以前上學(xué)時，最開心的時刻之一就是晚上上自習(xí)的時候突然停電。電燈滅掉的瞬間，教學(xué)樓里立即會響起此起彼伏的歡呼聲。即便這種喜悅大概率會在5分鐘內(nèi)，被學(xué)校時刻待命中的備用發(fā)電機(jī)打破，但仍是沉悶日子里為數(shù)不多的快樂源泉之一。

停電對學(xué)生來說可能是件開心的事兒，但對另外一群人可就不是了：因突然停電被困電梯，紅綠燈不亮導(dǎo)致交通堵塞，排風(fēng)系統(tǒng)停運，導(dǎo)致23人煤氣中毒.....以上種種危險案例都是去年9月，東北地區(qū)多次突如其來的拉閘限電之后發(fā)生的真實情景。

拉閘限電發(fā)生后，輿論風(fēng)暴接踵而來，批評的矛頭之一指向了“沒有事先通知”，但其實這是不得已而為之。

因為當(dāng)時東北的電網(wǎng)頻率已經(jīng)跌破49.8赫茲的安全紅線，根本來不及通知所有居民。此時，如果先廣泛通知再執(zhí)行拉閘，電網(wǎng)會面臨崩潰，進(jìn)而造成范圍更大、后果更嚴(yán)重的停電事故，無奈之下只得事急從權(quán)。

東北已經(jīng)很多年沒有出現(xiàn)過如此罕見的急性停電事故了，平穩(wěn)運行了這么久的電力系統(tǒng)，為什么會走到即將崩潰這一步？

這主要是由于東北當(dāng)時風(fēng)電驟減，而作為保供主力的煤電無法及時跟上，不得已啟動了拉閘限電這一終極措施。

對于電網(wǎng)來說，不怕用電多或用電少，也不怕正常的峰谷波動，而是怕超出計劃外的電量驟變。因為電網(wǎng)不是想當(dāng)然的一張網(wǎng)，當(dāng)實際用電與預(yù)測用電相差過大，不是哪個地方需要多少就能立即送多少。一是因為備用發(fā)電機(jī)組啟動和停止都需要較長時間，不是瞬間就能開動或停下，比如燃煤火電機(jī)組啟停機(jī)一次大約需要八小時；二是因為電網(wǎng)有斷面穩(wěn)定極限，不可能無上限輸電，一旦超過電力線路的最大功率，也會嚴(yán)重影響電網(wǎng)頻率，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰。

初秋的這場事故將東北推上了風(fēng)口浪尖，也將中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型背景下，新能源占比不斷提高所面臨的一些挑戰(zhàn)推到了大眾面前，比如新能源發(fā)電不穩(wěn)定對電網(wǎng)安全性的沖擊?！靶履茉?儲能”是應(yīng)對這一問題的重要解決方案之一。

在此大背景下，儲能這一新興產(chǎn)業(yè)近年來逐漸起勢，2021年終于開始起飛。不少權(quán)威投資和研究機(jī)構(gòu)均給出了萬億的市場規(guī)模估值，目前儲能賽道尚未出現(xiàn)絕對龍頭，特斯拉、寧德時代、LG等巨頭企業(yè)均已提前入局卡位。

儲能及其關(guān)聯(lián)行業(yè)涉及的產(chǎn)業(yè)鏈上下游非常龐大，與每個人的未來生活也有千絲萬縷的聯(lián)系，湃動研究院未來將會奉上更多詳解內(nèi)容。作為系列文章的第一篇，本文將先回答以下問題：

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是如何運轉(zhuǎn)的？

為什么新能源發(fā)電占比提高會增加電網(wǎng)的崩潰風(fēng)險？

“新能源+儲能”如何解決這一難題？

儲能行業(yè)上下游構(gòu)成情況如何？

寧德時代等中國儲能玩家的市場機(jī)遇在哪里？

電網(wǎng)正常運轉(zhuǎn)需要維持固定頻率

由于目前大容量的便捷電能儲存設(shè)備還未大規(guī)模普及（即儲能設(shè)備），所以電力仍是一個高度依賴計劃性的復(fù)雜系統(tǒng)。

簡單來說，現(xiàn)代電力系統(tǒng)主要包含三大參與主體：發(fā)電廠、電網(wǎng)公司、終端用戶。

電力系統(tǒng)中承擔(dān)發(fā)電作用的是發(fā)電廠，它們靠賣電給電網(wǎng)公司或政策補(bǔ)貼賺錢。電廠有多種類型，按照電的來源不同，可分為火電廠（包括燃煤、燃?xì)?、燃油、燃垃圾等）、水電廠、風(fēng)電廠（包括海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電）、水電廠、核電廠、光電廠（一般稱為光伏電站）。電網(wǎng)公司主要承擔(dān)電力調(diào)度和輸配電任務(wù)。居民、工廠、辦公樓等終端用戶的用電需求在電力系統(tǒng)中被稱為【負(fù)荷】。

