新型储能六大核心技术路线

今年年初，《新型电力系统发展蓝皮书(征求意见稿)》将锂电池、钠电池、液流电池、压缩空气、飞轮、重力六种新型储能技术列入规模化、高安全性新型储能技术装备发展重点。

2023年国内新型储能继续以多技术路线并存的方式发展，各类储能技术路线围绕高安全性、低成本、高性能以及高环保性四个方向发展。时至第四季度，这六大核心新型储能技术路线又发展得怎样呢?

01 锂电池储能

据CNESA数据，截至2023年9月底，中国已投运新型储能项目累计装机规模25.3GW/53.4GWh，功率和能量规模同比+280%/+267%，其中锂离子电池储能占比96.5%，累计装机规模24.4GW。锂离子电池是目前技术相对成熟，发展势头最为迅猛的电化学储能。锂离子电池无疑也继续将是未来新型储能发展的C位技术路线。

2023年1-8月储能锂电池产量持续增长。据工信部数据，2023年1-8月全国锂电池总产量超过580GWh，同比增长36.5%;其中储能锂电池产量超108GWh，同比增长103.8%。

数源：工信部

锂电储能系统价格今年下半年备受关注的话题。2023年以来，在上游原材料价格回落，产能快速释放以及技术迭代加速等多重因素影响下，我国储能锂电池系统和EPC中标价格持续下降。截至2023年10月，储能系统中标价格与今年年初对比下降37%，最低价格已跌破900元/kWh;储能EPC中标价格与今年初相比下降10%;行业竞争更加充分，为更好解决商业化应用盈利问题奠定基础。

2023年1-10月中标项目储能系统和EPC中标均价趋势(元/kWh)

注：2小时磷酸铁锂电池储能系统，不含用户侧应用

图源：CNESA

在供给端产能过剩的趋势下，要摆脱低层次、低水平“内卷”，技术进步也是关键。锂离子电池，尤其是磷酸锂铁电池，从安全性、能量密度、成本、发展路径等方面性价比最高的技术方向。根据工信部要求，储能型电池能量密度≥145Wh/kg，电池组能量密度≥110Wh/kg。循环寿命≥5000次且容量保持率≥80%。当前的电化学储能尤其是锂电储能技术进入了一个新变革周期，大电芯、高电压、水冷/液冷等新产品新技术逐渐登上舞台，锂电储能系统正在向大容量方向在持续演进。

储能电池技术趋势

300Ah+电芯赛道百家争鸣，已有超20家电芯厂发布300Ah及以上容量电芯。560Ah、580Ah产品原型样件已推出，循环寿命普遍达到8000-10000次，12000次超长寿命产品完成开发。

数源：各企业官网

各大储能系统厂商纷纷推出液冷锂电储能产品。阳光电源、比亚迪、宁德时代、科华数能、海博思创、中车株洲所、易事特、远景能源、亿纬锂能、采日能源、天合储能等数十家厂商已跟进液冷趋势，发布液冷温控方案储能产品，产品涵盖了大储、工商业等应用场景。

产业链

锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成，目前主流产品正极常用镍锰钴三元材料或磷酸铁锂，负极多为石墨等碳素材料。锂离子电池具有能量密度大、没有记忆效应、充放电快速、响应速度快、配置灵活、建设周期短等优点，广泛应用于风电光伏等新能源发电侧、电网侧、用户侧储能项目。

锂电储能产业链相对成熟，由上游设备商，中游集成商和下游应用端组成。其中设备包括电池、EMS、BMS、PCS、热管理等;集成商包括储能系统集成和EPC;应用端主要由电源侧、电网侧、用户侧组成。

锂电池储能产业链全景图

图源：中信证券

02 钠电池储能

钠离子电池是一种依靠钠离子在正负极间移动来完成充放电工作的二次电池。钠离子电池工作原理与锂离子电池“摇椅式”原理相似，充电时，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极;放电时则相反，与锂离子电池的工作原理相似。

钠离子电池工作原理

钠离子电池与磷酸铁锂电池定位较为相近。

磷酸铁锂电池的能量密度主要在150-210Wh/kg，三元锂电池的能量密度则更高，超过200Wh/kg，而目前主流钠离子电池的能量密度普遍在100-200Wh/kg，整体不及锂电池，但与磷酸铁锂电池的能量密度区间存在部分重叠，远远超出铅酸电池。钠离子较大的体积还会造成循环性能的不稳定，现阶段钠电池的循环寿命普遍在2000-3000次，远高于铅酸，但较磷酸铁锂电池3000-6000次的循环寿命仍存在差距。相对而言，钠离子的低温性能较好。综合来看，钠离子电池与磷酸铁锂电池的性能指标最接近，定位较为相似。

