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宋明:深度解析飛輪儲能行業的發展現狀與廣闊前景
發布時間:
2023-01-10 18:00
來源:
飛輪的儲能應用市場包括電力調頻、軌道交通制動能量回收、UPS、新能源 汽車、武器裝備等市場。在新能源電力裝機量的快速增長以及國家工業領域節能 政策出臺的驅動下,飛輪儲能將會迎來新的市場機遇,每年的市場規模將達到數 百億元以上。
從事飛輪儲能行業的公司主要有坎德拉(深圳)新能源科技有限公司、北京泓慧國際能源技術發展有限公司、貝肯新能源有限公司、北京奇峰聚能科技有限公司、華馳動能(北京)科技有限公司、盾石磁能科技有限責任公司、沈陽微控新能源技術有限公司。
關注飛輪儲能行業的投資機構主要有:水木春錦資本、梧桐樹資本、國投創業、廣大控股、中建投資本、龍江交投、天問時代等。
暫無以飛輪儲能為主營業務的上市公司。
儲能最重要的用途在于解決電力供需的時間錯配、電力質量波動等問題。通過特定的裝備或物理介質將不同形式的能量儲存起來,其在電力領域存儲的主要 是電能。電力系統因為其連續性和隨機性的特點,電力供需錯配可能發生在電力 的“發、輸、配、用”中的任何一個環節,尤其是光伏、風電等可再生能源還具 有明顯的間歇性特點,通過儲能可以為可再生能源實現消納、調頻和削峰填谷的 多重功效。
在電力系統一次調頻、二次(AGC)調頻領域(簡稱調頻領域,下同),由于電網發電結構及發電系統特性等原因,目前電力系統調頻主要以火力發電機 組和水利機組為主,但由于火力發電機組特殊屬性的問題,存在一次調頻響應時間過長、邏輯組態設置不當導致頻繁反復投切、一次與AGC調頻相互影響、 燃料煤煤質、汽機閥門流量等問題均會出影響調頻效果,造成調節延遲、調節偏 差和調節反向等問題,嚴重時甚至干擾到火力發電機組的安全運行。
新能源電站一次調頻成為強制要求,大幅帶動儲能需求,《電力系統網源協調技術規范》于 2018年 10月 1日開始實施,該規范 6.3.4條要求“風電場、光伏發電站應具備一次調頻能力,并網運行時一次調頻功能始 終投入并確保正常運行”。基于此要求,各省調度在 2020年相繼要求新能源場站必須具備一次調頻功能。一次調頻,即當電力系統頻率偏離目標頻率時,發電 廠通過控制系統的自動反應,調整有功出力減少頻率偏差的控制功能。在電網頻 率達到 50.06Hz時,經過 2S的滯后時間滯后, 5S之內需要將有功功率調節量達到調節目標值的 90%,15S內達到穩定狀態,有功功率波動穩定在額定出力 的 1%以內。
在新能源場站中,機組都具備基本一次調頻功能,其通過調速系統的自動反應,調整有功出力減少頻率偏差,但機組的調頻功能有限,尤其是在電網需要機 組增加出力調節頻率時,往往不能滿足要求,所以需要采取進一步的措施保證能 快速響應電網頻率的要求,就是上一次調頻系統。目前,新能源場站(風電場、光伏發電站)一次調頻功能的實現主要可通過以下幾種方式實現:1.新能源場站保留有功備用;2.配置儲能;3. 增加一次調頻裝置;4.改造風力發電機或逆變器。但從目前的經濟性和技術水平看,配置儲能裝置是實現電力調頻的必須選項。
目前正在制定中的新國標預計將要求新能源場站要具備向上 6%和向下10%的一次調頻調節能力。目前新建設的新能源電站一般按照10%的容量來配 置一次調頻儲能。
根據當前政策及電力調頻市場預測,先不考慮火電存量改造市場,僅看風電和光伏市場需求,至 2025年電力調頻飛輪儲能市場規模將達 253億元/年,2021-2025 年累計市場規模超過 1000 億。
制動能量回收領域市場規模
制動能量回收,像地鐵、高鐵、石油鉆機、碼頭港機等都存在制動能量回收的需求,將回收的電進行二次利用,這是一種大功率、高頻次的應用場景(地鐵 每次進站 200 次左右,每次幾十秒)。該方向在國外(洛杉磯、波士頓地鐵等)已經有比較成熟的市場應用,在國內也有個別站點開始了試驗性示范項目的應用。
目前軌交領域的動能回收中的主要方式比較:
交通部數據顯示,截至2020年12月31日,全國共有44個城市開通運營城市軌道交通線路233條,運營里程7545.5公里,車站4660座。全國鐵路運營里程14.6萬公里,其中高速鐵路3.8萬公里,全國有超過500座高鐵站。以單個站點100萬元的投入計算,在國內城市軌道交通和高鐵領域動能回收的潛在市場空間在100億元左右。石油鉆機、碼頭港機等重型機械領域的制動能量回收需求與軌道交通接近,全國石油鉆機超過2萬臺,功率型飛輪在重型機械領域也具備數百億的市場機會。
2025 年飛輪儲能其他領域市場空間測算(億元)
商業模式決定發展經濟性,從飛輪儲能現有的商業模式看,其價值創造路徑包括參與電力調頻、UPS、能量回收、特種電源、電動汽車等應用場景,其中以電網調頻市場最具潛力和想象空間。基于對行業的觀察以及飛輪企業的調研,當 前站上萬億儲能風口,物理儲能技術飛輪儲能將迎來超過 350億/年的市場空間。
在各類儲能技術中,飛輪儲能對比其他儲能技術擁有獨一無二的優勢。具有功率密度高、充放電次數高、壽命長、環境友好等獨一無二的優勢:但此前高昂 的成本相對制約了其在儲能領域的大規模應用(目前成本為化學電池的 3-4 倍)。 未來,在國家政策影響下,隨著能源產業變革和產能規模的擴張以及材料和技 術本身的創新,飛輪儲能成本將隨著大規模化生產快速下降,有望追平電化學電 池,打破市場壁壘。
雙碳背景下,儲能技術將迎來百花齊放的局面。飛輪儲能作為制造型能源,基于不同應用場景,將發揮高頻次物理儲能技術優勢,結合其他儲能技術彰顯最 優效果,促進能源行業面向安全、綠色、高效的創新和變革,充滿投資機遇。