現(xiàn)代電網(wǎng)需要維持一個固定頻率才能安全穩(wěn)定運行（但允許小范圍波動），這要求電網(wǎng)中的發(fā)電量時刻都基本等于用電量。因為供需電量嚴(yán)重不平衡會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率發(fā)生較大波動，進(jìn)而造成不同程度的電網(wǎng)崩潰。每個國家電網(wǎng)的固定頻率不同，中國是50赫茲。

而由于用電量不可控（沒人會在用電前先打聲招呼告訴電網(wǎng)公司自己的精確用電需求的，想象一下這個場景有多不現(xiàn)實：“哎，我要用電了，我需要xxx度電，預(yù)計用電xxx小時。你趕緊按這個需求給我送點電過來，送好了告訴我一聲，然后我再開始用），所以只能通過調(diào)節(jié)發(fā)電量來保證電網(wǎng)頻率。電力系統(tǒng)中，承擔(dān)起電量調(diào)度任務(wù)的就是電網(wǎng)公司，內(nèi)部專門有一類崗位就叫電力調(diào)度員，他們每天都會做需求預(yù)測來安排各發(fā)電廠啟停機(jī)組來保證第二天的電量供需平衡。

即使沒有意外事故，電網(wǎng)本身其實也一直處于不斷的波動變化中。比如一天中白天和晚上睡前用電多，深夜用電少；一年之中，夏天和冬天用電更多。另外，即便進(jìn)行例行檢修，電力系統(tǒng)也可能出現(xiàn)機(jī)械故障導(dǎo)致發(fā)電端出力不足，影響電量平衡。

為應(yīng)對這些情況，需要并網(wǎng)發(fā)電廠提供電力輔助服務(wù)，主要涉及調(diào)峰和調(diào)頻兩類應(yīng)用場景：

• 調(diào)頻：指的是當(dāng)用戶負(fù)荷（即用電量）發(fā)生小幅度波動時，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)頻率增加或減小，發(fā)電機(jī)組通過調(diào)速器和AGC等手段來調(diào)節(jié)發(fā)電頻率，使其恢復(fù)到額定的50Hz。

• 調(diào)峰：指更長時間尺度、更大功率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)發(fā)電量與用戶負(fù)荷的匹配。

由于電廠參與調(diào)頻、調(diào)峰均會產(chǎn)生不低的經(jīng)濟(jì)成本，因此許多國家是通過市場化手段來解決的，即將這部分額外的電力成本傳導(dǎo)給終端用戶。歐美國家電力輔助市場的市場化程度最高，中國市場化程度較低的原因，不僅是因為啟動較晚，也有民生問題的考量。

完全市場化機(jī)制下，缺電時電廠會使勁漲價，誰用得起誰用，用不起就斷電停產(chǎn)。這種機(jī)制可能會帶來一些極端惡性問題。比如去年2月，美國德州遭遇極端罕見的寒潮危機(jī)，多家電力公司的設(shè)備被凍住無法使用導(dǎo)致停電，波及400多萬人口。甚至出現(xiàn)了一名11歲的男孩因家中停電無法供暖，不幸因體溫過低去世的極端案例。同時，電力緊缺還導(dǎo)致電價飛漲，許多人收到了天價電費單，有人5天電費合計約11萬人民幣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常電價。

中國為了盡可能不增加普通居民的生活成本，并未完全放開電力輔助服務(wù)市場，仍在摸索經(jīng)濟(jì)性與民生保障的更優(yōu)解。目前主要把壓力留在了發(fā)電側(cè)，即電廠參與調(diào)峰調(diào)頻可以獲得一定的政策補(bǔ)貼或稅收優(yōu)惠，通過這種方式幫助電廠降低成本。

因此，按照應(yīng)用場景來說，發(fā)電廠實際承擔(dān)了兩種功能：一是計劃內(nèi)的正常發(fā)電；二是產(chǎn)生計劃外用電需求時，參與調(diào)頻和調(diào)峰。這兩類場景下，電價不同，補(bǔ)貼政策不同，電廠獲得的收益也不同。

以上這套現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)模式已經(jīng)成熟，但一個意外的到來完全打亂了這一切——頻繁出現(xiàn)的極端天氣。