去年锂价持续高走，钠电池人气也迎来一波高涨。今年随着锂价的回落，钠电池的经济性价值受影响，但钠电池的发展仍在继续。

10月7日，中国化学与物理电源行业协会就《钠离子电池通用规范》协会团体标准进行公示并征求意见，该项团体标准预计在11月左右正式发布并开始实施。

资本市场也开始逐步“押宝”钠电。据能源电力说不完全统计，今年截至11月有近20家钠电产业链企业共获得超30轮融资。目前来看钠电产业链企业的融资阶段大多属于天使轮及A轮，覆盖电芯、正负极材料、电解液等全产业链环节。对这一新兴技术领域跃跃欲试的投资者，还包括小米系投资机构顺为资本、小米智造，分别对钠电厂商珈钠能源、零壹肆以及钠电负极材料商碳什科技进行投资。

现阶段布局钠离子电池生产和制造的企业分为两类。一类是以宁德时代、比亚迪、鹏辉能源为代表的传统锂电池厂商，凭借技术迁移切入钠离子电池领域;另一类、传艺科技为代表的创新型企业，凭借创新研发打算在全新领域对宁德时代等老牌电池企业进行“弯道超车”。

钠电池产能方面，今年，比亚迪旗下弗迪电池、众钠能源、为方能源、钠能时代、雄韬股份、科翔股份、派能科技、方寸新能源、普利特、普利特、盘古钠祥、中国电建集团江西省水电工程局等企业均有钠电池产能规划。据能源电力说不完成统计，近两年钠电池总产能规划已超400GWh。

产业链

钠离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，和锂离子电池的生产设备基本可实现兼容，降低了产业化难度。

我国钠离子电池产业链还处于初级阶段，产业布局尚不成熟。钠离子电池产业链结构与锂电类似，包括上游资源企业、中游电池材料及电芯企业。

图源：国泰君安

03 液流电池储能

液流电池，正在成为长时储能的有力竞争者。今年液流电池赛道仅创业公司已吸金超27亿元。

长时储能是指电池的储能时间需超过4小时。随着新型电力系统对储能应用的时间尺度需求逐渐多样化，长时储能技术的缺口较大，正成为储能市场的重要发展方向。

液流电池本征安全、循环寿命较长，定位大规模、长时储能技术。液流电池与传统蓄电池不同，其活性物质是储存在外部储罐中的液体电解质，输出功率和储能容量相互独立，可通过增加电解质的量增加储能容量，可拓展性好;充放电过程不涉及物相变化，循环寿命长;电解液为水溶液，安全性较高。

钒电池工作原理图

目前液流电池已经形成了多种类型和体系，按正、负极电解质活性物质采用的氧化还原电对不同，液流电池可分为全钒、铁铬、锌溴、锌铁、全铁、多硫化钠溴等多种体系。

从商业化进展来看，全钒液流电池产业链已初步形成，铁铬、锌溴、锌铁路线商业化酝酿之中。目前进入示范应用后期和商业化运行的有全钒液流电池和锌溴液流电池，铁铬液流电池也已有部分示范应用。其他的液流电池路线研究仍然处于早期阶段。

资料来源：《FlowBatteriesFromFundamentalstoApplications》(ChristinaRoth,JensNoacketc.)

全钒、铁铬、锌溴、锌铁等各种液流电池体系均有企业布局，比如全钒液流电池的大连融科储能、永泰能源、国润储能、伟力得、开封时代、上海电气等;铁铬液流电池的和瑞储能、液流储能科技等。

锌铁电池方面，今年10月，纬景储能全球首个锌铁液流电池吉瓦级智能工厂在广东珠海正式投产，项目年产能超6GWh。除了广东珠海，纬景储能还在山东、湖北、江西、福建等地规划多个锌铁液流电池“超G工厂”，正在推动锌铁液流电池产能从百兆瓦级迈入吉瓦级，通过大规模智能生产降低电池成本。

液流电池产能规划方面，据能源电力电力说不完全统计，上海电气储能、液流储能科技、大连融科储能、宿迁时代、星辰新能、林源集团等公司液流电池产能规划已超90GWh。

今年以来，国家电投、中核集团、电建集团等能源央企及下属单位均有启动液流电池储能系统集采，其中国家电投、中核汇能集采规模达1GWh。8月，我国首个由铁铬液流+飞轮+锂电混合储能项目在内蒙古霍林郭勒正式投运。

今年液流赛道仅创业企业已吸金超30亿元。据能源电力说不完全统计，今年截至11月，有超10家液流产业链创业公司获创投融资，融资金额超30亿元，其中融科储能、纬景储能、上海电气储能科技、国润储能、宿迁时代储能、星辰新能、科润新材料单轮融资均亿元。

