预见2023:《2023年中国储能产业技术全景图谱》(附科研创新成果、技术发展痛点和趋势方向等)

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20 刘帅 • 2022-09-15 10:00:36  来源:前瞻产业研究院 E9292G0

行业主要上市公司:宁德时代(002074);派能科技(688063);国轩高科(002074);比亚迪(002594);亿纬锂能(300014);星云股份(300648);均胜电子(600699);科列技术(832432);国电南瑞(600406);华自科技(300490);金风科技(002202);阳光电源(300274);盛弘股份(300693);科华恒盛(002335);科士达(002518)、固德威(688390);阳光电源(300274);科陆电子(002121);南都电源(300068);德赛电池(000049);赣锋锂业(002460)等

本文核心数据:储能板块上市公司研发费用;储能相关论文发表数量

全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“energy storage”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

储能产业技术概况

1、储能的界定及分类

(1)储能的界定

从广义上讲,储能即能量存储,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。

从狭义上讲,储能特指针对电能的存储,即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。

图表1:储能定义辨析

(2)储能的分类

根据不同储能技术储存介质的不同,储能主要分为机械储能、电化学储能、热储能、化学储能、电磁储能等。利用这些储能技术,电能以机械能、化学能、热能等形式存储下来,并适时反馈回电力网络。

图表2:储能技术的分类

2、技术全景图:五大细分技术路线

储能分为机械储能、电磁储能、电化学类储能、热储能以及化学储能五大类技术路线。

图表3:储能产业技术全景图

储能产业技术发展历程:始于20世纪60年代

从我国储能产业技术发展历程始于20世纪60年代,我国开始抽水蓄能电站研究,并建立第一座混合式抽水蓄能电站-岗南水电站;到20世纪90年代,抽水蓄能电站建设迎来高潮;至21世纪初期,国内开始其他储能技术的研究,包含压缩空气储能、电化学储能等,并于2010年之后加快了压缩空气、全钒液流电池等储能技术的落地,加快推动储能技术的多元化发展。

图表4:储能产业技术发展历程

储能产业技术政策背景:政策加持技术水平提升

近些年来,我国提出了一系列储能产业技术发展相关政策,加速了储能产业链的发展,同时对储能关键技术做出了标准规范,使得储能技术水平稳步提升。

图表5:中国储能产业技术重点政策汇总

储能产业技术发展现状

1、储能产业技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目,2018-2021年我国储能产业技术相关国家重点研发计划项目共计27项,其中2021年就有22项。

图表6:2018-2021年中国储能产业技术相关国家重点研发计划项目数量(单位:项)

注:2019年未公布储能产业技术相关国家重点研发计划项目。

(2)A股上市企业研发费用

储能行业经过多年发展,储能项目广泛应用,行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看,2017-2021年,我国储能板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,储能板块上市公司研发总费用约228.45亿元。

图表7:2017-2022年A股市场储能板块上市公司研发费用(单位:亿元)

2、储能产业技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从储能相关论文发表数量来看,2010年至今我国储能相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见储能科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有90294篇储能相关论文发表。

图表8:2010-2023年中国储能相关论文发表数量情况(单位:篇)

注:统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解储能技术领域内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词,其中,储能系统、储能电池等关键词涉及的专利数量较多,说明储能领域近期的研发和创新重点集中于储能系统、储能电池等领域。

图表9:中国储能产业技术创新词云

(3)专利聚焦领域

从储能产业技术专利聚焦的领域看,目前储能产业技术专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于储能系统、储能电池等。

图表10:中国储能产业技术专利领域地图

主要储能产业技术对比分析

从储能技术成熟度看,目前机械储能市场技术成熟度较高,电化学储能技术(储能电池中)锂离子电池、铅酸电池均步入成熟阶段;液流电池仍处在研发示范阶段;钠硫电池处于部署阶段之中。

图表11:主要储能技术发展阶段对比

其中,成熟度较高的主要储能技术优缺点及应用领域如下:

图表12:主要储能技术优缺点及应用领域

储能技术发展痛点及突破

1、储能技术发展痛点

(1)成本较高

成本问题是目前储能技术面临的挑战之一。以锂离子电池为例,尽管随着锂离子电池技术的快速提升和电池规模化生产能力的提高,锂离子电池的成本有所下降;但相比其他储能方式,锂离子电池的成本仍然处于较高水平。对比抽水蓄能和磷酸铁锂电池的全生命周期度电成本来看,锂离子电池的成本远远高于抽水蓄能,约为抽水蓄能度电成本的1.7倍。

图表13:抽水蓄能和锂离子电池度电成本对比(单位:元/kWh)

(2)安全问题

安全问题是储能发展需要解决的重点。近年来,国内外多次发生储能电站安全事故,其中多数为锂电池储能。据不完全统计,2021年全球发生9起储能安全事故,其中“4·16”北京大红门储能电站起火爆炸事故便是由于锂电池内部短路引起。

图表14:典型储能安全事故及成因

(3)地理环境限制

地理环境的限制也是储能技术发展的一大挑战,例如抽水储能和压缩空气储能。以抽水蓄能电站的建设为例,首先要充分考虑当地的地质条件和自然条件,例如多为砾岩、砂岩等地下岩石,而且为无地震、台风、洪水、干旱等隐患灾害。其次,抽水蓄能电站的建设对上、下水库的高度差和水平距离也有所要求。

2、储能技术发展突破

(1)液流电池有望解决安全问题

液流电池具有安全性高、寿命长、规模大等优势,有望解决锂离子电池的安全隐患问题。

图表15:液流电池的优势

(2)模块化储能技术突破地理限制

目前很多科研人员以及公司都在研究如何让储能技术突破地理上的限制,模块化部署是可以突破例如热岩储能技术、铁空气电池技术、液态空气储能技术等,都已实现了模块化部署,这种模块化的部署能为长时储能带来诸多好处。

图表16:模块化储能技术

储能技术发展方向及趋势:技术路线多元化

《“十四五”新型储能发展实施方案》指出要推动多元化技术开发,开展不同技术路线分类试点示范。其中,对锂离子电池要求往高安全、低成本、长寿命的方向发展,另外也提出重点发展液流电池、金属空气电池、热储能等长时储能技术。

图表17:储能技术发展方向及趋势

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《锂电池行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》,同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究、政策研究、产业链咨询、产业图谱、产业规划、园区规划、产业招商引资、IPO募投可研、IPO业务与技术撰写、IPO工作底稿咨询等解决方案。

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