新朝代真人

　　新朝代真人技术多元发展，各有不同的应用场景。我国新型新朝代真人技术基本上与国际先进水平并跑，压缩空气新朝代真人、储热储冷、锂离子电池、液流电池和钠离子电池技术已达到或接近世界先进水平。

　01 新型新朝代真人类型与应用概述

　　新型新朝代真人是指抽水蓄能以外的新朝代真人技术。新朝代真人形式根据技术路径不同主要分为热新朝代真人、电新朝代真人和氢新朝代真人三大类，其中电新朝代真人又可按能量储存形式分为物理新朝代真人、电磁新朝代真人和电化学新朝代真人。物理新朝代真人除了抽水蓄能外，还包括压缩空气新朝代真人、飞轮新朝代真人、重力新朝代真人等;电磁新朝代真人包括超导新朝代真人、超级电容器新朝代真人等;电化学新朝代真人包括锂离子电池、钠电池、铅蓄电池、液流电池、钠硫电池、燃料电池等新朝代真人形式;热新朝代真人主要包括熔融盐新朝代真人、热(冷)新朝代真人等。

　　新朝代真人技术呈现多元化发展格局，各有不同的应用场景。每种新朝代真人技术均具有一定的独特性，在实际应用中，需要用户综合考虑各种新朝代真人技术的特点以及优缺点，选择最适宜的技术方案。比如，飞轮新朝代真人、超级电容、超导新朝代真人可以解决秒级或分钟级以下的调频需求;抽水蓄能、压缩空气新朝代真人、燃料电池和电化学新朝代真人等则更适用于进行小时级调峰;氢新朝代真人适合执行季节性调峰。不同新朝代真人技术的特点如下表所示。

表1 主要新朝代真人技术比较

　　资料来源：深企投产业研究院整理。功率按照现实项目(包括规划项目)的最大功率，非理论值。

　　按照时长要求的不同，新朝代真人的应用场景可分为容量型(≥4小时)、能量型(约1～2小时)、功率型(≤30分钟)和备用型(≥15分钟)四类，对应的应用场景如下表所示。

表2 新朝代真人技术应用场景

　　资料来源：中国能建《关于“熔盐储热”技术》，天风证券等，深企投产业研究院整理。

　　从各类新朝代真人技术的研发推广进程看，目前我国新朝代真人技术基本上与国际先进水平并跑，压缩空气新朝代真人、储热储冷、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池和钠离子电池技术已达到或接近世界先进水平;抽水蓄能、飞轮新朝代真人、超级电容和新朝代真人新技术与世界先进水平还有一定的差距，如下图所示。

图1 2022年中国新朝代真人技术和世界先进水平的比较成熟度

　　资料来源：陈海生等《2022年中国新朝代真人技术研究进展》。

　　综合分析我国各新朝代真人技2022年的基础研究、关键技术和集成示范的情况，各种新朝代真人技术可以大致分为四个梯队。其中，第一梯队为抽水蓄能，单机规模100MW以上，占2022年全国新朝代真人装机的77.1%左右;第二梯队为锂离子电池、压缩空气新朝代真人、液流电池、铅蓄电池和储热储冷技术，单机规模可达10-100MW，其中锂离子电池装机最多，有可能未来形成单独的一个梯队;第三梯队为钠离子电池、飞轮新朝代真人和超级电容器，目前单机规模可以达到MW级，其中钠离子发展受关注最多，有可能未来进入第二梯队;第四梯队为重力新朝代真人、热泵储电、压缩二氧化碳和液态金属技术等新型新朝代真人技术，需要进一步的研发，以便实现集成示范和产业化应用。

图2 2022年中国新朝代真人集成示范和产业化梯队

　　资料来源：陈海生等《2022年中国新朝代真人技术研究进展》。

　02 压缩空气新朝代真人

　　——应用现状。压缩空气新朝代真人(CAES)目前处于小规模应用阶段。据CNESA(中国能源研究会新朝代真人专委会/中关村新朝代真人产业技术联盟)统计，截至2021年底，压缩空气新朝代真人在全球新型新朝代真人装机规模中的占比为2.3%。根据首存彩金活动能源局数据，截止2022年底，压缩空气新朝代真人占全国新型新朝代真人装机规模的2%(如按照CNESA全球新朝代真人数据库的不完全统计，占比为1.5%)。当前压缩空气新朝代真人整体产业规模仍较小。