产业链

全钒液流电池产业链初步形成，包括上游原材料供应商、中游钒电池集成商、下游EPC及用户等。上游涉及电堆及电解液制备原材料，包含V₂O₅、离子交换膜、电极、双极板等;中游涉及电解液、电堆的制备与电池的制造，其中电解液价值量占比40%~80%、离子交换膜占电堆成本的30%-40%。电池制造与储能系统集成已有大连融科、国润储能、北京普能、上海电气、伟力得等多家全钒液流电池产业龙头企业。

图源：中信证券

04 压缩空气储能

据CNESA数据，截至2023年9月底，国内累计已投运压缩空气储能在新型储能中的占比是0.8%，累计装机规模约200MW。

压缩空气储能是一种以空气为储能介质的物理储能方式，也是较为成熟的物理储能技术，被认为是抽水蓄能之外最具可行性的大容量长时间储能方案。

工作原理是：当电力过剩时，将空气压缩储存到地下储气洞穴里(洞穴可以是盐穴、报废矿井、储气罐、山洞、过期油气井、新建储气井等)，将电能转化为压缩空气势能。当需要用电时，高压空气经过加热，进入膨胀机，变成常压的空气，在此过程中带动发电机发电，空气压缩势能转化成电能输出。

压缩空气储能工作原理

压缩空气储能，具有规模大、寿命长、建设周期短、站址布局相对灵活等优点，有望成为抽水蓄能在大规模储能电站领域的重要补充。

效率的提升以及成本的下降，是压缩空气储能商业化发展的基础。

效率方面，百兆瓦级别以上的系统设计效率可以达到70%，先进压缩空气储能系统效率能够逼近75%。造价成本上，根据中国科学院热物理研究所公开数据，100MW的压缩空气储能，初建成本在4000-5000元/kW，1000元/kWh，度电成本在0.15-0.25元之间，待大规模产业化后有望再降30%以上。

新技术也会推动效率的提升及成本的下降。今年8月，国际首套300兆瓦先进压缩空气储能系统膨胀机下线(中储国能公司和中科院联合研发)，单位成本较目前市面上的100兆瓦储能系统会降低20%~30%，效率提高了3%~5%。

300兆瓦先进压缩空气储能系统膨胀机

图源：中国科学院工程热物理研究所

在技术面上，做大压缩空气储能的规模已成为主要方向。今年下半年至今，山东、陕西、辽宁、福建、黑龙江、内蒙古、湖北、广东、河南、江苏等14个省均有压缩空气储能项目完成备案，项目数量超40个，总备案规模超11GW/45GWh，项目以100MW及以上大型项目为主，超半数为300MW及以上大规模项目，陕西备案的渭南蒲城、榆林定边电网侧压缩空气储能项目规模更是达1600MW。

产业链

压缩空气储能的产业链，上游为设备、资源供应，核心核心设备包括空气压缩机、透平膨胀机、蓄热换热系统等，此外还需要储气盐穴资源等;中游为技术提供及项目建设;下游为电网系统，压缩空气储能电站接入电网系统，服务于工业用电、商业用电、居民用电等部门，起到调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用等关键作用。

压缩空气储能产业链

图源：天风证券

05 飞轮储能

飞轮储能，一种通过旋转“陀螺”来储能的物理储能技术。

工作原理是：利用高速旋转的飞轮所拥有的惯性来储存能量。充电时，飞轮电动机加速旋转，把电能转换为飞轮的机械动能并储存起来;放电时，由高速旋转的飞轮带动发电机，将机械动能转换为电能。

飞轮储能系统具有响应快、寿命长、温度适应性好、效率高、容量大、对环境友好等优点。

据CNESA数据，截至2023年9月底，中国已投运飞轮储能项目累计装机量仅50MW左右。

相比于其他储能技术，目前飞轮储能成本仍较高，装机规模在储能市场中的占比还是很小。但材料主要是钢材和电子元器件原材料成本较低，大规模制造后成本下降;此外，设备可精确测量和控制机械损耗很小，维护成较低。

飞轮储能目前主要应用在：电网调峰调频、轨道交通、航空航天、军工、UPS电源、储能式电动汽车充电桩等领域。

未来几年，对飞轮储能的关注点仍然在以飞轮为代表的功率型储能与锂离子、液流电池为代表的能量型储能组合搭配成混合储能系统，在电网调频中的应用。

飞轮储能，具有响应快、寿命长、温度适应性好等优点，在电网系统的主要应用场景是调频。在电网调频过程中，飞轮系统可随着电网的变化快速、有效地进行有功/无功补偿，平抑波动负荷，缓冲发电输出瞬变，为电网稳定性保驾护航。目前飞轮储能在电网侧的应用，主要以混合储能、火电联合调频项目为主，作为陪伴式的辅助调节手段。

