作者 | 渡越资本合伙人蔡云丰
储能是将较难存储的能源形势转换成技术上较容易且成本低廉的形式储存起来，根据能量存储形式的不同，广义储能可分为电储能、热储能和氢储能三类。电储能作为最主要的储能方式，按储存原理不同又可分为电化学储能和机械储能，其中电化学储能包括各种各样二次电池储能如锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池等。具体储能分类及形式参见下图:
目前机械储能技术如压缩空气储能、抽水储能等技术的主要优点在于规模大、使用寿命长、维护费用低等，缺点是工程建设成本高、转换效率低、及依赖特定的地理条件。储能技术的发展能有效提升电网接纳清洁能源的能力，解决大规模清洁能源接入带来的电网安全问题。大力发展储能技术以及将储能技术应用于电网、发电及用户侧对于保障电力系统稳定、增强电网稳定性、促进能源低碳转型具有重要意义。
截至2020年底，全球已投运储能项目累计装机规模191.1GW，同比增长5.1%，其中抽水储能的累计装机规模占比最高，而电化学储能累计装机规模达14.25GW， 同比增速达49.7%。2020年全球新增投运电化学储能项目达4.7GW，我国的新增投运电化学储能项目也呈现了爆发式增长，首次达到1.56GW，累计装机3.27GW，单年新增首次突破GW大关。
电化学储能相较于其他储能模式存在众多优势，随着各类电化学储能技术及成本的不断下降，正在大规模商业化发展中，是未来储能装机增长的核心推动力。预计我国电化学储能累计装机将由2020年3.26GW增长至2025年的41.34GW，5年CAGR达66.2%。
电化学储能中，由于铅蓄电池技术较为成熟，价格低廉，成为过去主流技术并广泛应用于后备电源，但因循环寿命短、能量密度低、污染等问题使用逐渐减少。锂离子电池(磷酸铁锂)是目前电化学储能的发展趋势，在循环寿命、安全性、成本方面具有优势。在二次电池中，虽然锂离子电池性能好，技术相对成熟，但锂资源储量有限，目前约70%锂资源分布在南美洲， 我国约80%锂资源依赖进口，在此背景下，开发新型长寿命储能器件具备迫切性及战略意义。由于钠在地壳中储量丰富且分布广泛，钠具有和锂相似的物理化学性质和储存机制，因此发展针对于大规模储能应用的室温钠离子电池技术具有重要的战略意义。
市场对于钠离子电池的探索和锂离子几乎同时起步， 而直到2011年全球首家钠离子电池公司Faradion的成立才标志钠离子电池开始进入商业化阶段。在我国，中国工程院院士陈立泉带领的中科院物理所电池团队，从2010年就开始进行钠离子电池的研究；中科院物理所也孵化了中科海钠，一家专注做钠离子电池研发生产的企业。2021年7月，宁德时代通过线上发布会发布了第一代钠离子电池，并通过锂钠混搭电池包的方式，应用在新能源汽车上。虽然当前钠离子电池仍然面临如能量密度低、循环寿命短等劣势，随着对钠离子电池的持续探索，未来钠离子电池有望凭借其优势在低速交通工具、家庭储能等场景实现更高性价比。
3.电化学储能：产业概况
电化学储能产业链上游包括电池材料、电子元器件供应商等；中游主要为电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）、能量管理系统（EMS）及其他配件供应商等；中游企业将上游提供的材料、电解液、隔膜等原材料整合成电池组和各系统并集成储能系统，并应用于下游的电力储能系统、基站备用电源等应用场景。
储能系统成本主要由电池和PCS构成，两者合计构成电化学储能系统成本80%，EMS构成10%， BMS约5%，其中电池组是储能系统的核心，负责电能的存储；BMS作为系统的感知核心，主要负责电池的检测、评估和保护以及均衡。EMS是系统的控制核心，主要负责数据采集、网络监控、能量调度；PCS作为决策核心，主要负责控制充放电过程，进行直流交流的变化。