1200GW巨額電力消納需求下 儲能迎來重大歷史機(jī)遇

（1）風(fēng)電、光伏將成為發(fā)電主流

為應(yīng)對氣候異常各國紛紛制定了溫室氣體減排目標(biāo)，推動電力系統(tǒng)的低碳發(fā)展，同時考慮到化石能源日益枯竭的現(xiàn)狀，以及核能生產(chǎn)運行中的不安全因素，低成本、清潔的可再生能源（太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等）在世界各國的電力系統(tǒng)中所占比例需逐漸升高。

概念注釋：清潔能源指最終化學(xué)產(chǎn)物不會產(chǎn)生溫室氣體的能源，包括風(fēng)能、太陽能、水能、核能、生物質(zhì)能等。為了區(qū)別于煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源，也被稱為新能源。

中國當(dāng)前的發(fā)電結(jié)構(gòu)仍以火電為主，占比超一半。未來燃煤、燃?xì)?、燃油等火電占比將不斷下降，風(fēng)光發(fā)電將替代火電成為發(fā)電主力。

根據(jù) GEIDCO（即全球能源互聯(lián)網(wǎng)合作組織，于2016年由中國國家電網(wǎng)公司發(fā)起成立）測算：

• 到2025 年，中國發(fā)電結(jié)構(gòu)中，煤炭占比將從67%下降至49%， 風(fēng)光發(fā)電占比將從 8%上升至 20%，氣電、水電、核電等次優(yōu)能源占比從 25%微升至 28%；

• 到2050 年，煤炭發(fā)電占比大幅下降至 6%，風(fēng)光發(fā)電上升為主力，合計占比 66%，氣電、水電、核電等次優(yōu)能源占比維持在 28%左右，此外生物質(zhì)發(fā)電占比約 6%。

整體趨勢可概括為：未來煤炭發(fā)電持續(xù)削減、風(fēng)光發(fā)電持續(xù)擴(kuò)張、次優(yōu)能源穩(wěn)定支持、生物質(zhì)作為補(bǔ)充力量。

（2）1200GW風(fēng)光消納需求

2020年12月12日，我國最高領(lǐng)導(dǎo)人在全球氣候雄心峰會上公開表態(tài)：“到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達(dá)到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦（1200GW）以上。”

根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)，截至2020年底，國內(nèi)風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量分別為282、253GW，兩者合計約535GW。這意味著，未來十年我國風(fēng)電、光伏將新增裝機(jī)至少665GW，平均每年至少增加66.5GW。

（3）風(fēng)電、光伏痛點之一：巨不穩(wěn)定

中國電源向風(fēng)電、光伏過渡的過程中，仍有多項挑戰(zhàn)亟待攻克，最突出的一項就是風(fēng)電、光電并網(wǎng)時對當(dāng)前電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的擾動。

上文我們介紹了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行需要維持一個固定頻率。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，以火電機(jī)組為主體的發(fā)電系統(tǒng)，可以通過“了解需求側(cè)、控制發(fā)電側(cè)”的基本策略，在預(yù)先設(shè)置發(fā)電出力計劃的情況下，電網(wǎng)頻率的波動通?？梢钥刂圃凇?%以內(nèi)，保證電網(wǎng)的安全運行。

但是，風(fēng)電、光電等新能源發(fā)電的引入使得發(fā)電側(cè)變得不可控且不穩(wěn)定。主要是由于風(fēng)光能自身的波動性：光伏發(fā)電高峰集中在白天，無法直接匹配傍晚和夜間用電需求高峰；陰雨天發(fā)電效率也會大大降低。風(fēng)力發(fā)電高峰在一天中很不穩(wěn)定。另外，風(fēng)光電都存在季節(jié)性差異。

風(fēng)光發(fā)電的這些特性會給電網(wǎng)帶來極大的調(diào)節(jié)難度。根據(jù)國家電網(wǎng)的測算，2035 年前，風(fēng)、光裝機(jī)規(guī)模分別將達(dá)到7 億、6.5 億千瓦，全國風(fēng)電、太陽能日最大波動率預(yù)計分別達(dá)1.56 億、4.16 億千瓦，大大超出電源調(diào)節(jié)能力，迫切需要重新構(gòu)建調(diào)峰體系，以具備應(yīng)對新能源5 億千瓦左右的日功率波動的調(diào)節(jié)能力。

（4）儲能成標(biāo)配

由于風(fēng)光出力具有較強(qiáng)的間歇性與隨機(jī)性，為了實現(xiàn)出力與負(fù)荷實時平衡，當(dāng)前主要通過調(diào)節(jié)相對可控的發(fā)電能源——水電與火電來適應(yīng)用戶端實時負(fù)荷的變化。因此，風(fēng)光發(fā)電想要深度取代火電，實現(xiàn)電力脫碳，需要其出力保持相對穩(wěn)定，而這一關(guān)卡的突破則依賴儲能技術(shù)。

