碳中和——未来40年的最大机遇(2)
目前我国能源结构中，非化石能源仅占15.9%，清洁能源(含水电)占36%，煤炭占52%。
为了帮助实现双碳目标，提高可再生能源在电力供应和终端消费中的比重是实现双碳目标最有效的途径。
而风电、光伏等供电侧的可再生能源波动性大，无法持续稳定供电，这就导致了下一个亟待解决的问题——储能。
2.1储能的必要性
近年来，随着光伏组件成本进一步下降，光伏电站在没有补贴的情况下已经盈利，大量资本涌入光伏行业。从生产到运营，整个光伏产业规模大幅增长，但同时也带来了一个问题，就是光伏只能白天发电，晚上怎么办？风扇只有在有风的时候才能转动。没有风的时候该怎么办？
日风速波动较大。
随着可再生能源(风电和光伏)的比重越来越大，风电和光伏的不稳定性带来的不仅仅是短期的电力不可用，其波动性对电网的影响还会引起配电网的潮流变化，影响电能质量(电压、频率和波形)，对电网侧和用户侧都有很大的影响。
10年前，各地电网没有现在这么强的时候，电网公司总是拒绝风电、光伏等垃圾电，这也是为什么用电量少的省份，弃风弃光限电的情况很多。
将短期超发(用不完)的电储存起来，在没电时(晚上或无风时)持续输出到网上，就可以避免上述情况。
2.2储能如何盈利
以前储能一直是政治任务，因为赚不到钱，但是现在技术到了盈利的瓶颈，国家开始给储能行业加把火。
几天后，提高分时电价的政策出台了:
文件的主要目的是继续放开峰谷电价，有条件的话分时电价差距可以达到4倍。这两个文件，一明一暗，都在鼓励储能行业的发展。技术变革前夕，政策加码，储能行业实现全面盈利只是时间问题。
目前大型电站并网侧储能电站在财务核算上已经能够实现盈利，但盈利能力与目前峰谷电价差下的储能期差不多。
2.3电网侧储能
电网侧储能的主要作用是调峰调频，保证用电质量，而最常用的调峰调频手段就是抽水蓄能电站。
8月6日，国家能源局综合司发函征求《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)，提出到2035年我国抽水蓄能装机容量将增至3亿千瓦，比2020年增长10倍，远超市场预期。此前，业内预计2030年中国抽水蓄能总装机容量将达到1.1.3亿千瓦，到2060年底总装机容量将达到1.8亿千瓦。这意味着，到2030年，生产总计划将远远超过之前2060年的目标。抽水蓄能迎来发展窗口期。
大型抽水蓄能电站的投产将大大增强现有电网的调峰能力，增加电网吸收可再生能源的能力，最终提高清洁能源在中国电网中的比重。
抽水蓄能是目前最成熟、装机最多的主流蓄能技术，在各种蓄能技术中电力成本最低。如上图所示，抽水蓄能电站由两个高度不同的水库组成，上下两个水库通过输水系统和发电机组连接。
在电网低负荷时期，电站利用廉价的谷电将水从下水库抽到上水库储存，即把电能转化为重力势能。并且等到电网负荷高峰期，电站会把上水库储存的水释放出来发电，这样就可以高价卖电了。
抽水蓄能电站的缺点也很明显，受地形影响很大。在地形复杂的情况下，建设成本会大幅上升，建设周期大概在5-8年左右。而且电站建成后，由于长距离管道输送和多台汽轮机的配合，机械能损耗较高，储能效率在70%左右。
目前国内各大地方电网公司做抽水蓄能电站，电站建设过程中所需的设计、施工或总承包几乎被一家央企垄断——中国电建。
中国电建公司囊括了国内几乎所有的头部水电设计院，其中最著名的是位于杭州的华东勘测设计院，年营收过百亿，超过大多数上市公司。
其抽水蓄能市场占有率国内达到80%，世界达到50%，可以说是中国水电建设第一。
抽水蓄能电站的主要设备是水轮机。在这方面，传统的汽轮机厂实力相对较强，比如东方电气、哈电。但水轮机作为一种成熟的发电设备，技术成熟，价格溢价不大。
2.3电源侧储能
2.3.1其他储能形式
抽水蓄能电站是机械储能的一种，其他成熟的机械储能方式有飞轮储能、压缩空气储能等。
根据储能介质的不同，储能还可以分为电化学储能、化学储能、热能储能和电磁储能，但时至今日，机械储能仍然是最成熟、成本最低的储能方式。
目前，电化学储能的应用是最广泛和最有前途的。新能源汽车产业链的核心部件动力电池是电化学储能的应用之一。根据介质不同，可分为锂离子电池、铅酸电池和钠离子电池。
化学储能概念简单，但操作过程极其复杂。顾名思义，就是把电能转化成化学能储存起来。最常见的方法是通过电解水产生氢气。
热能储存的典型应用是光热发电站。阳光集中后，作为介质的熔盐被熔化吸收大量热量，熔盐继续加热水形成蒸汽，带动汽轮机发电。太阳下山后，发电站可以继续利用熔盐中储存的热量发电。光热电站是为数不多的能稳定供能的新能源电站。
50MW光热发电站效果图
电磁储能包括超导储能、电容储能和超级电容储能，储能效率高，但离实际应用还很远。
目前电源侧储能主要是电化学储能和化学储能，分别对应于并网电站和分布式电站。
电化学能量储存
目前全国新建集中式(并网)新能源电站都需要自适应储能，主要用于新能源电站波动较大时储能。因为集中式电站上网电价是固定的，峰谷电价差价没有利润，主要是增加电站上网电量，增加电站收益。
同时，在电网端，也有大量的储能电站，具有与抽水蓄能、调峰、调频相同的功能，其盈利模式是电能低买高卖。
