвестиций в модернизацию объектов передачи и распределения электроэнергии (т. е. замещающая СХЭ). Что же такое выравнивание пиковых и минимальных нагрузок? «Пик» представляет собой период пикового потребления электроэнергии, который обычно приходится на дневные рабочие часы. Когда кривая нагрузки поднимается в красную зону пика, генераторы, трансформаторы и линии электропередачи приближаются к своим физическим пределам. Это похоже на пробки на шоссе в праздники, когда электрооборудование постоянно перегружено. Напротив, «долина» представляет собой период низкого потребления электроэнергии, обычно ночью, когда происходит растрата энергии. Проще говоря, выравнивание пиковых и долинных нагрузок позволяет преобразовать колеблющуюся кривую нагрузки в более плоскую путем разряда в пиковые периоды и заряда в периоды низкого потребления с помощью системы хранения энергии (СХЭ).
Диаграмма 2: Типичная кривая нагрузки в будние дни в Шанхае
Диаграмма 3: Идеальная кривая нагрузки
Источник данных: веб-сайт правительства Китая, составлено SMM
По сравнению с генерирующей стороной, бизнес-модель СХЭ на стороне сети постепенно становится более четкой, формируя несколько источников дохода: плата за аренду мощности от новых электростанций, использующих возобновляемые источники энергии, компенсация за мощность, предоставляемая правительством, доход от участия в рынке вспомогательных услуг электроэнергетики (таких как выравнивание пиковых и долинных нагрузок и регулирование частоты), а также возможности арбитража на спотовом рынке электроэнергии.
Диаграмма 4: Функциональные пути СХЭ на стороне сети
3. Потребительская сторона
СХЭ на потребительской стороне расположена на конце потребления электроэнергии. Ее основная движущая сила заключается в достижении экономической выгоды за счет разницы в ценах на электроэнергию (пиковый и долинный арбитраж), дополненной дополнительным доходом от предоставления вспомогательных услуг, таких как реагирование на спрос сети. Пользователи очень чувствительны к окупаемости инвестиций, а степень рыночной ориентации высока. Стабильность доходов является ключевым ограничением для ее развития. Она в основном делится на две категории:
Промышленная и коммерческая СХЭ: в основном обслуживает заводы, торговые центры, промышленные парки и т. д. Ее преимущества включают разнообразные сценарии применения (например, сочетание с фотоэлектрическими системами и управление спросом), высокие показатели использования системы и четкий расчет срока окупаемости инвестиций за счет разницы в ценах на электроэнергию в пиковые и долинные периоды. Она быстро развивается в регионах с большой разницей в ценах на электроэнергию в пиковые и долинные периоды и высокими тарифами на электроэнергию для промышленности и бизнеса, таких как Чжэцзян, Цзянсу и Гуандун, став наиболее рыночно ориентированной и коммерчески четкой областью применения СХЭ. Кроме того, в некоторых отраслях, таких как центры обработки данных и базовые станции 5G, существуют чрезвычайно высокие требования к стабильности электроэнергии. Следовательно, их спрос на системы хранения энергии будет расти раньше всего.
Хранение энергии в домашних хозяйствах: Как правило, интегрируется с домашними фотоэлектрическими системами с целью достижения «самопотребления и хранения избыточной электроэнергии» для домашних нужд. Его ценность заключается в снижении расходов на электроэнергию в домашних хозяйствах, повышении уровня энергетической самодостаточности и повышении безопасности использования электроэнергии, а также в предоставлении таких преимуществ, как сглаживание колебаний нагрузки в электросети. Однако его развитие в Китае сталкивается со значительными препятствиями: тарифы на электроэнергию для домашних хозяйств в основном используют дифференцированный тариф, а не тарифы, зависящие от времени суток, отсутствуют вспомогательные механизмы тарификации электроэнергии в пиковые и низкие периоды, тарификация электроэнергии для хранения и политики компенсаций, что затрудняет снижение затрат. В то же время высокие первоначальные инвестиции (на оборудование, такое как солнечные панели, аккумуляторы для систем хранения энергии и инверторы) также снижают готовность обычных домашних хозяйств к установке таких систем.
В3: Как осуществляется хранение энергии?
В качестве ключевого средства для сбалансирования спроса и предложения электроэнергии и повышения устойчивости электросети технологии хранения энергии развиваются в различных формах. Насосная гидроаккумулирующая электростанция в настоящее время является наиболее зрелой, экономически оптимальной и наиболее подходящей для масштабного развития среди источников зеленой, низкоуглеродной, чистой и гибкой регулировки электроэнергии в электроэнергетических системах. Она использует избыточную электроэнергию для перекачки воды вверх по напорному трубопроводу и генерирует электроэнергию путем сброса воды во время нехватки электроэнергии. Технология является зрелой, но значительно ограничена географическими условиями.