比如今年8月投运的内蒙古霍林郭勒铁铬液流+飞轮+锂电混合储能项目;4月投运的华电朔州热电2MW/0.4MWh飞轮+6MW/6M锂电池复合储能火力发电联合调频项目，飞轮+锂电组成的混合储能系统与现有两台火电机组联合为电网提供调频服务，有效满足新型电网对储能调频的大容量、高频次需求。此外，还有宁夏灵武电力光火储耦合飞轮储能项目，在2x600MW火电机组配置22MW/4.5MWh飞轮储能进行调频，提高火电机组精准灵活性。

06 重力储能

重力储能，是利用建筑物、山体、地形等高度差，通过将“重物”运上运下，实现电能和重力势能之间的转换，进而储电与发电。目前重力储能形式有：“搬砖储能”、矿井储能、活塞式储能、轨道机车储能、缆车储能等。

中国首个100MWh重力储能项目如东25MW/100MWh重力储能项目已经进入最后的调试阶段;河北省张家口怀来县25MW/100MWh重力储能项目已于今年11月开工。

如东重力储能示范项目效果图

2022年1月30日，中国天楹旗下控股子公司AtlasRenewableLLC与重力储能技术开发商Energy Vault公司签署了《技能答应运用协议》，EV公司授权Atlas在中国区(含香港和澳门)独家运用答应技能建造和运营重力储能体系设备。

中国天楹引进的EV公司重力储能技术方案是“Energy Vault Resiliency Center”(EVRC)。EVRC原理是：采用建筑机械流程和能源管理系统来储存和释放电力。当可再生能源发电高时，EVRC利用能量将30吨的砖块“搬”到高处，将势能存储起来，当需要电时，EVRC通过控制砖块下降，将动能释放回电网。EVx是EVRC系统的模块化建筑砖，每个EVx建筑砖可以转化电量10MWh，可通过砖块的叠加，实现储能的灵活配置。

重力储能系统转换效率为85%以上，寿命达50年。据EV公司公开数据，重力储能项目初始投入成本在3000元/kWh左右，度电成本在0.5元/kWh左右，具备一定成本优势。

除了江苏如东项目，2022年以来，中国天楹与贵州毕节、内蒙通辽市及乌拉特中旗、湖北省宜昌市、河北张北县及怀来县、新疆伊宁县、吉林省辽源市、山西右玉县、甘肃金塔县等地区人民政府达成了重力储能项目相关合作协议。截至目前，中国天楹签约重力储能项目已超5GWh。

作为较为“冷门”的新型储能技术路线，重力储能具有建设周期短、转换效率高、寿命长、度电成本较低等优势。随着百兆瓦级项目的落地，重力储能也将逐渐走上商业化道路。

除了以上六条关注度较高的技术路线，铅碳电池、液态空气储能等作为高潜力的新型储能技术也正在快速兴起。

液态空气储能由压缩空气储能技术衍生而来，利用空气压缩—膨胀过程，完成电能—热能与压力能—电能的转换。与压缩空气储能不同，液态空气储能压缩后的气体不进入储气室，而是进入液化单元，使气态空气变成液态空气进行储存。大规模液态空气储能系统效率在60%左右，若是冷热电三联供，其效率可以达到75%—85%。今年7月，青海海西60MW/600MWh液态空气储能项目开工建设，加速了液态空气储能商业化进程

传统铅酸电池的最大问题在于在大电流，长时间服役后出现负极硫酸盐化效应，使材料发生失效、容量骤降。铅碳电池通过加入碳，有效抑制负极的硫酸盐化趋势，使得电池寿命明显提升。铅碳电池在空间宽裕、成本要求高的场景竞争优势更大，相对而言其一次投资成本较低。铅碳电池在新能源配储、独立共享储能的应用极具潜力。

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新型电力系统对储能功率、时长、响应时间等呈现多样化的需求，各种储能技术路线兼收并蓄是大势所趋，储能技术也逐渐呈现多种类型协同发展的格局。在复杂多变的应用场景、容量规模、空间条件、成本敏感性等不同条件下，目前还没有一种储能技术能通吃。需求的多样化，决定了储能技术的多元化。

我们在探讨单一新型储能技术的同时，也更关注混合储能系统。混合储能系统可提升储能系统的综合性能，对储能产业市场交易的多元化具有创新意义，但混合储能系统目前仍以试点示范项目为主，离规模化落地还有诸多问题需要克服。在新型电力系统建设过程中，储能技术一定也是百花齐放。