新型儲能投資機會漫談及獨立儲能電站收益分析“碳中和”的儲能定位“碳中和”大背景為實現雙碳目標，未來新增電源將以風電、光伏等新能源為主，預計2030年前后，新能源發電裝機將達到16-17億千瓦，屆時將取代煤電成為我國裝機規模最大的電源；預計2050年前，新能源裝機規模將超過40億千瓦，發電量占比接近50%。新能源,26%2020年21.6億千瓦新能源,48%2030年40億千瓦新能源,69%2050年62億千瓦新能源,78%2060年69億千瓦新能源,9%2020年7.6萬億千瓦時新能源,29%2030年11.5萬億千瓦時新能源,49%2050年15.6萬億千瓦時新能源,59%2060年16萬億千瓦時裝機結構發電量結構儲能必要性—時間隨著新能源比重提高、常規火電機組比重下降，系統整體轉動慣量降低，新型電力電子設備應用比例大幅提升，極大地改變了傳統電力系統的運行規律和特性，電力系統安全穩定運行挑戰日益嚴峻。英國大停電：2019年8月9日，天然氣發電廠故障后引發電網頻率波動，造成海上風電連鎖脫網事故，引發嚴重頻率問題，導致英格蘭及威爾士發生了大面積停電。儲能必要性—空間未來新能源+儲能應用場景將更加廣泛，包括利用“風光水火儲”一體化模式支撐高比例新能源基地外送、建設系統友好型新能源電站、構建分布式供能系統促進分布式新能源就近消納等，新能源的開發與儲能結合將越來越緊密。系統友好型新能源電站省級電網調度中心電站智慧聯合調控中心風光儲單元支撐高比例新能源基地外送儲能技術路線概述氫儲能物理 電化學儲能 儲能抽水蓄能 鋰離子電池壓縮空氣儲能 碳鉛電池飛輪儲能 液流電池鈉流電池電磁儲能超級電容超導儲能相變儲能熔融鹽儲熱高溫相變儲熱物理儲能技術成熟成本最低使用規模最大建設周期短調節靈活運行效率高技術路線多元應用范圍廣電化學儲能儲能技術現狀電化學儲能具有布置靈活、快速響應、功率和能量密度高等特點；鋰電池系統循環壽命約8000次，度電使用成本0.5-0.6元。壓縮空氣儲能屬于一種新興的儲能形式，在國內尚無大面積推廣；西北院負責的魯能青海格爾木壓縮空氣儲能項目，含稅上網電價為700元/MWh；未來總體造價將下降10～20%，下降空間有限；儲熱技術主要有熔融鹽儲熱技術和高溫相變儲熱技術；熔融鹽儲熱技術的主要優點是規模大；高溫相變儲熱技術具有能量密度高、系統體積小、儲熱和釋熱溫度基本恒定、成本低、壽命長等優點。氫儲能適用于大規模儲能和長周期能量調節；是實現電、氣、交通等多類型能源互聯的關鍵；在國內，氫儲能技術目前還處于示范應用階段。目前技術最成熟、應用最廣泛的能量型儲能技術；具有規模大、壽命長、運行費用低等優點；建設周期較長，需要適宜的地理資源條件；度電使用成本0.1元左右，度電成本最低抽水蓄能未來需求與布局非化石能源消費比重：約16%我國全社會用電量：7.5萬億千瓦時抽蓄裝機：3179萬千瓦新型儲能裝機：約340萬千瓦2020非化石能源消費比重：需達到20%以上我國全社會用電量：

預計將達到9.5～9.8萬億千瓦時抽蓄裝機：6200萬千瓦新型儲能裝機：3000～5000萬千瓦2025非化石能源消費比重：需達到25%以上我國全社會用電量：將超過11萬億千瓦時抽蓄裝機：1.2億千瓦新型儲能裝機：1.5億千瓦2030“十四五”期間，在西部新能源富集地區，布局電源側新型儲能，重點布局在內蒙古、新疆、青海、甘肅、四川、云南等區域；在中東部負荷中心地區，以源網荷儲模式布局一批電網側和用戶側新型儲能，重點布局在京津冀、長三角、粵港澳大灣區等區域；在西藏、青海等地區結合分布式新能源將布局一批新型儲能，重點解決獨立供電問題。今后，儲能將作為獨立市場主體參與輔助服務市場，探索建設共享儲能。儲能布局預測抽水蓄能10“十二五”、“十三五”期間中國抽蓄的主要政策新疆西藏青 海甘