С масштабным подключением возобновляемых источников энергии к электросети и резким ростом спроса на гибкость электроэнергетической системы новые типы хранения энергии, представленные электрохимическим хранением энергии, пережили взрывной рост. Среди них литий-ионные аккумуляторы для хранения энергии стали абсолютным основным направлением в текущем секторе новых типов хранения энергии благодаря своим преимуществам в виде высокой плотности энергии, быстрой скорости реагирования и гибкого развертывания.
Элемент аккумулятора является наименьшей энергетической единицей в литий-ионной системе хранения энергии, и его характеристики напрямую определяют эффективность, срок службы и безопасность всей системы. В настоящее время основной используемой материальной системой является литий-железо-фосфатный (LFP) материал, который идеально соответствует строгим требованиям к безопасности и экономичности в сценариях хранения энергии благодаря своей высокой термической стабильности, длительному сроку службы цикла и относительно низкой стоимости.
Согласно данным оценки SMM, в 2024 году мировые поставки аккумуляторных элементов для систем хранения энергии (ESS) достигли 334 ГВт⋅ч, а поставки аккумуляторных элементов для ESS с литий-железо-фосфатным (LFP) электролитом — 317 ГВт⋅ч. В 2025 году мировой спрос на системы хранения энергии продолжит расти. С точки зрения предложения, с учетом факторов безопасности и технологий, мировое производство и продажи аккумуляторных элементов для ESS по-прежнему доминируют в Китае. В настоящее время основными участниками рынка являются такие предприятия, как CATL, EVE, Hithium, BYD, REPT BATTERO и Gotion High-tech.
Аккумуляторные элементы большой емкости стали основным двигателем модернизации отрасли. В 2024 году масштабное внедрение аккумуляторных элементов емкостью 300 А⋅ч и более ознаменовало ускорение технологического развития. Среди них аккумуляторный элемент емкостью 314 А⋅ч, обладающий основными преимуществами в виде увеличения емкости на 12% (по сравнению с 280 А⋅ч) и прорыва в увеличении плотности энергии в одном шкафу до более чем 5 МВт⋅ч, успешно упростил процесс интеграции и снизил затраты на оборудование и рабочую силу, значительно повысив экономическую эффективность терминалов хранения энергии. К первому кварталу 2025 года доля аккумуляторных элементов емкостью 314 А⋅ч на мировом рынке превысила 65%, полностью заменив аккумуляторные элементы емкостью 280 А⋅ч и став абсолютным лидером на рынке.
Конкуренция за аккумуляторные элементы большей емкости обострилась, сформировав параллельную модель трех технологических путей:
Лагерь аккумуляторных элементов емкостью 392 А⋅ч, представленный CALB (ранее известной как China Aviation Lithium Battery) и REPT BATTERO, совместим с существующими производственными линиями для достижения быстрого массового производства, адаптируется к системам емкостью 6,25 МВт⋅ч и обеспечивает баланс между экономичностью и совместимостью;
Лагерь аккумуляторных элементов емкостью 500+ А⋅ч возглавляется CATL, его аккумуляторный элемент емкостью 587 А⋅ч отличается плотностью энергии 435 Вт⋅ч/л, сроком службы 25 лет и повышением термической стабильности на 20%. Он снижает системные затраты на 15% за счет сокращения количества деталей на 40%;
Лагерь аккумуляторных элементов емкостью 600+ А⋅ч представлен аккумуляторным элементом емкостью 684 А⋅ч с ламинированной структурой от Sungrow (системная интеграция), который в сочетании с инновационной технологией теплового управления решает проблемы безопасности, связанные с высокой плотностью энергии.
Хотя увеличение емкости аккумуляторных элементов снижает сложность подключения и затраты на землю, оно также выявляет такие проблемы, как трудности с теплоотводом, повышение дефектовности производства и проблемы совместимости систем. Ведущие предприятия преодолевают ограничения безопасности за счет инноваций в материалах и конструкциях. В будущем фокус конкуренции сместится с одного параметра емкости на ценность полного жизненного цикла: безопасность стала фундаментальным консенсусом, при этом твердотельные электролиты, интеллектуальный мониторинг и противопожарные конструкции формируют многоуровневую систему защиты; экономичность требует сбалансированного увеличения емкости с уровнем стандартизированной стоимости хранения (LCOS). Технологии с низкой зависимостью от ресурсов, такие как натриевые ионные аккумуляторы и LMFP (литий-марганец-железо-фосфат), ускоряют индустриализацию для поддержки спроса на долгосрочное хранение энергии (LDES).
Отдел исследований новой энергетики SMM
Ван Цун 021-51666838
Ма Жуй 021-51595780
Фэн Дишэн 021-51666714
Лю Яньлинь 021-20707875
Чжоу Чжичэн 021-51666711
Чжан Хаохань 021-51666752
Ван Цзихань 021-51666914
Ван Цзе 021-51595902
Сюй Ян 021-51666760
Чэнь Болинь 021-51666836
Ян Лэ 021-51595898
Ли Иша 021-51666730