图片摘自某券商研究报告。
这部分储能主要是电化学储能，比较有前景的电化学储能是:锂离子电池和钠离子电池。
以锂离子电池为代表，简单说说电化学储能的优缺点:
1，成本快速下降。
在政策利好的推动下，近年来锂电池的千瓦时成本快速下降。目前，锂电池储能电站已经有成熟的应用。在一定的电价条件下，储能电站的内部收益率(IRR)可以达到8%，已经达到大多数国企和央企投资项目的最低标准。
2.几乎不受场地条件限制。
化学储能需要更大的场地和更高的安全生产标准，而锂电池储能由于能量密度相对较低，体积较小，适用于工业园区、充电站、高端仪器设备等。
3.恐怕成本会陷入瓶颈。
锂矿资源有限。可以预见，以目前的发展速度，在不久的将来，由于上游材料价格的上涨，锂电池将进入瓶颈期，锂电池的成本无法保持目前的下降趋势。
4.能量密度提升处于瓶颈。
虽然锂电池的能量密度在过去几年有了很大的提高，但是和人类使用的能量相比还是太小了，而且锂电池的能量密度提高的速度也不像半导体那样是指数级的，而是按比例慢慢提高，锂电池能量密度的提高可能跟不上人类对储能容量的需求。
与锂离子电池相比，钠离子电池具有成本低的优势，且钠的储量远大于锂(已探明储量约为锂的420倍)，因此未来有大规模应用的可能。但钠离子电池可重复使用的次数仍然较低，能量密度小，不经济。
锂电池的优势在于，随着新能源汽车的普及，未来电动车配备的动力电池退役后可以继续作为储能电池使用。
在电化学储能领域，当代安培科技有限公司是当之无愧的绝对领导者。不仅最近发布了钠离子电池，中期报告显示，当代安培科技有限公司的储能业务比2020年增长了7倍多。
从当代安培科技有限公司可以预见，未来的电化学储能市场将极其广阔。
化学能储存
化学储能主要以氢能储能为主。对于氢气储能，更直接的盈利模式是化工企业投资新建分布式光伏电站，利用光伏制氢，而氢气恰恰是大部分化工企业的制造原料，比如氢气制乙烯。
在光照条件好、水资源丰富的地区，化工企业很容易降低制造成本，获得利润。
此外，海上风力发电用于沿海化工厂制氢，电解水用于生产甲醇作为燃料电池的燃料。盈利能力完全取决于自然条件(风/光资源和运输管道的长度)。
因为对氢能产业链的分析不再展开，有兴趣的可以看前面的文章。未来，新能源和氢能储能的分布式电站建设一定是一个重要的发展方向:
未来很远——浅析氢能产业链
2.4用户端储能
目前用户侧的储能主要是电化学储能。随着电动汽车在应用端的普及，用户端储能的需求缺口会越来越大。
做个简单的计算题:现在很多人都用电动车。如果电动车使用快充，大概1小时就达到75%的电量，而充电桩的电量大概是100-200kw，也就是1小时，100度到200度。在电动汽车全面普及之前，
但如果在一个几十万(百万)人口的十八线小县城，电动车全面普及后，几千(百万)辆车同时充电，瞬时功率会达到一个恐怖的数值，大部分县级电网承受不了这么高功率的冲击。
于是，一些分布式充电桩运营公司应运而生，如当代安培科技有限公司投资的专注于储、充、检一体化运营的快步科技。
将光伏、电化学储能和充电桩相结合，不仅可以大大降低充电站的运营成本(无需向电网购电)，还可以缩短充电站的建设审批时间(无需取得电网配电牌照)。但新增加的光伏组件和电化学储能设备也会大大增加充电站的建设成本。
还有很多其他的用户端应用，比如大型设备UPS，工业园区储能电站等。，所以就不一一举例了。
储能形式多种多样，这里主要分析最有前景的电化学储能产业链。
3.1电化学储能系统原理
其中，PCS:储能变流器，将电池系统与电网连接起来，实现DC与交流电的双向转换。
BMS:电池管理系统，用于电池充放电管理。
BS:电池组，核心部件，主要成本在于电池。
能源管理系统。
电化学储能系统的造价见上图，其中EPC是指电化学储能电站建设占总承包造价的比例。可以看出，电池成本占整个系统的一半以上，其次是PCS储能转换器，这两项也是储能系统中技术含量最高、壁垒最厚的板块。
3.2每盘龙头
储能电池代表企业:当代安培科技有限公司、派能科技、比亚迪、亿纬锂能。
当代安培科技有限公司:无可争议的绝对领导者。中报显示，储能业务同比增长超过7倍，在电池领域拥有绝对话语权。
亿纬锂能:在5G和冯光电站储能方面发展较快，但在二线电池厂中仍居首位。
比亚迪:全产业链覆盖，技术沉淀深，海外市场光明，但主营业务是整车，储能业务弹性可能一般。
派能科技:储能业务纯粹，以用户端储能为主，目前业绩一般释放。
PCS(储能逆变器):阳光电源、古德威、金朗科技。
阳光电源:储能逆变器和储能系统在全球逆变器市场都处于领先地位。
古德威:类似派能科技，专注于用户端储能逆变器市场。
金朗科技:变频器领域的新秀，发展几年内就从阳光电源手中抢过不少国内市场，后市可期。
系统集成:洪升股份。
EPC:永福股份，垃圾，就是个破设计院，要不当代安普科技有限公司不入股就是渣。
今天的文章有点长，产业链有点简单。到目前为止，在政策的支持下，储能也只是能够达到国企投资需求的水平(大概比常规收益率高一点)，远没有达到全面爆发的程度。
如果要投资储能领域，价值最高的电池和逆变器必然先爆发。至于其他的，尽量不要碰。