　　——工作原理。传统的压缩空气新朝代真人是基于燃气轮机开发的新朝代真人技术，其工作原理是，在用电低谷，用过剩的电能来驱动压缩机，将空气压缩至高压并储存在储气装置(如地面储气罐、地下盐穴、地下人工硐室等)中，使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰，由储气装置释放储存的高压空气，通过(进入燃烧室)燃烧或者换热的方式，加热压缩气体，将其输送至膨胀机内膨胀做功，推动发电机发电。其工作原理如下图所示。

图3 传统压缩空气新朝代真人技术原理

　　资料来源：中国科学院工程热物理研究所《浅谈“压缩空气新朝代真人技术”》。

　　——优缺点。压缩空气新朝代真人具有启动快速、能量密度和功率密度较高、运营成本低、设备使用寿命长、损耗低等优点，一般可储释能上万次，寿命达40-50年。缺点是，能量转换效率低下(仅能到50%)，需要大洞穴或者大容量储气装置存储压缩空气、存在地域(地质)条件限制，投资回报期较长。压缩空气新朝代真人中，储气方式不同，成本差异较大，单位成本约7000-9000元/kW，总体上当前压缩空气新朝代真人的单位成本高于抽水蓄能和电化学新朝代真人，单位kWh成本则与电化学新朝代真人相当。目前压缩空气新朝代真人度电成本0.24-0.25元，随着规模提升，新型压缩空气新朝代真人系统的度电成本可达到0.2元，如果未来能降到0.15元以下，则经济效益更加显著。

　压缩空气新朝代真人产业链

　　上游为装备制造、储气库。压缩空气新朝代真人系统主要由压缩机、空气透平膨胀机(空汽轮机)、发电机、换热器、储热介质等构成，新朝代真人电站设备投资约占65%-70%，其余为土建安装及其他辅助工作。其中核心设备为压缩机(离心式空气压缩机)，可占到新朝代真人电站投资的15%以上;换热器、透平机、辅助系统、控制系统等，和传统火电站配置类似，约占新朝代真人电站投资的15%，基本无技术瓶颈。

图4 压缩空气新朝代真人核心设备

　　资料来源：乐晴智库。

　　• 核心设备厂商：国外压缩机主要有阿特拉斯·科普柯、西门子、日本神钢等，国内能达到相应技术要求的主要有陕鼓动力、沈鼓集团、金通灵三家企业。目前100MW级压缩机基本可以实现国产化，但实现单机300MW级仍存在很大难度和技术瓶颈。设备主要企业包括：陕鼓动力(空压龙头，压缩机、膨胀机)、沈鼓集团(离心压缩机)、金通灵(空气膨胀机)、杭氧股份(空气压缩机、透平膨胀机)、川空集团(空分设备、透平膨胀机)、哈电汽轮机(空气透平、油气换热器等)、东方汽轮机(空气透平、油气换热器)、上海汽轮机(空气透平、油气换热器)等。

　　• 储气库资源供应：压缩空气新朝代真人储气库包括高压气罐、低温储罐、废旧矿洞改造、新建洞穴、盐穴等多种形式，现阶段在建、已投产项目多采用地下储气库(废旧矿洞改造、新建洞穴、盐穴)，我国盐业企业中，鲁银投资、苏盐井神、中盐化工、雪天盐业等均在盐穴新朝代真人领域有所布局。储气装置占新朝代真人电站投资的10%—20%，如采用地下盐穴，成本约占10%;如采用人工硐室，成本约20%;如储气装置使用压力容器，其单位造价是盐穴储气造价的10倍以上。

　　中游为新朝代真人系统集成(主要提供技术支持)、新朝代真人电站施工建设。主要的技术提供方是中储国能(中科院热物理研究所下属，近期完成超10亿元A轮融资)、中科新朝代真人、科远智慧，以及中科院理化所、清华大学等高校院所;主要的系统集成商包括中储国能、陕鼓集团等;项目整体建设施工单位主要有中国能建、中国电建等，主要提供EPC(工程建设总承包)业务。从建设市场情况看，中国能建目前占据主要地位。

　　下游为投资运营商(业主单位)。当前参与投资布局(包括规划中)的企业包括中国能建、中国电建、首存彩金活动能源集团、首存彩金活动电投、中国华能、福能股份、首存送200%优惠、大唐集团、三峡集团(三峡能源)等，基本为国企(央企)。

03 飞轮新朝代真人

　　——应用现状。飞轮新朝代真人还处于商业化早期，在全球及中国新朝代真人市场占有率较低。据CNESA数据，截止2022年底中国已投运新型新朝代真人累计装机规模达到13.1GW，其中飞轮新朝代真人其中仅占0.1%。目前国内市场上飞轮新朝代真人应用多数为试点项目，主要作为蓄电池系统的补充，成熟运行产品较少，运行功率较低，后备时间短，部分技术性能需要进一步完善。

