我国电化学储能产业链分析与展望（2022）

罗曼

随着我国碳达峰、碳中和目标逐步推进落实，光伏、风电等新能源在能源结构中的占比不断提高，电力系统对灵活性资源的需求愈发迫切，储能作为提升系统灵活性的重要选择，迎来了前所未有的发展机遇期。其中，电化学储能凭借其受自然环境影响小、建设周期较短、安装便捷、使用灵活等优势，受到市场普遍关注，成为未来主流的储能技术发展方向。

电化学储能是利用化学电池将电能储存起来并在需要时释放的储能技术及措施。从技术路线看，可分为锂离子电池、铅蓄电池、液流电池和钠硫电池等，以技术经济性较为突出的锂离子电池为主流。从产业链看，可分为上游电池材料、中游储能系统及集成、下游电力系统储能应用。

 图1  电化学储能产业链全景

根据中关村储能产业技术联盟（CNESA）数据，2021年我国电化学储能累计装机容量为5.51吉瓦，约占我国已投运电力储能项目装机容量的12%，同比增长68.5%。CNESA在保守场景下预计，2021-2025年电化学储能累计规模复合增长率为57.4%，呈高速增长态势。

电化学储能的高速增长，不仅得益于国家政策的大力支持，更受益于产业上下游从技术到设备、从国内到海外的快速扩容。本文对我国电化学储能产业链各环节的市场格局、技术趋势等展开分析，并在此基础上展望产业未来发展，供参考。

1.市场概况

负极材料把握着电池安全命脉，成本约占电池成本的20%。常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料，其中，碳材料因具有低电化学电势、良好的循环性能、无毒、廉价且稳定等优点，是目前市场中最成熟的锂离子电池负极材料。碳材料分为石墨与非石墨两大类，石墨中的人造石墨因优异的循环性能及一致性，近年来在市场中占比持续提升，2021年市场份额达84%。

2021年，在锂离子电池市场快速增长的带动下，锂离子电池负极材料出货量大幅增长至72万吨，同比增长94.6%，市场规模达159.1亿元。此外，受全球锂离子电池市场需求增长拉动，我国负极材料出口超15万吨，较上年增长超1倍。业内预计，2022年我国负极材料仍将保持大幅增长态势，出货量将超120万吨。

数据来源：GGII

图3  我国锂离子电池负极材料各产品出货情况

2.市场格局

负极材料领域市场集中度高，就目前情况来看，我国负极材料企业在产业链布局、产品性能、成本等方面优势显著。但未来3～5年，随着欧美国家自建材料供应体系的诉求逐渐高涨，海外负极材料产量也将呈现逐步上升态势，更多的外资企业将参与市场竞争。

2021年，国内负极材料市场呈现强者恒强局面，出货量表现抢眼的为贝特瑞、璞泰来、杉杉股份、广东凯金，四家企业年度出货量均突破8万吨。

3.技术趋势

石墨类材料技术及配套工艺成熟、原料来源广泛、价格便宜，综合性价比具优势，但伴随市场对锂离子电池性能需求的提高，石墨类材料的劣势也开始显现。比容量成为石墨类负极材料短板，天然石墨比容量基本已达理论上限。

从负极材料技术发展趋势来看，硅碳负极材料是未来技术方向。与石墨负极材料相比，硅碳负极材料嵌锂能力强，理论质量比容量高达4200毫安/克，同时具有环境友好、储量丰富、成本较低等优点。为了尽可能提升电池的能量密度，目前国内众多企业已开始加大对硅碳负极材料的研发与应用。但在锂离子电池充放电过程中，硅的体积变化较大，导致材料粉化、内阻增加，失去电接触，容量衰减较快。此外，新型负极材料与其他锂电材料存在一定的匹配问题，其规模化应用仍然存在一定障碍。