肅內

蒙古四 川云 南廣

西廣東湖南江西湖

北河陜西山西河北山安徽福建浙江江蘇黑龍江吉

林遼

寧臺灣北京天津重慶上海寧夏貴州荒溝蓄能（120）單位：萬千瓦敦化蓄能（140）蛟河蓄能（120）清原蓄能（180）芝瑞蓄能（120）豐寧二期（180）撫寧蓄能（120）易縣蓄能（120）文登蓄能（180）沂蒙蓄能（0）12

濰坊蓄能（120）鎮安蓄能（140）阜康蓄能（120）哈密天山蓄能（120）南陽天東池蓄能（120南

）洛寧抽蓄（140）五岳抽蓄（100））句容抽蓄（135）平江蓄能（140）長龍山抽蓄（210）績溪抽蓄（49寧海抽蓄（140）縉云抽蓄（90）衢江抽蓄（30）磐安抽蓄（30）績溪抽蓄（99）金寨抽蓄（120）廈門蓄能（140）永泰蓄能（120）周寧蓄能（120）能（120）梅州蓄能（陽江蓄

120）中長期重點實施及儲備項目分布“十四五”儲能發展規模及布局抽水蓄能發展布局

目前，在建抽水蓄能電站總規模5500萬千瓦，約60%分布在華東和華北。中長期，一方面將服務新能源大規模發展和電力外送需要，加大在“三北”地區抽水蓄能布局；另一方面，結合負荷中心調峰及系統安全穩定運行需求，中東部重點在河北、山東、浙江、安徽、河南、

湖南、湖北、廣東和廣西等地區布局一批抽水蓄能項目。海南“十四五”新增投產抽水蓄能布局5800960015400865063401140010800華北東北西北西南華東華中南方“十四五”儲能發展規模及布局北京密云小型抽水蓄能電站黃河上游龍羊峽電站梯級電站儲能梯級電站儲能：采用“常規水電+梯級儲能泵站+新能源”三位一體的開發模式，圍繞水電站建設能源調節樞紐，提高靈活調節能力。中小型抽水蓄能：一般指水庫總庫容1億立方米以下且裝機容量30萬千瓦以下的抽水蓄能電站抽水蓄能技術路線

推動700米及以上水頭和單機容量40萬千瓦級抽水蓄能機組實現國產自主化。因地制宜發展中小型抽水蓄能，開展小微型抽水蓄能技術與分布式發電結合研究。探索推進梯級水電站儲能，依托常規水電站增建混合式抽水蓄能，推進示范項目建設并適時推廣。壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能技術介紹壓縮空氣儲能（CAES）壓縮空氣儲能系統是基于燃氣輪機技術發展起來的一種能量存儲系統。燃氣輪機系統CAES系統壓縮空氣儲能技術介紹非補燃式四級先進絕熱CAES系統太陽能補熱式CAES系統壓縮空氣儲能技術介紹德國漢特福商業化壓縮空氣儲能電站世界第一座壓縮空氣儲能電站，1978年投入商業運行，，目前仍在運行中。機組的壓縮機功率60MW，釋能輸出功率為290MW，系統將壓縮空氣存儲在地下600m的廢棄礦洞中，礦洞總容積達31萬m3，壓縮空氣的壓力最高可達10MPa。機組可連續充氣8h，連續發電2h。冷態啟動至滿負荷約需6min，在25%負荷時的熱耗比滿負荷高211kJ，其排放量僅是同容量燃氣輪機機組的1/3，但燃燒廢氣直接排入大氣。該電站在1979-1991年期間共啟動并網5000多次，平均啟動可靠性97.6%，平均可用率86.3%，容量系數平均為33.0%～46.9%。壓縮空氣儲能技術介紹美國阿拉巴馬商業化壓縮空氣儲能電站美國Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲能電站，世界第二座壓縮空氣儲能電站，1991年投入商業運行。其儲氣洞穴在地下450m，總容積為56萬m3，壓縮空氣儲氣壓力為7.5MPa。該儲能電站壓縮機組功率為50MW，發電功率為110MW，可以實現連續41h空氣壓縮和26h發電，機組從啟動到滿負荷約需9min。該機組增加了回熱器用以吸收余熱，以提高系統效率。該電站由Alabama州電力公司的能源控制中心進行遠距離自動控制。1992年儲能耗電46745MWh，凈發電量39255MWh。飛輪儲能飛輪儲能的基本構成與工作原理充電原理：電機工作在電動機狀態，外部電能輸入，驅動飛輪高速旋轉,