儲能可以應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)，在不同場景下具有不同的價值和意義。一方面，通過削峰填谷，可以解決峰谷時段發(fā)電量與用電負(fù)荷不匹配的問題；另一方面，可以參與提供電力輔助服務(wù)，解決風(fēng)光發(fā)電的波動性和隨機(jī)性導(dǎo)致的電網(wǎng)不穩(wěn)定；此外，通過儲能系統(tǒng)的存儲和釋放能量，提供了額外的容量支撐；在一定程度上，儲能可以增加電量本地消納，減少輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本。

特斯拉、寧德時代入局 但儲能行業(yè)尚未誕生絕對龍頭

（1）鋰電儲能最具商業(yè)價值

從能量的角度分類，儲能技術(shù)主要可以分為熱儲能、電儲能和氫儲能幾大類，其中電儲能包括機(jī)械儲能、電化學(xué)儲能和電磁儲能，是最常用的儲能方式。

電磁儲能技術(shù)應(yīng)用范圍最窄，在實際應(yīng)用中面臨包括高能耗、安全性等一系列問題，很少使用。主流技術(shù)主要是抽水儲能，以及鋰電為代表的電化學(xué)儲能，二者各有優(yōu)劣：

• 抽水蓄能：技術(shù)最成熟、利用效率較高、使用年限較長。但抽蓄電站與新能源發(fā)電不能很好地適配，因為響應(yīng)速度太慢。同時，建設(shè)需要兼具水能和勢能，可能對生態(tài)環(huán)境造成潛在的負(fù)面影響，選址限制較大。另外建設(shè)周期長（6-8年）、建設(shè)成本高，加上可長期使用，導(dǎo)致回本周期及IRR并不理想，國內(nèi)主要是國有資本在參與。

• 電化學(xué)儲能：它其實就是一塊巨型電池，而且體積可大可小，同時不受自然資源約束、響應(yīng)速度快，可以靈活用于發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)以及用戶側(cè)。目前在調(diào)頻服務(wù)上已經(jīng)具備經(jīng)濟(jì)性，但在調(diào)峰服務(wù)上度電成本較高，約為0.62-0.82 元/kWh，大約是抽水蓄能的3-4 倍，目前經(jīng)濟(jì)性不足。但未來隨著電池技術(shù)的進(jìn)步及規(guī)模效應(yīng)的增加，成本存在較大下降空間，且當(dāng)前并未形成成熟的商業(yè)模式和穩(wěn)定競爭格局，容易吸納社會資本參與。

當(dāng)前，抽水蓄能在中國和全世界范圍的儲能占比都超過90%，但該比例在逐年下降。與此同時，電化學(xué)儲能的規(guī)模和占比快速提升：2013 年到2020 年，全球和中國電化學(xué)儲能累計規(guī)模分別從0.7GW 和0.1GW 增長至14.25GW 和3.27GW，CAGR 分別為53.8%和64.6%。電化學(xué)儲能中鋰離子電池儲能的裝機(jī)占比在全球和中國分別為92.0%和88.8%，是電化學(xué)儲能中的絕對主力和發(fā)展方向。目前中國的儲能裝機(jī)容量在全球的占比并不是很高，但中國市場增速明顯，2020 年增速達(dá)42%。

（2）產(chǎn)業(yè)鏈與光伏、鋰電有重合，未來兩系必有一戰(zhàn)

電化學(xué)儲能的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成情況如下，與光伏、鋰電上下游略有重合：

鋰電企業(yè)是其重要的上游供應(yīng)商，光伏企業(yè)則是細(xì)分市場光伏側(cè)儲能的一個重要渠道商。兩者在介入儲能業(yè)務(wù)時，都具有得天獨厚的優(yōu)勢，因此是當(dāng)前掘金儲能行業(yè)的主流玩家。

鋰電企業(yè)參與儲能的代表之一是寧德時代。其作為鋰電企業(yè)的角色時，向下游儲能企業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化電池組或者定制化儲能系統(tǒng)，是一個產(chǎn)品提供商的角色，但作為一個儲能企業(yè)時則向下游投資商或開發(fā)商交付儲能系統(tǒng)，是一個面向終端用戶的品牌商角色。參與儲能時，既有to B業(yè)務(wù)，也有to C業(yè)務(wù)。