1.市场概况

电解液是电池中离子传输的载体，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证，其成本约占整个锂离子电池成本的10%～15%。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、添加剂等原料组成。电解质锂盐是电解液的核心组成部分，常见的电解质锂盐有六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂等，由于性能、安全性和成本方面优势，六氟磷酸锂成为市场占有率最高的锂离子电池电解质，约占电解液成本的44%。

研究机构EVTank数据显示，2021年，全球锂离子电池电解液出货量61.2万吨，其中中国企业出货量达50.7万吨，同比增长88.5%，占全球电解液出货量的82.8%。

 数据来源：EVTank

图4  我国锂离子电池电解液出货情况

2.市场格局

从我国主要电解液企业来看，2021年，天赐材料以出货量超过10万吨排名第一，新宙邦和国泰华荣电解液出货量均超5万吨，前十家企业的集中度达到84.3%。电解液的制造环节并不需要高投入的设备，其对应吉瓦时锂离子电池的电解液设备投资额仅需不到500万元，是锂离子电池四大材料中最低的。电解液建设周期也较其他环节短，如天赐公告的10万吨产能建设周期仅为一年，因此，规模不直接构成电解液环节的竞争壁垒。

2021年，由于六氟磷酸锂、溶剂和添加剂等环节的供应紧张导致成本大幅度上涨，国内电解液企业逐渐意识到供应链安全的重要性，大量电解液企业开始涉足锂盐、溶剂和添加剂领域，产业链企业之间的纵向整合与相互结盟趋势日益明显。

3.技术趋势

国产电解液经过多年发展，已经成为四大材料中技术最为成熟的品种。下一步，电解液发展方向将围绕稳定性和安全性进行。双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）具有优于六氟磷酸锂的物化性能，其热稳定性较好，溶解温度为200摄氏度，高于六氟磷酸锂80摄氏度的溶解温度，成为最具潜力的新型锂盐。但LiFSI生产成本远高于六氟磷酸锂，目前价格近50万元/吨，约为六氟磷酸锂价格的五倍，因此LiFSI仅作为添加剂在部分电解液中与六氟磷酸锂混合使用。此外，固态电解质因能彻底解决高温分解问题，成为未来锂离子电池电解材料的重要发展方向。

1.市场概况

隔膜是锂离子电池四大主要材料中技术含量最高、国产化最晚的组件，主要功能为隔离正负极以防止短路，同时让电解液中的锂离子通过，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等，成本约占锂离子电池的8%。

2021年，我国锂离子电池隔膜出货量78亿平方米，同比增长超100%，全球市场占有率突破70%。其中，受市场对电池能量密度要求提升影响，叠加产能持续释放，湿法隔膜牢牢占据市场主导地位，出货量占比上升至74%。

图5  我国锂离子电池干、湿法隔膜出货情况

2.市场格局

隔膜市场整体呈现“一超多强”的行业竞争格局。恩捷股份2021年锂电隔膜产量超过30亿平方米，湿法隔膜市场占有率超过50%，占据市场龙头地位。第一梯队中的中材科技及星源材质2021年整体产能增长有限，但产能利用率均处于高位。

3.技术趋势

隔膜制备工艺主要有干法拉伸和湿法拉伸，其中干法拉伸又分为单向拉伸和双向拉伸。湿法拉伸主要针对低密度的聚乙烯（PE）材料，目前较多应用于三元锂电池；干法拉伸工艺主要针对聚丙烯（PP）材料，目前主要应用于磷酸铁锂电池。

湿法隔膜相比干法隔膜在力学性能、透气性能和理化性能方面均具有一定优势，但热稳定性相对较差。而可大幅提升湿法隔膜热稳定性的涂覆技术，是未来发展趋势。当前的涂覆材料主要为陶瓷（氧化铝、勃姆石），通过陶瓷涂覆隔膜提高热稳定性、降低高温收缩性等，从而使隔膜性能更加优良。