電能轉換為動能儲存ACDC電動機電能

動能飛輪動能的主要存儲載體軸承系統起支撐和保護的作用功率變換器實現直流和交流的雙向轉換變頻驅動飛輪儲能的基本構成與工作原理放電原理：電機工作在發電機狀態，利用飛輪高速旋轉的慣性帶動轉子旋轉，通過發電機將飛輪存儲的動能轉換成電能輸出ACDC發電機動能

電能飛輪動能的主要存儲載體軸承系統起支撐和保護的作用功率變換器實現直流和交流的雙向轉換變頻驅動飛輪儲能技術及發展史飛輪儲能公式： ，儲能量與飛輪的質量成正比，與角速度（轉速）的平方成正比第一代低速飛輪（3000轉/分鐘左右），同軸方式運行，體積大，損耗大第二代機械軸承/磁力卸載機械軸承中速飛輪（10000轉/分鐘左右）、損耗大，軸承使用壽命短第三代全磁懸浮高速飛輪（30000轉/分鐘左右），能量密度高，損耗小，使用壽命長磁懸浮軸承五軸主動控制電機定子電動機/發電機雙模電機轉子永磁材料飛輪腔體內部真空環境飛輪本體動能的主要存儲載體飛輪儲能的主要技術對比軸承技術：機械軸承

VS

磁軸承

VS

磁懸浮軸承飛輪材料技術：合金材料

VS

復合材料應用技術：功率型飛輪

VS

能量型飛輪飛輪儲能產品風電一次調頻應用案例國家電網公司《規模化風電機組調頻性能關鍵技術研究與應用項目》科技項目部署地點：國家能源集團山西龍源風力發電有限公司右玉老千山風電場全國首個完成35KV并網試驗的兆瓦級飛輪儲能系統全國首個飛輪+鋰電池混合儲能示范項目重力儲能新型抽水儲能新型抽水儲能是傳統抽水蓄能的變種，雖然同樣需要水來形成液位差，通過水泵/水輪機來實現充放電，但是不需要修建上下兩個水庫，占地面積大大減少。目前研究可分為海水抽水蓄能、海下儲能系統和活塞水泵系統。基于構筑物高度差的重力儲能固體重物可以利用構筑物高度差來進行重力儲能。目前的研究主要有儲能塔、支撐架、承重墻等結構。基于山體落差的重力儲能可以利用山體落差和固體重物的提升來進行重力儲能，相比人工構筑物結構更加穩定，承重能力更強。目前的研究主要有

ARES

軌道機車結構、MGES

纜車結構、絞盤機結構、直線電機結構和傳送鏈結構等。基于地下豎井的重力儲能蘇格蘭

Gravitricity公司提出了一種使用廢棄鉆井平臺，利用絞盤吊鉆機進行儲能的機構。葛洲壩中科儲能技術公司

2018年提出了利用廢棄礦井和纜繩提升重物的方案，解決了廢棄礦井長時間不使用的風險和浪費問題，也降低了重力儲能系統的建設成本。綜合儲能系統：重力勢能儲能還可與其他儲能系統結合形成一種綜合式的儲能系統重力儲能國內外研究現狀根據重力儲能的儲能介質和落差實現路徑的不同，本文將重力儲能分為以下四類：新型抽水儲能、基于構筑物高度差的重力儲能、基于山體落差的重力儲能和基于地下豎井的重力儲能。重力儲能國內外研究現狀多種新型重力勢能儲能技術對比液流電池儲能全釩液流電池原理圖廠房布置受用地限制，結合儲能電站的容量。車間采用多層布置:一層布置電解液罐，二層布置電池電堆，頂層設備平臺布置了預制艙式的PCS220kV配電裝置及主變壓器布置在一層廠房內主要設備的布置電解液儲罐預制艙式PCS安全防護防火釩液流電站的火災風險變壓器火災電線電纜火災DC模塊及PCS等功率元件火災電池本身火災風險極低防爆釩液流電站的爆炸風險電池在充電過程中會產生少量氫氣。措施對氫氣進行組織排放。設置氫氣探測器，實時檢測氫氣濃度異常。對儲能車間進行爆炸危險區域劃分對處于爆炸危險區內的設備選擇防爆型。釩液流電池儲能電站的設計關注點環境影響電解液污染電解液污染風險電解液為弱酸性溶液儲罐破裂風險廠房滲漏風險防護措施電解液的廢液收集電解液溢出的多級防護電解液池的防滲地下水監測噪聲污染噪聲源電解液泵變壓器噪聲斷路器噪聲防護措施噪聲分析車間隔音設備隔音釩液流電池儲能電站的設計關注點鈉離子電池儲能20世紀70年代初在歐洲開啟研究1991年在日本實現商業化2019年諾貝爾獎給予鋰電池極高肯定截止2020年底，全球電化學規模儲能示范項目，鋰電池占比高達92%鈉離子電池發展現狀鋰電池發展歷程：鈉離子電池發展：2010年以來，鈉離子電池受到了廣泛關注2018年6月，國內首家鈉離子電池企業中科海鈉推出了全球首輛鈉離子電池(72V，80Ah)驅動的低速電動車，2019年3月發布了世界首座30kW/100kWh鈉離子電池儲能電站2021年6月推出1MWh的鈉離子電池儲能系統。實驗室 實用化有機鈉離子電池鈉離子質量和半徑較大，使鈉離子電池的質量和體積能量密度不如鋰離子電池。鈉離子較大的半徑還會引起電極材