　　——工作原理。飞轮新朝代真人的原理是利用过剩电力给真空外壳中的转子(飞轮)加速，把电能以动能的形式储存。在新朝代真人阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮本体加速到一定的转速，将电能转化为动能;在能量释放阶段，飞轮的旋转速度会降低，电动机作发电机运行，将动能转化为电能。一般来说，飞轮系统使用电流来控制飞轮速度，其中高能的飞轮使用高强度碳纤维制成的转子，并通过磁悬浮轴承实现悬浮。这些转子在真空罩内的转速可达到20000-50000rpm，可以在几分钟内达到所需的速度。

图5 飞轮新朝代真人系统结构

　　资料来源：贝肯新能源。

图6 飞轮新朝代真人系统运作示意图

　　资料来源：智见能源，中银证券。

　　——应用领域。飞轮新朝代真人是一种高频次、大功率、长寿命、高效率的功率型新朝代真人技术，适用于数百千瓦至数十兆瓦、持续数秒至数分钟、频次10万次以上的电新朝代真人应用场景，是实现电压稳定、频率调节的重要技术。飞轮新朝代真人可用于新能源并网、微电网调频，地铁、港口制动能量回收，数据库、医院不间断电源，国防、科研脉冲电源等。

　　——优缺点。飞轮新朝代真人的优点包括：1)高效率。能量转换效率能够达到90%及以上。2)长寿命。飞轮新朝代真人的使用寿命可达200万次以上，且使用寿命不受充放电深度的影响，主要取决于飞轮材料的疲劳寿命和系统中电子元器件的寿命。3)响应速度快。启动时间在1秒以内，充放电速度反应极快，属于分秒级的新朝代真人技术。4)运维较简单。运行过程中几乎不需要维护，工况环境适应性好，-20-50°C下都能正常工作。缺点主要有：1)能量密度低。额定功率小，最多供电几分钟，而且由于空气和轴承阻力，存储过程中存在电能消耗的情况。2)成本较高。主要是由于其需要使用高强度材料(如使用碳纤维材料制造飞轮)和先进的控制技术，单位投资成本较大。3)噪音大。旋转飞轮转速可高达15000rpm，噪音较大，且持续工作在高转速、高温等极端工况下，因此极其轻微结构变动将会导致剧烈震动，不仅会产生极大地噪声污染，也可能发生断轴等安全风险。

飞轮新朝代真人产业链

　　产业链上游。典型的飞轮新朝代真人系统基本结构包括5个部件：1)飞轮本体，一般为高强度复合纤维材料(如碳纤维复合材料)制成;2)轴承，为转子提供低耗损支撑，利用非接触式的永磁轴承、电磁轴承或超导悬浮轴承等支承飞轮;3)电机，一般为电动/发电互逆式双向电机(电动机+发电机);4)电力转换器，是输入电能转化为直流电供给电机，输出电能进行调频、整流后供给负载的关键部件;5)真空器(真空室)，为减少空气阻力，飞轮系统放置于高真空密封套筒内。上游部件主要由华阳股份、国机重装、湘电股份、广大特材等企业提供。产业链中游为飞轮新朝代真人系统集成，主要设备厂商也同时参与。下游为发电侧、电网测的业主单位。

表3 飞轮新朝代真人系统和装置开发应用重点机构

　　资料来源：深企投产业研究院整理。

04 钒液流电池

　　——应用现状。我国液流电池新朝代真人的研发推广处于世界领先水平。根据CNESA数据，截止2022年底液流电池占我国已投运新型新朝代真人累计装机规模的1.2%。液流电池根据活性材料分类，可分为全钒液流电池，锌基液流电池(锌溴、锌铁、锌镍、锌空气等)，铁铬液流电池、全铁液流电池等等。其中全钒液流电池是目前最接近产业化和规模化应用的一种电池，而其他液流电池技术成熟度稍低，仍然面临活性物质的沉积、电解液互窜、功率密度低、容量和能量无法完全解耦、析氢和析氧等问题，基本上处于工程化示范阶段。在应用场合方面，液流电池有望与锂离子电池形成差异化竞争，主要在4小时及以上，百兆瓦时以上的容量新朝代真人场合进行推广。