1.市场概况

储能电池是储能系统中的能量存储单元，属于储能产业链的核心环节。作为目前市面上主流的电化学储能技术，当前锂离子电池储能装机约占电化学储能总装机的九成。

在一系列利好政策的推动和海外市场需求持续旺盛的拉动下，2021年我国储能锂离子电池市场呈现爆发式增长，储能型锂离子电池产量32吉瓦时，同比增长146%，储能锂离子电池企业普遍进入订单爆满、产能不足与计划大幅扩产的状态。GGII预测，“十四五”期末我国储能锂离子电池出货量将达到180吉瓦时，与2020年相比增长十倍以上，五年复合增长率将超60%。

图6  我国储能锂离子电池出货量和装机增长情况

2.市场格局

从全球来看，储能锂离子电池市场供货商主要集中在中日韩等国家及地区。近几年各大企业出货量排名此起彼伏，尚未形成稳定的竞争格局。EVTank数据显示，2021年全球储能锂离子电池总体出货量66.3吉瓦时，同比增长132.4%。全球锂电出货量快速增长的驱动因素主要来自中国企业。其中，宁德时代以接近25%的市场份额排名全球第一，其次分别为比亚迪、韩国三星SDI、韩国LGES，四家企业储能锂离子电池出货量合计占全球市场份额接近70%。

订单暴增促使龙头企业频繁募资扩充电池产能，储能电池环节整体按下扩产的加速键。然而锂离子电池上游原材料并未完全准备好迎接下游的扩产，中短期内锂盐等原材料仍将处于紧缺状态。为建立自身竞争优势，未来一段时间龙头企业将加大布局上游原材料和设备环节。

3.技术趋势

从产品趋势看，当前我国储能锂离子电池以方形磷酸铁锂电池为主，因大电芯电池体积能量密度相较于小电芯更具优势，而电池PACK端零部件使用量的减少有利于降低成本，储能锂离子电池电芯与模组正朝着大电芯、高集成化方向发展。锂电生产企业和系统集成商研究从100安时电芯逐渐切换到200安时以上电芯，刀片性磷酸铁锂电池、CTP工艺等技术将有望从动力电池领域推广至储能领域。

1.市场概况

电池管理系统作为实时监控、自动均衡、智能充放电的电子部件，在储能系统中发挥着保障安全、延长电池寿命、估算剩余电量等重要作用。

从2004年起，我国企业开始布局电池管理系统的产品研发和生产制造，近几年，国内电池管理系统行业技术快速发展，应用范围不断扩大。据统计，2012年我国电池管理系统市场需求规模仅1亿～2亿元，随着新能源产业蓬勃发展，2021年市场需求规模已达108亿元。业内预计，2022年我国电池管理系统市场需求规模将超120亿元。

2.市场格局

受益于国际产业转移以及我国产业政策的大力支持，我国电池工业及配套产业发展迅速，叠加下游电池市场需求高速增长，共同推动国内电池管理系统厂商加大自主开发力度。目前国内电池管理系统厂商已开发出不同应用领域的电池安全管理产品，部分产品参数达到了国际先进水平。相较于国外电池管理系统厂商，国内企业具备应用灵活、本土化服务水平高等优势，近年来逐步开展产品进口替代。

现阶段，我国有近百家企业进军电池管理系统领域，销售市场竞争激烈，但技术性领跑企业屈指可数。从地域分布看，我国电池管理系统厂商主要分布在广东省和长三角地区。从出货量情况看，2021年我国企业在国内储能电池管理系统市场中出货量排名前三的厂商依次是高特电子、科工电子、协能科技；我国企业在全球储能电池管理系统市场中出货量排名前三的厂商依次是协能科技、高特电子、科工电子。

3.技术趋势

电池系统热管理是储能安全的关键环节。储能电站起火爆炸事故大多发生在充电中或充电休止过程中，这一阶段电池活性较大，电芯处于过充状态，电压升高易形成内短路，造成局部热失控从而引发自燃。电化学储能温控系统冷却包括风冷、液冷、热管冷却、相变冷却等方式，其中风冷和液冷为当前主流方式，热管冷却和相变冷却设计复杂、成本高昂，当前尚未在储能温控方案中实际应用。由于空气的比热容低、导热系数低，风冷一般用于通信基站等功率密度较低的场景。而液冷散热效率高、能耗较低且占地面积小，随着储能系统规模逐步增长，其综合优势将进一步显现。