料在離子輸運、體相結構演變、界面性質等方面的差異。因此，為了發揮鈉離子電池自身的特性和優勢，必須研究不同于鋰離子電池的新的材料體系。制作鈉離子電池電極片時，在鋁箔集流體兩面

分別涂覆正極材料和負極材料，并對極片進行周期性疊片，還可以制作成雙極性電池，由此在單體電池中實現高電壓，可以節約大量其它非活性材料，進一

步提高電池的能量密度。由于鈉離子電池與鋰離子

電池具有相似結構，因此在規模化生產中可以借鑒

鋰離子電池的生產檢測設

備、工藝技術、制造方法等，加快鈉離子電池的產業化速度。鈉離子電池在

其它性能方面，如高低溫性能、安全性能等是否存在特點及獨特優勢，仍需要進一步研究。214365能量轉換效率高成本低廉資源豐富安全性高循環壽命長維護費用低有機鈉離子電池鈉離子電池的諸多優勢能夠滿足新能源電池領域高性價比和高安全性等的應用要求1

系統概況2

系統接入方式本項目在中國科學院A類戰略性先導科技專項

“大規模儲能關鍵技術與應用示范項目”的支持下，

2021年6月28日，中科海鈉聯合華陽集團在山西

太原綜改區聯合推出了全球首套1

MWh鈉離子電池儲能系統(圖

6)，并成功投入運行。該系統以鈉

離子電池為儲能主體，結合市電、光伏和充電設施

形成微網系統，可根據需求與公共電網智能互動。本項目儲能系統為

1

MWh

低壓直掛系統，經

用戶0.4

kV母線并入配電線路，可供廠區生產、生活用電及充電樁供電等。系統為倉儲式集裝箱儲能

系統，采用分倉設計，分電氣倉及電池倉，電氣倉

內集成儲能變流器、配電柜、控制柜、消防主機和

EMS

能量管理系統，其中儲能逆變器采用雙級拓

撲模塊化PCS，16個30kW模塊，分為兩個機柜，

每個機柜

8個模塊，共組成480

kW

儲能變流器；

電池倉由16個電池簇組成，每個電池簇由8個電池

插箱和1個高壓箱組成，總配置容量1.1MWh。本項目儲能系統通過一路出線接入0.4

kV電壓

母線，系統整體架構如上圖所示。1MWh 鈉離子電池儲能系統示范案例1

MWh鈉離子電池儲能系統示范案例系統整體架構3

儲能單元拓撲4

運行情況簡述雙級拓撲模塊化PCS，16個30kW模塊分為兩個機柜，每個機柜8個模塊，共組成480kW儲能變流器，可以實現電池簇單簇管理和交流并聯，避免電池簇直流側環流引起的風險，同時提升系統容量發揮。儲能系統配置就地監控系統，負責對整個儲能系統進行能量管理和監測控制，并負責與廠區微網管理系統通信，實現數據傳輸和能量管理。本項目自2021年6月28日投運以來，執行削峰填谷策略，每日一充一放，充放電深度100%DOD，運行穩定。運行期間按照GB/T36548-2018《電化學儲能系統接入電網測試