储能电池BMS核心作用是维持电池组的安全、稳定、高效、和经济运行，由电池管理单元、传感器、线束等组成，通常内部为三级网络架构，每电池箱由1个电池管理单元（BMU）管理多串电池，BMU负责对电池进行单体电压、温度采集等功能。储能BMS的核心壁垒在于芯片和算法， BMS芯片主要负责锂电池做电压温度检测，做短路/断路的保护措施；对电流实行实时检测，与控制端之间做实时的通讯等等。目前多数BMS方案多数来自TI、NXP等芯片公司(即芯片方案)，我国面临缺少芯片，没有算法，技术受制于人的局面。其中电池状态算法、云端大数据结合以及AI算法逐渐成为主流。与汽车BMS不同，储能BMS有较多定制化的特殊需求，相比汽车BMS，储能BMS系统较为庞大且复杂、充放电深度更深，寿命周期也更长。
PCS决定输出电能的质量和特征，从很大程度上影响电池的寿命。按照PCS的功率等级，可将储能变流器分为小功率户用型、中功率工商业型、大功率集中式、及超大功率储能电站PCS。早期的PCS功率较小，大多数采用隔离型设计，输出交流波形不完美，且大多只具备离网功能，配合铅酸电池使用，通常仅作为应急电源使用。随着变流技术和储能技术发展，储能变流器功率逐渐增大，具有并网和离网以及两者结合的多种模式，控制电能具备双向流动的能力，使储能系统应用的灵活性大为提高。另外随着电动汽车行业的发展，具备光储充一体功能的储能变流器应用逐渐增多。变流器技术发展的成熟，从单一的离网备用电源，到光储一体并/离网变流器，再到光储充一体，使得储能系统在更多领域发挥作用，促进了新能源产业的进一步发展。
完整的EMS包括了控制系统、通信系统、数据库系统和人机交互系统， EMS作为储能系统决策中枢的“大脑”，可以实现数据采集及分析、网络监控、能量调度等功能，从而完成对分布式电源、储能系统、光伏系统、风电系统、集电系统、负荷系统等系统的智能化能量管理，实现资源与需求的匹配。从微电网EMS的控制结构来看，一般可以分为集中式控制结构和分散式控制结构。集中式控制结构由中央控制器计算后发出指令，局部控制器执行指令，这种控制结构成本较低、技术较成熟，目前被广泛应用。因EMS需要与电网密切配合，EMS厂商需要对电网运行特点有深入了解，目前国内几乎没有专门从事EMS生产的厂商，行业参与者主要是国网系公司及电力装备提供商如国电南瑞、中天科技、中恒电气、许继电气、易事特、华自科技等。从上市公司公布年报来看，仅许继电气作为独立业务披露收入情况，2020年许继电气“EMS加工服务及其他”产品营业收入约4.04亿元，同比增长82.6%。
储能系统集成商按照用户需求选择合适的储能技术和产品，将各个单元组合起来，为用户、工商业、发电侧、电网侧各类场景打造“一站式”解决方案，使储能电站的整体性能达到最优。目前我国主要的集成厂商可分为光伏、电池及电力三大势力。以阳光电源、华为、上能为代表的光伏企业在光伏领域积累了丰富客户和渠道资源，获得了在储能系统集成领域的优势。 以宁德时代、比亚迪、蜂巢为代表的电池企业掌握着储能系统降本的核心，其布局储能系统有利于进一步优化收入结果以及提升企业毛利率水平。如宁德时代2020年才显示，全年储能系统销售收入为19.43亿元，同比增长218.5%， 36%的储能系统毛利率也高于其26.5%动力电池系统毛利率。 第三方势力是以南瑞、中天、许继为代表的电力企业，这些企业长期与电网合作，更懂得电网运行特性，在储能系统集成也拥有自身的天然优势。
当前全球能源系统正从传统发电转变为以再生能源为主的能源结构，发展储能是解决电力能源供需匹配问题的关键。电化学储能将成为未来增长扩容最快的类别。以储能电池和变流器为代表的中游核心部件制造环节以及新型储能技术如钠离子电池和钒电池的发展是值得资本市场和投资人重点关注的领域。
附: 储能相关创业企业融资信息