此外，电池管理系统内部状态参数的评估高度依赖电池的基础数据采集，电池基础数据具有采集量大、精度要求高、内部电路复杂等特点，基础数据采集精度的提升将会是下一步重点研究方向。例如美国凌力尔特公司推出一款LTC6813-1多节电池堆栈监控器，可实现单体电压采样精度达到微秒级，单体电压采样误差小于1.2毫伏。

1.市场概况

能量管理系统又称电网调度自动化系统，是运用自动化、信息化等专业技术，对储能系统的能源供应、存储、输送等环节实施动态监控和数字化管理的系统，可分为电网层级能量管理系统和微电网能量管理系统，储能系统中的能量管理系统主要指的是微网能量管理系统。

现阶段，我国电化学储能能量管理系统应用比例偏低，2021年市场规模仅为6亿元。随着能源产业数字化水平提升，能量管理系统应用比例将逐步加大。预计“十四五”期间，我国能量管理系统市场规模年均复合增长率将超过100%，行业发展前景广阔。

2.市场格局

相较于电化学储能产业链中游其他子系统，能量管理系统成本最低，市场需求较小。以10兆瓦时的储能系统项目为例，仅需一套能量管理系统，成本约50万元，仅占系统总成本的3%左右。能量管理系统相对其他储能系统部件市场规模较小，目前行业尚未形成龙头企业，且由于能量管理系统与电网配合密切，厂商需要对电网运行特点有全面的了解，才能针对性地解决电网运行中的需求，因此国内能量管理系统提供商主要为国网系公司。

3.技术趋势

通过电源侧设定储能设施配置比例及补贴等方式可短暂刺激储能装机，但市场真正成熟壮大离不开储能系统效率提升、循环寿命延长和系统成本的降低。储能电站的智慧化运维和精细化管理是能量管理系统未来发展的重要方向。

储能电站运维大致分为三个层面：一是设备监测，采用线上监控+线下巡检的运维方式，通过运维系统对集装箱内安防、制冷、消防、电池组、储能逆变器、配电柜等系统进行实时监控，对系统进行提前预判。二是数据分析，通过监测平台收集储能电站运行的海量数据，对电池性能演变规律进行研究，优化系统设计。三是控制策略，根据运行数据判断是否需要对电池PACK的容量重新标定、调整原有的控制策略甚至做出硬件层面的改动等，通过控制策略进行有效协调，在最大程度跟踪发电出力计划的同时实现储能电池的最优运行，延长储能电池在役寿命，实现储能设备利用率最大化。

储能变流器是连接储能电池系统和电网的双向电流可控转换装置，作为储能装置和电网连接的关键器件，可在电网和储能系统中快速、精确调节功率、电压、频率，提升电能质量和传输效率，保障电网稳定安全。

我国储能变流器行业于2012年起步，多以建设示范项目为主，随着示范项目的成功探索、储能技术的成熟和储能系统成本的下降、政策上的补贴引导，储能变流器市场逐渐走向成熟。近几年电化学储能规模不断增长，带动储能变流器市场需求攀升，市场规模持续扩大，2021年我国储能变流器市场规模为36.7亿元。

2.市场格局

由于储能逆变器与光伏逆变器在技术原理、使用场景、上游供应商和下游客户上都有较高的重合度，因此储能变流器企业大多来自光伏逆变器厂商，行业竞争格局也类似。作为储能变流器核心设备，IGBT等功率器件对电能起到整流、逆变等作用，由于其性能直接影响充放电效率，客户对其性能和可靠性的要求高，因此过去储能变流器企业在器件选用中往往偏好性能更优、稳定性更好的国外产品，我国IGBT市场长期被欧日厂商主导。而近两年受疫情影响，海外芯片交付期限延长，叠加中美贸易摩擦等因素，国内厂商的市场占有率逐步提升。

