千亿氢储能市场一触即发

　　一、双碳政策下可再生能源装机高增，新型能源结构转型催生储能需求

　　1.1 全国碳排放权交易市场正式启动，电力行业成碳交易市场先行试验田

　　火力发电是我国碳排放的主要来源。中国是全球碳排放主要贡献者，碳排放量常年占 比全球碳排总量的 30%，2021 年碳排放超 199 亿吨。从排放结构角度看，电力行业为 我国碳排放的主要来源，占比超过 42%，几乎所有碳排放均来自于燃煤发电，占比高 达 99%。制造行业碳排放量其次，占比超 38%，其中 5 大高耗能产业(石油化工及炼 焦、黑色金属冶炼、非金属矿物冶炼、化工、有色金属冶炼)是重点排放对象，贡献 国内制造行业 90%的碳排放。交通行业考虑生产过程的碳排放以及行驶过程中的碳排 放，总碳排放量占比则超 5%。

　　火力发电碳排放量仍呈现逐年上涨态势。近五年火力发电量占比逐年下降，从 2017 年的 72%下降到 2021 年的 71%，但是因为社会总用电量不断上升，火力发电的绝对数 值仍然持续增加，从 2017 年的 4.8 万亿 kWh 增加到 2021 年的 5.8 万亿 kWh，进而带 来的碳排放量的增长，减碳形势不容乐观。

　　电力行业成碳交易市场先行试验田。全国碳排放权交易市场于 2021 年 7 月 16 日正式 启动交易，成为全球覆盖碳排放规模最大的碳市场。目前中国碳市场覆盖发电行业控 排企业 2162 家，控排企业的年排放量超过 40 亿吨二氧化碳，占全国碳排放比例超 40%，从规模方面讲已超过欧盟碳市场覆盖的排放量(2019 年约为 19 亿吨二氧化碳)， 成为全球“覆盖碳排放量”大的碳市场。

　　1.2 双碳政策下能源结构转型，可再生能源装机迎来高增

　　《“十四五”可再生能源发展规划》，到 2025 年可再生能源年发电量达到 3.3 万 亿千瓦时左右。“十四五”期间，可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中 的占比超过 50%，风电和太阳能发电量实现翻倍。即相较 2020 年，推算 2025 年 可再生能源发电量占比将至少达到 18%左右。

　　2023 年政策层面端再加码，国家能源局出台《新型电力系统发展蓝皮书(征求意 见稿)》，规划到 2030 年新能源装机占比超过 40%，发电量占比超过 20%。文件制 定了新型电力系统“三步走”发展路径，包括加速转型期(当前~2030 年)、总体 形成期(2030~2045 年)、巩固完善期(2045~2060 年)，并明确指出打造“新能 源+”模式，加快提升新能源可靠替代能力，推动新能源成为电量增量主体。

　　预计到 2030 年可再生能源发电占比超 4 成。根据国家统计局数据，2021 年我国水、 光、风可再生能源发电量合计 2.3 万亿千瓦时，约占总发电量的 28%。根据《中国 2060 年前碳中和研究报告》结合国家政策规划，预计到 2025/2030 年，可再生能源装机量 可依次达到 15/22 亿千瓦，可再生能源发电量占全社会用电的比例将达到 35%/44%， 到 2030 年可再生能源年度发电量将超 5 万亿千瓦时。

　　测算逻辑：根据国家发改委下设全球能源互联网发展合作组织 2021 年 3 月发布 的《中国 2060 年前碳中和研究报告》数据，预计到 2030 年全社会总用电量将达 到 11 万亿千瓦时，光伏、风电、水电总装机将分别达到 10/8/4.4 亿 kW，假设 光伏、风电、水电的年利用小时数分别为 1400/2000/3800 小时，预计光伏、风 电、水电、火电在发电结构中占比将分别达到 27%/22%/12%/36%。

　　1.3 新型能源结构催生储能需求，长时储能需满足大规模应用和时间边际成本低的特性

　　可再生能源发电具备波动性，需配储调节。储能可分为电源侧储能、电网侧储能和用 户侧储能，核心均为实现电能的跨时间应用，但具体到每一侧，储能的作用又有细微 不同。

　　电源侧：1)平滑、调峰作用：由于光伏、风电、水电的随机性、波动性特征， 电源侧需要储能以实现电力从秒级到季度的供需平衡;2)黑启动：借助储能电 量带动无自启动能力发电机组。

　　电网侧：调频：可再生能源上网电量的波动可能会造成火力发电量的波动，进而 影响火力发电机组转子的转速，改变交流电的频率，因此储能还起到调节电网交流电频率的作用。

　　用户侧：1)削峰填谷：允许用户调整用电时间，降低用电成本;2)分布式发电： 推动户用可再生能源发电装置的发展;3)备用电源。

　　电源侧日度级别和季度级别储能需满足容量高、储能时间长、大规模应用成本低的特 性。电源侧的可再生能源发电因其具有随机性、波动性的特点，表现为时间维度上的 出力不均。

　　秒-分钟变化：可再生能源波动性需储能平滑。光伏发电的输出与光照强度直接 相关，因此其输出特性受天气影响明显。晴天光伏出力均匀且类似正态分布，多 云和阴雨天因光照强度波动较大，光伏出力也会发生分钟级的变化。分钟级波动 会造成发电机组转子的转速波动，进而影响到发出的交流电频率，造成系统失稳， 因此需要储能装置频繁的充放电平滑分钟级的波动，因此该种储能适合动态响应 快、效率较高的储能形式，如锂电池储能。

　　小时-天变化：光伏昼夜不均需储能调峰。光伏发电出力时间集中在 6：00-18： 00 之间，10：00-14：00 为出力高峰期，夜晚出力几乎为零，一天的输出功率变 化区间为 0-100%，昼夜差别巨大，同理风力发电在有风天气和无风天气功率输出差别也很大，需要储能进行昼夜甚至跨日间的调峰，此种储能要求储能容量大， 因此适合能量密度高、大规模应用成本低的储能方式，如氢储能、压缩空气储能、 抽水储能。

　　季度变化：可再生能源季节性差异需储能调峰。观察 2019-2022 年平均每月发电 量情况可以发现，用电侧高峰期出现在夏、冬季，光伏发电高峰期出现在春、秋 季，风力发电高峰期出现在春季以及 12 月，水力发电则只有夏季偏多，其余季 度很少。为了解决可再生能源的季度发电不均衡现象，储能则为必要的手段。此 种储能要求储能时间长、储能容量巨大，因此适合无自衰减、大规模应用成本低 的储能方式，如氢储能、抽水储能。

　　季节性储能可实现长时及广域空间的能量转移，多为跨能源形式的长期储能与利用。 当前电力系统中应用的如电化学储能等储能方式主要提供面向电力系统的日内调峰、 调频、爬坡等，用于平抑短时(秒、分钟、小时)尺度的电力波动，难以应对长时间 (周、月、年)尺度下可再生能源出力与负荷需求的电量不平衡问题。为实现长时间 尺度的能量平移，平抑数日、数周乃至季节性的电量波动，参与月、季乃至年调节过 程，需要采用长时间、大容量的储能技术，即季节性储能。其在电力系统电能富余时 将电能转化为其他可长期存储的能量形式进行储存，实现跨能源形式的长期储能与优 化利用。