鋰電企業(yè)參與儲能的代表之二是派能科技。派能的主業(yè)就是儲能，它自己是一個更上游的系統(tǒng)集成商，只做to B ，不直接銷售給終端用戶，以自主品牌和貼牌方式銷售給大型海外系統(tǒng)集成商，主要是歐洲儲能系統(tǒng)集成商Sonnen、英國光伏系統(tǒng)集成商Segen、意大利儲能系統(tǒng)集成商 ENERGY SRL等。

光伏企業(yè)參與儲能的代表是陽光電源。陽光電源是全球逆變器巨頭，在光伏行業(yè)深耕24年，全球市占率保持在較高水平，去年7月21日A股市值曾突破2000億大關(guān)。其作為光伏電站建設(shè)承包商和逆變器提供商，儲能客戶與原業(yè)務(wù)客戶高度協(xié)同，具有較強(qiáng)的渠道優(yōu)勢，在儲能這塊的出貨容易，因而順利轉(zhuǎn)型儲能系統(tǒng)集成商。

儲能雖與光伏、鋰電行業(yè)上下游略有重合，但仍是一個完全獨立的業(yè)態(tài)。因為儲能玩家需具備的產(chǎn)品（主要是電氣系統(tǒng)集成能力）、品牌、運營、售后服務(wù)，以及融資、建設(shè)、渠道能力和資源具有很強(qiáng)的獨特性，并不同于鋰電及光伏業(yè)務(wù)。

換言之，不是任何一家鋰電企業(yè)或者光伏企業(yè)，都具備直接開展儲能業(yè)務(wù)的能力。由于鋰電系與光伏系企業(yè)在參與儲能市場時優(yōu)勢互補(bǔ)，過去幾年來頻頻進(jìn)行戰(zhàn)略合作。但雙方以短期合作為主，長期來看勢必會互相競爭。

目前中國鋰電系與光伏系企業(yè)的合作包括但遠(yuǎn)不限于：

? 2019年5月，鵬輝能源與天合光能成立合資公司。

? 2020年9月，比亞迪就戰(zhàn)略投資阿特斯，儲能正是雙方重要的合作點。

? 2021年6月，億緯鋰能與林洋能源公告成立合資公司。

? 2021年8月，寧德時代與晶科能源簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同推進(jìn)儲能業(yè)務(wù)。

? 2021年11月，寧德時代與阿特斯簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在儲能業(yè)務(wù)上展開合作

? ......

當(dāng)氣候異常成為全球共識，碳中和成為解決氣候危機(jī)的必由之路。在可預(yù)見的未來，風(fēng)能、太陽能、水能、核能等新的清潔能源，將取代石油、煤炭、天然氣等污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)化石能源，成為世界各國的主流能源。全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的大背景下，眾多新能源企業(yè)迎來了歷史性機(jī)遇。

如果說過去十年，中國移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展促成了眾多企業(yè)的商業(yè)奇跡；那么下一個十年，新能源將接過這一棒，帶領(lǐng)更多中國企業(yè)走出國門，走向世界。

具體到儲能行業(yè)，現(xiàn)階段的商業(yè)機(jī)遇主要在海外市場，特別是歐美的大型儲能項目。因為歐美發(fā)達(dá)國家的新能源發(fā)展更快，電力結(jié)構(gòu)中火電占比比中國低很多，儲能需求更迫切，同時這些國家的購買力也更強(qiáng)。中國已經(jīng)在動力電池行業(yè)、光伏行業(yè)分別成為世界第一，眾多相關(guān)企業(yè)，將有機(jī)會在格局未定的萬億儲能市場中，抓住新一輪歷史上升機(jī)遇，找到自己的增長密碼。

在這條剛剛起飛的賽道上，或許十年后我們再回過頭來看，有些企業(yè)我們在2021年從未聽過。但商業(yè)的魅力就在于，沒有人能預(yù)測未來，強(qiáng)者未必恒強(qiáng)，牌桌上永遠(yuǎn)可能出現(xiàn)黑馬。

主要參考資料：

《儲能的江湖》，Mr蔣靜的資本圈，2021.1

《中國低碳技術(shù)創(chuàng)新需求評估：以儲能行業(yè)為例》，CNESA，2021.5

《儲能行業(yè)專題報告1：儲能市場加速開啟，商業(yè)模式未來可期》，東方證券，2021.8

《東北拉閘限電與能耗雙控?zé)o關(guān)，這三點才是真實原因》，財經(jīng)雜志，2021.9

《沒別的，最近限電的原因就是這些！》，地球知識局，2021.10

《聊一聊中國電力體系與限產(chǎn)限電》，星海情報局，2021.10

《儲能戰(zhàn)場，鋰電系與光伏系是競爭還是合作？》，Mr蔣靜的資本圈，2021.12

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