　　全钒液流电池随着大规模产业化加速，渗透率将不断提升，装机规模呈增长趋势。根据EV Tank发布的数据，2021年中国钒电池新增装机量0.13GW，2022年国内大量的钒电池新朝代真人项目开工建设，预计全年新增装机量将达到0.6GW。据EV Tank预测，预计2025年钒电池新增规模将达到2.3GW，2030新增量将达到4.5GW，届时钒电池新朝代真人项目累计装机量将达到24GW，当年新增市场规模将达到405亿元。GGII预测，2025年国内液流电池出货量有望超过10GWh(按4小时测算，含出口)，复合增速高达95.5%。

　　——工作原理。液流电池通过离子选择膜的离子交换将化学能转化为电能，离子选择膜将两种液体电解质分开存储在不同的罐中,利用两种化学溶液进行离子交换来进行充放电,其电压一般在1.0-2.2V之间。与其它电池相似，液流电池的功率与隔膜面积成正比，而储存能量的多寡和溶液储存容量成正比。

　　液流电池正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池(全钒氧化还原液流电池)，简称钒电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。

图7 全钒液流电池的构成

　　资料来源：北京低碳院，安信证券。

　　——优缺点。全钒液流电池的优点包括：1)相较于锂离子电池，安全性更高。全钒液流电池的电解液为钒离子的酸性水溶液，在常温常压下运行，不存在热失控、着火爆炸的风险，具有本征安全性。在空间占用方面，锂离子电池新朝代真人系统需要满足更为严格的消防及安全标准，在集装箱的排布上必须留出更大的安全距离，而全钒液流电池无此问题，因此布局更为紧凑，占地更加集约。2)循环寿命长。循环次数可达16000次以上，显著优于锂离子电池，且生命周期内容量可完全恢复，容量衰减问题小(相比之下，锂离子电池的可用容量会随着循环次数的增加而明显下降)。3)充、放电性能好。可深度放电而不损坏电池。自放电低，在系统处于关闭模式时，储罐中的电解液无自放电现象。4)启动速度快，无相变化，充放电状态切换响应迅速。5)输出功率和新朝代真人容量相互独立，便于模块化集成和规模放大。全钒液流电池实现了电芯功率和容量的分离，输出功率和新朝代真人容量可独立设计。要增加输出功率，仅需增加电堆的数量;要增加新朝代真人容量，仅需增加电解液的体积(储液罐的容量)。设计和安装灵活，便于模块化设计和规模放大，因此适用于大规模、大容量、长时新朝代真人, 其新朝代真人时长越长，单度电分摊成本将大幅度降低，价格越便宜。近期的项目设计规模已达到200MW，远超锂电池新朝代真人系统规模。6)我国钒资源储量丰富，供应链安全性更强。我国已探明钒矿储量占全球43%(美国地质勘探局USGS数据)，产量约占全球三分之二，相比于锂电池在核心矿产方面对外依赖度高，发展钒电池可避免受制于人。

　　全钒液流电池的缺点包括：1)能量密度不高。全钒液流电池的能量密度为12-40Wh/kg，低于锂电池的80-300Wh/kg。不过，固定式新朝代真人系统对能量密度要求不高，因此液流电池更适用于大规模蓄电新朝代真人。2)初始投资成本较高。目前锂电池新朝代真人电站的初始投资成本最低可达到1.6元/Wh，而钒电池新朝代真人项目初始投资成本普遍在3元/Wh以上。近期钒电池成本下降较快，2022年11月中核汇能1GWh液流电池新朝代真人采购中标候选人公示中，最低中标单价达到2.2元/Wh。虽然钒电池初装成本较锂电池偏高，但全寿命周期使用成本与锂电相近，在长时新朝代真人场景更具优势。不过仍要考虑如果钒资源开发力度不如预期，钒电池大规模应用拉动钒价上涨、拉高电解液成本，则可能削弱全钒液电池的全寿命周期的性价比优势。

　全钒液电池新朝代真人产业链

　　全钒液流电池主要由电解液、交换膜、电极、双极板等组成。电解液是钒离子的储存介质，占系统成本的35%-40%(其中五氧化二钒占电解液成本60%左右)，其性能将直接影响到电池系统的工作效率、运行工况和使用寿命等;交换膜是电池内用于钒离子交换的膜材料;电极是氧化还原反应的主要发生场所，包括一个正极和一个负极;双极板是用来电气连接但液压分离相邻电芯的一种隔板，主要功能为隔离正负极电解液、汇集电流和支撑电极等。双极板、离子交换膜、电极、电极框架等构成电堆，电堆是钒电池系统的重要部件，是发生电化学反应的主要场所，可占总成本的35%，而电堆成本中55%来自于离子交换膜。其他装置(如管路与控制系统、循环泵等)占总成本的30%。全钒液流电池产业链如下图所示。