从企业区域分布集中度看，我国储能变流器制造企业主要分布在华南、华东地区。其中，广东省储能变流器制造企业数量最多，占比约39%。2021年，我国企业在国内储能变流器市场中出货量排名前三的厂商依次为上能电气、科华数能、索英电气，我国企业在全球市场中出货量排名前三的厂商依次为阳光电源、科华数能、比亚迪。

总体而言，我国储能变流器市场处于提质降本、规模化发展的初期阶段，现有竞争者数量不多，尚未出现行业龙头，不同应用场景对应的变流器之间存在一定技术壁垒，短期行业竞争程度较低，但长期将面临来自储能行业各细分领域企业的竞争压力。

3.技术趋势

储能变流器的产业发展受电池储能系统发展需求的推动，随着未来储能电站容量逐渐上升，储能变流器将由分布式储能路线（即多台小功率变流器汇流升压后接入电网和负荷），向大功率大容量方向发展。从应用方面看，具备光储充一体化的储能变流器应用将逐步增多。

2021年，全球新型储能新增装机10.2吉瓦，同比增长117%，我国新型储能新增装机2.4吉瓦，同比增长54%，均创下了历史纪录。储能正进入规模化发展新时期，带动储能系统集成市场飞速发展。

图7  2021年全球新型储能新增装机地区分布

2.市场格局

目前，国内的储能系统集成商主要分三类：第一类布局储能全产业链，储能系统的主要部件均由自己生产，代表厂商为阳光电源、中天科技等；第二类为专业集成企业，可针对不同应用场景提供定制化集成服务，代表厂商为多益能源；第三类依托自身产品，从单纯的设备供应商转型为系统集成商，如宁德时代等，此类储能系统集成商队伍正随着电池企业和光伏企业的加入而日渐庞大。此外，作为储能项目业主方的国有发电企业、电网企业等也开始布局储能系统集成领域。

2021年，国内市场储能系统出货量排名前三的储能系统集成商依次为海博思创、电工时代、新源智储；海外市场储能系统出货量排名前三的储能系统集成商依次为阳光电源、比亚迪、沃太能源。

3.技术趋势

随着风光等新能源大规模并网，部署大规模储能的需求也越来越多，而大规模储能电站快速建设与系统集成设计标准体系不足，造成标准不统一、维护不便、接入不便等一系列问题。标准化设计将成为储能系统集成的下一步技术方向。

在发电侧，储能是发电厂用来促进电力系统安全平稳运行的配套设施，主要应用场景包括可再生能源并网、电力调峰、辅助动态运行、系统调频等方面。2021年以来，国家密集出台相关政策，为发电侧电化学储能发展创造了充足的市场空间。

表1  电化学储能市场化发展相关政策文件

数据来源：据公开资料整理

图9  我国电化学储能下游应用领域装机结构

2018-2021年，我国发电侧电化学储能装机占下游应用领域总装机的比重不断增长，由28.1%提升至67.3%，而用户侧的电化学储能装机占比呈现下降趋势。据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会统计，2022年上半年我国并网投运的电化学储能项目为51个，新增装机39.2万千瓦。其中集中式新能源项目13个，新增装机15.2万千瓦；电源侧辅助服务项目4个，新增装机11.6万千瓦。业内预计，2022年全年发电侧电化学储能装机占比将达72%。

在电网侧，储能可以提高电力系统安全性，具体表现为能够缓解电网阻塞，延缓输配电设备扩容升级，还能参与系统调峰调频或是充当备用容量。

表2  储能在电网侧的主要用途

虽然《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，因地制宜发展电网侧新型储能。在负荷密集接入、大规模新能源汇集、大容量直流馈入、调峰调频困难和电压支撑能力不足的关键电网节点合理布局新型储能；在供电能力不足的偏远地区合理布局电网侧新型储能或风光储电站；在输电走廊资源和变电站站址资源紧张地区支持电网侧新型储能建设。但目前，由于成本疏导等问题，电网对电化学储能的热衷度并不如抽水蓄能。2022年上半年，我国新增并网投运电网侧电化学储能项目4个，新增装机80.3兆瓦/173.6兆瓦时。

