哪種儲能方式會最終勝出

孫小兵

2022年7月17日

（以下內(nèi)容摘自作者《關(guān)于抽水蓄能投資的14個問答》）

　　“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略提出后，我們對涉及的38個問題進行了研究，綜合考慮技術(shù)迭代、系統(tǒng)成本、市場需求、資源稟賦等情況，我國要實現(xiàn)碳達峰、碳中和，“能源是主戰(zhàn)場、電力是主陣地、風光電是主力軍、新型電力系統(tǒng)是主方向”。風電、光伏發(fā)電屬于隨機波動電源，要適應(yīng)大規(guī)模高比例發(fā)展，必須構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)涉及多個方面，其中有兩個主要抓手，一是加大靈活調(diào)節(jié)電源建設(shè)；二是加大數(shù)字化、智能化建設(shè)。在靈活調(diào)節(jié)電源建設(shè)方面，儲能是關(guān)鍵措施之一。

　　在眾多儲能方式中，哪種儲能方式會最終勝出呢？

　　對行業(yè)的中短期預測是高風險的，但是，可以基于技術(shù)迭代、產(chǎn)業(yè)演進、邏輯推斷做長期預測。目前，抽水蓄能、壓縮空氣儲能、鋰離子（含鈉離子）電池儲能是最具規(guī)模化應(yīng)用前景的三種儲能方式。從鋰離子（含鈉離子）電池儲能的技術(shù)迭代來看，其存在很大概率于2030年之前，在經(jīng)濟性、安全性、適用性、靈活性等方面全面超過抽水蓄能和壓縮空氣儲能。

　　主要基于以下判斷：

　　一、鋰離子（含鈉離子）電池儲能的適用性和靈活性高于壓縮空氣儲能，更高于抽水蓄能。

　　二、從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，鋰離子（含鈉離子）電池儲能的安全性不存在無法突破的障礙，特別是鈉離子電池儲能，本身不存在安全性問題。

　　三、到2030年，全球電動汽車及儲能行業(yè)對鋰離子（含鈉離子）電池的需求量約為34.5億千瓦時/年（參考高盛預估值），其中，儲能電池的需求量約為3.0億千瓦時/年。即，到2030年，動力電池的需求量為儲能電池需求量的9倍以上，如此大的動力電池消費市場，足以支撐鋰離子（含鈉離子）電池的快速迭代。過去10年，受電動汽車需求推動，鋰離子電池的技術(shù)迭代很快，降本效果明顯。2010-2020年，全球鋰離子電池組平均成本由1100美元/千瓦時，下降至137美元/千瓦時，下降了87.5%。

　　四、長期來看，鋰離子（含鈉離子）電池儲能的單位成本呈下降趨勢，抽水蓄能的單位成本呈上升趨勢，兩者總會存在交叉點。這個交叉點出現(xiàn)的時間，我的看法是在“十五五”中后期。

　　五、鋰離子（含鈉離子）電池儲能的系統(tǒng)成本（不含升壓站及送出線路）在“十五五”期間有望降至900元/千瓦時以內(nèi)（電芯價格降至0.35元/瓦時）。鋰價變動受多方因素影響，很難給出中短期的準確判斷；長期來看，我大體認同高盛在2022年5月對鋰的研究報告（https://xueqiu.com/6498120968/221472724）。儲能電池對體積能量密度和質(zhì)量能量密度的要求不高，下一步，鈉離子電池作為儲能電池的優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)，市場需求會推動供應(yīng)鏈形成，進而促進全產(chǎn)業(yè)鏈降本增效?！笆逦濉逼陂g，鈉離子電池儲能的系統(tǒng)成本（不含升壓站及送出線路）有望降至750元/千瓦時以內(nèi)（電芯價格降至0.20元/瓦時）。

　　六、根據(jù)美國地質(zhì)勘探局（USGS）數(shù)據(jù)，過去5年（2016-2021年），隨著勘探投入增加，全球金屬鋰的探明資源量從5300萬噸增長至8900萬噸，而生產(chǎn)量僅從3.8萬噸增長至10.0萬噸。加之回收量逐年增加，鋰資源是充足的。金屬鋰及其化合物的價格中短期受供需及金融衍生品市場影響，長期仍主要由成本決定。

　　七、按照以下條件對抽水蓄能和鋰離子（含鈉離子）電池儲能進行成本對比：

　　1. 抽水蓄能等效抽水小時數(shù)1000小時/年，折舊年限40年；鋰離子（含鈉離子）電池等效充電小時數(shù)1000小時/年，電芯折舊年限12.5年，其他主要設(shè)備及構(gòu)筑物折舊年限25年?！笆逦濉逼陂g，鋰離子（含鈉離子）循環(huán)壽命達到12500小時。

　　2. 按參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場考慮，峰谷電價差按0.7元/千瓦時計算。

　　3. 除折舊、抽發(fā)（充放電）成本外，兩類儲能的其他單位成本（財務(wù)成本、運維成本等）按相同考慮。

　　4. 抽水蓄能單位總投資按6000元/千瓦（10小時）、單位投資按600元/千瓦時考慮。鋰離子（含鈉離子）電池儲能單位投資按1200元/千瓦時考慮。

　　5. 抽水蓄能抽發(fā)效率按75%考慮；鋰離子（含鈉離子）電池儲能充放電效率按90%考慮。

　　按照上述條件，1000千瓦時儲能能量每年的折舊、抽發(fā)（充放電）成本為：抽水蓄能，折舊成本15元、抽發(fā)成本175元，合計190元；鋰離子（含鈉離子）電池儲能，折舊成本60元、充放電成本70元，合計130元。抽水蓄能的單位千瓦時綜合成本比鋰離子（含鈉離子）電池儲能高46.2%。從上述測算來看，鋰離子（含鈉離子）電池儲能的經(jīng)濟性遠優(yōu)于抽水蓄能。

　　基于上述條件，我們測算了兩類儲能的成本平衡點：當鋰離子（含鈉離子）電池儲能電芯價格降至600元/千瓦時、循環(huán)壽命達到9000次，兩類儲能即可實現(xiàn)成本相當。

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　　作者簡介：正高級工程師，主要從事能源電力研究、碳達峰碳中和研究、新能源投資、基礎(chǔ)設(shè)施特許經(jīng)營投資等工作。撰寫宏觀能源問題研究專著1部，發(fā)表論文近30篇；擁有發(fā)明專利4項、實用新型專利4項；獲省部級科技進步“二等獎”1項，中央企業(yè)級科技進步“一等獎”1項、“三等獎”1項。多次受邀為北京大學光華管理學院MBA班講授《世界能源宏觀形勢及跨境基礎(chǔ)設(shè)施投資》、《中國能源發(fā)展狀況及境外非水可再生能源投資》、《世界能源發(fā)展趨勢及跨境可再生能源投資實務(wù)》、《碳達峰碳中和相關(guān)背景、實現(xiàn)路徑及產(chǎn)業(yè)機會》。