哪种储能方式会最终胜出

孙小兵

2022年7月17日

（以下内容摘自作者《关于抽水蓄能投资的14个问答》）

　　“碳达峰、碳中和”战略提出后，我们对涉及的38个问题进行了研究，综合考虑技术迭代、系统成本、市场需求、资源禀赋等情况，我国要实现碳达峰、碳中和，“能源是主战场、电力是主阵地、风光电是主力军、新型电力系统是主方向”。风电、光伏发电属于随机波动电源，要适应大规模高比例发展，必须构建新型电力系统。构建新型电力系统涉及多个方面，其中有两个主要抓手，一是加大灵活调节电源建设；二是加大数字化、智能化建设。在灵活调节电源建设方面，储能是关键措施之一。

　　在众多储能方式中，哪种储能方式会最终胜出呢？

　　对行业的中短期预测是高风险的，但是，可以基于技术迭代、产业演进、逻辑推断做长期预测。目前，抽水蓄能、压缩空气储能、锂离子（含钠离子）电池储能是最具规模化应用前景的三种储能方式。从锂离子（含钠离子）电池储能的技术迭代来看，其存在很大概率于2030年之前，在经济性、安全性、适用性、灵活性等方面全面超过抽水蓄能和压缩空气储能。

　　主要基于以下判断：

　　一、锂离子（含钠离子）电池储能的适用性和灵活性高于压缩空气储能，更高于抽水蓄能。

　　二、从技术发展趋势来看，锂离子（含钠离子）电池储能的安全性不存在无法突破的障碍，特别是钠离子电池储能，本身不存在安全性问题。

　　三、到2030年，全球电动汽车及储能行业对锂离子（含钠离子）电池的需求量约为34.5亿千瓦时/年（参考高盛预估值），其中，储能电池的需求量约为3.0亿千瓦时/年。即，到2030年，动力电池的需求量为储能电池需求量的9倍以上，如此大的动力电池消费市场，足以支撑锂离子（含钠离子）电池的快速迭代。过去10年，受电动汽车需求推动，锂离子电池的技术迭代很快，降本效果明显。2010-2020年，全球锂离子电池组平均成本由1100美元/千瓦时，下降至137美元/千瓦时，下降了87.5%。

　　四、长期来看，锂离子（含钠离子）电池储能的单位成本呈下降趋势，抽水蓄能的单位成本呈上升趋势，两者总会存在交叉点。这个交叉点出现的时间，我的看法是在“十五五”中后期。

　　五、锂离子（含钠离子）电池储能的系统成本（不含升压站及送出线路）在“十五五”期间有望降至900元/千瓦时以内（电芯价格降至0.35元/瓦时）。锂价变动受多方因素影响，很难给出中短期的准确判断；长期来看，我大体认同高盛在2022年5月对锂的研究报告（https://xueqiu.com/6498120968/221472724）。储能电池对体积能量密度和质量能量密度的要求不高，下一步，钠离子电池作为储能电池的优势将逐步显现，市场需求会推动供应链形成，进而促进全产业链降本增效。“十五五”期间，钠离子电池储能的系统成本（不含升压站及送出线路）有望降至750元/千瓦时以内（电芯价格降至0.20元/瓦时）。

　　六、根据美国地质勘探局（USGS）数据，过去5年（2016-2021年），随着勘探投入增加，全球金属锂的探明资源量从5300万吨增长至8900万吨，而生产量仅从3.8万吨增长至10.0万吨。加之回收量逐年增加，锂资源是充足的。金属锂及其化合物的价格中短期受供需及金融衍生品市场影响，长期仍主要由成本决定。

　　七、按照以下条件对抽水蓄能和锂离子（含钠离子）电池储能进行成本对比：

　　1. 抽水蓄能等效抽水小时数1000小时/年，折旧年限40年；锂离子（含钠离子）电池等效充电小时数1000小时/年，电芯折旧年限12.5年，其他主要设备及构筑物折旧年限25年。“十五五”期间，锂离子（含钠离子）循环寿命达到12500小时。

　　2. 按参与调峰辅助服务市场考虑，峰谷电价差按0.7元/千瓦时计算。

　　3. 除折旧、抽发（充放电）成本外，两类储能的其他单位成本（财务成本、运维成本等）按相同考虑。

　　4. 抽水蓄能单位总投资按6000元/千瓦（10小时）、单位投资按600元/千瓦时考虑。锂离子（含钠离子）电池储能单位投资按1200元/千瓦时考虑。

　　5. 抽水蓄能抽发效率按75%考虑；锂离子（含钠离子）电池储能充放电效率按90%考虑。

　　按照上述条件，1000千瓦时储能能量每年的折旧、抽发（充放电）成本为：抽水蓄能，折旧成本15元、抽发成本175元，合计190元；锂离子（含钠离子）电池储能，折旧成本60元、充放电成本70元，合计130元。抽水蓄能的单位千瓦时综合成本比锂离子（含钠离子）电池储能高46.2%。从上述测算来看，锂离子（含钠离子）电池储能的经济性远优于抽水蓄能。

　　基于上述条件，我们测算了两类储能的成本平衡点：当锂离子（含钠离子）电池储能电芯价格降至600元/千瓦时、循环寿命达到9000次，两类储能即可实现成本相当。

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　　作者简介：正高级工程师，主要从事能源电力研究、碳达峰碳中和研究、新能源投资、基础设施特许经营投资等工作。撰写宏观能源问题研究专著1部，发表论文近30篇；拥有发明专利4项、实用新型专利4项；获省部级科技进步“二等奖”1项，中央企业级科技进步“一等奖”1项、“三等奖”1项。多次受邀为北京大学光华管理学院MBA班讲授《世界能源宏观形势及跨境基础设施投资》、《中国能源发展状况及境外非水可再生能源投资》、《世界能源发展趋势及跨境可再生能源投资实务》、《碳达峰碳中和相关背景、实现路径及产业机会》。