在用户侧，储能主要发挥削峰填谷、需求侧响应、动态增容和应急备用等作用，当前主要收益模式为峰谷价差套利、调峰调频辅助服务补偿、需求响应补偿、基本电费节约等。

用户侧储能曾是我国最具潜力的储能应用场景，然而2018和2019连续两年执行降低一般工商业电价10%的政策，峰谷价差空间缩小，压缩了用户侧储能盈利空间。2020年起，用户侧储能市场占比不断下降。目前我国华中、华南、华东等经济发达、负荷集中度高的地区用户侧储能经济效益较好，而部分省份峰谷价差较低，无法通过单一的峰谷套利方式实现用户侧储能规模化发展。2022年上半年，我国新增并网投运用户侧电化学储能项目24个，新增装机34.7兆瓦/79.8兆瓦时，新增分布式及微网电化学储能项目6个，新增装机9兆瓦/15.5兆瓦时。

全球范围来看，目前户用储能主要集中在高电价国家或地区。据IHSMarkit统计，2020年德国、美国、日本、澳大利亚四国户用储能合计占比达74.8%。2021年下半年以来多国电价暴涨和能源安全隐忧使用户侧储能持续升温，但是受上游碳酸锂等原材料价格上涨影响，户用储能企业普遍增收不增利。

电池管理系统和储能变流器作为电化学储能的感知和决策核心，行业核心技术壁垒相对较高。其中，电池管理系统中主要用到的芯片包括AFE、MCU、ADC等主要由国外企业供应，国内发展相对滞后，需要大量专有技术经验积累。储能变流器的核心在于拓扑结构和IGBT，其IGBT技术与光伏逆变器技术同源，行业内的供应商大多为光伏逆变器厂商，国内包括阳光电源、华为等占据一定市场份额。长远来看，随着“十四五”国内储能产业迎来新变革，储能产业作为万亿级的潜在蓝海市场，未来在电池管理系统、储能变流器等核心元器件环节将率先迎来国产化需求的爆发。

现阶段，商业化锂离子电池已不能完全满足能量存储所需的性能、成本和其他要求。为适应移动式储能和大中型储能应用需求，电化学储能技术正逐步从锂离子电池拓展至更多技术路线，如固态锂电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池等领域，并有望于2025年后实现市场化应用。其中，钠离子电池具备高安全性，适用于极端环境和长时储能场景，是锂离子电池的有益补充。

安全是电化学储能行业发展的底线，近年全球多起电化学储能电站安全事故为行业发展敲响了警钟，相关标准规范的制定、完善成为行业安全健康发展接力赛的第一棒。今年4月，《电化学储能电站应急演练规程》《电化学储能电站危险源辨识技术导则》《电化学储能电站生产安全应急预案编制导则》三项国家标准开始征求意见；6月，住房和城乡建设部就《电化学储能电站设计标准（征求意见稿）》公开征求意见。可以预见，接下来一系列标准规范的正式出台，将为电化学储能行业发展保驾护航。

越是成熟的电力市场，储能发展越为繁荣。去年7月，国家发展改革委印发《关于进一步完善分时电价机制的通知》，要求完善峰谷电价机制，合理确定峰谷电价价差。这将引导市场充分发挥电价信号作用，推动储能在更大空间发展。今年5月，国家发展改革委办公厅、国家能源局综合司印发《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》，明确新型储能可作为独立储能参与电力市场。6月，南方先行先试，在《南方区域电力并网运行管理实施细则》《南方区域电力辅助服务管理实施细则》及配套专项实施细则中首次明确独立储能电站参与电力辅助服务补偿标准。市场机制的丰富完善，将推动电化学储能在源、网、荷各端的潜力加速释放，为新能源消纳作出贡献。