研究电化学

一氧化氮是人体中一种重要的信号分子，在建立神经系统连接方面发挥作用，有助于学习和记忆。它还在心血管和免疫系统中充当信使。但是研究人员很难确切地研究它在这些系统中的作用以及它是如何发挥作用的。由于它是一种气体，还没有实际的方法将它引导到特定的单个细胞以观察其效果。现在，由麻省理工学院和其他地方的科学家和工程师组成的团队已经找到了一种在体内精确定位产生这种气体的方法，这可能为这种重要分子的影响的研究开辟了新的思路。这一发现发表在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上，由麻省理工学院教授olina Anikeeva、Karthish Manthiram和Yoel Fink撰写，研究生Jimin Park、博士后Kyoungsuk Jin还有麻省理工学院、台湾、日本和以色列的10名其他科学家一起参与完成。图片来源：Nature Nanotechnology"这是一种非常重要的化合物，"Anikeeva说道。"但要弄清楚一氧化氮传递到特定细胞和突触之间的关系，以及由此对学习过程产生的更高层次的影响，一直很困难。到目前为止，大多数研究都诉诸于观察系统效应，通过敲除负责产生酶的基因来实现。人体利用酶来产生作为信使的一氧化氮。"但她说，这种方法"非常野蛮"。这是对系统的打击，因为你不仅仅是在一个特定的区域造成影响，比如大脑，而是对整个机体造成影响，这可能会有其他副作用。"另一些人尝试将分解时会释放一氧化氮的化合物引入体内，这会产生一些局部效应，但这些效应仍会扩散开来，这是一个非常缓慢且不受控制的过程。该团队的解决方案是利用电压驱动产生一氧化氮的反应。这类似于一些更大规模的工业电化学生产过程，这些过程相对模块化和可控，能够就地按需进行化学合成。"我们接受了这个概念，然后说，你知道吗？你可以如此局部和模块化的控制电化学过程，你甚至可以在细胞水平上做到这一点，"Manthiram说道。"我认为更令人兴奋的是，如果你利用电势，你就有能力在瞬间开始生产和停止生产。"该团队的关键成就是找到了一种方法，使这种电化学控制的反应在纳米尺度上有效且有选择性地进行。这就需要找到一种合适的催化剂材料，能够从一种良性的前体材料中生成一氧化氮。他们发现亚硝酸盐是通过电化学生成一氧化氮的一个很有希望的前驱体。Jin说："我们想出了制造一个定制的纳米颗粒来催化反应的想法。"他们发现，在自然界中催化一氧化氮生成的酶含有铁硫中心。从这些酶中获得灵感，他们设计了一种由硫化铁纳米颗粒组成的催化剂，在电场和亚硝酸盐的存在下激活产生一氧化氮的反应。通过进一步将这些纳米粒子与铂掺杂，该团队能够提高它们的电催化效率。为了将电催化电池缩小到生物细胞的规模，该团队已经创建了包含正、负微电极的定制纤维，这些微电极被包裹在硫化铁纳米颗粒上，以及用于传输亚硝酸钠(前体材料)的微流体通道。当植入大脑后，这些纤维将前体引导到特定的神经元。然后，通过同一根纤维中的电极，反应可以被随意的电化学激活，在该点瞬间产生一氧化氮，这样它的影响就可以被实时记录下来。作为测试，他们在一个啮齿动物模型中使用这个系统来激活一个大脑区域，这个区域被认为是动机和社会互动的奖励中心，并且在成瘾中起作用。他们证明，它确实激起了预期的信号反应，证明了它的有效性。Anikeeva说，这"将是一个非常有用的生物学研究平台，因为最终，人们将有办法研究一氧化氮在整个机体工作时在单个细胞水平上的作用。"她指出，有些疾病与一氧化氮信号通路的中断有关，因此对这一通路如何运作的更详细的研究可能有助于治疗。图片来源：Nature NanotechnologyPark说，作为一种在生物体中产生其他生物分子的方法，这种方法是可以推广的。"基本上，只要我们找到合适的催化剂，找到合适的安全起始化合物，我们现在就可以用这种可伸缩、小型化的方法来生成许多分子。"他说，这种就地产生信号分子的方法可能在生物医学上有广泛的应用。"我们的一名审稿人指出，这是从来没有做过的--电解在生物系统从来没有被用于控制生物功能，"Anikeeva说。"因此，这基本上是一个领域的开始，这个领域可能非常有用，可以用于在精确的位置和时间传输的分子研究以及用于神经生物学或任何其他生物功能的研究。她说，这种在体内根据需要制造分子的能力可能在免疫学或癌症研究等领域有用。这个项目是Park和Jin在一次偶然的谈话中开始的，他们是在神经生物学和电化学领域工作的朋友。他们最初随意的讨论最终导致了几个部门之间的全面合作。但在今天这个封闭的世界里，这样的偶遇和对话已经不太可能了。"在世界发生了如此大的变化的背景下，如果这是在我们都是分开的时代，而不是在2018年，这种合作可能永远不会发生。" （生物谷Bioon.com）参考资料：Procing a gaseous messenger molecule inside the body， on demandIn situ electrochemical generation of nitric oxide for neuronal molation， Nature Nanotechnology (2020). DOI： 10.1038/s41565-020-0701-x

经常和我们发生关系的是穿过化学相之间的界面的电荷传递过程及其影响因素。通常我们感兴趣的是界面的两相之一即电解质。电解质只是一个相，电荷通过它是靠离子的运动而实现的，电解质可以是液体溶液也可以是熔融盐，或离子导电的固体，如β-氧化铝，它有可运动的钠离子。界面上的第二个相可以是另一种电解质，也可以是一个电极，他也是一个相，电荷通过它是靠电子运动而实现的。电极可以使金属或半导体，也可以是固体或液体。考虑单个界面上的情况是很自然的事，但是，我们将会发现不能用实验方法来处理这样的孤立的边界。为此，必须研究称之为电化学电池的界面集合体的性质。这些体系一般定义为两个电极被一个以上的电解质相所分隔。通常，无论电池有无电流流过，两电极之间均具有可测量的电势差。该电势差实际上是标识电流通路上所有各项之间电势的集合差值。电池中发生的总的化学反应，由两个独立的半反应构成，他们描述两个电极上真实的化学变化。每个半反应都与响应电极上的界面电势差相呼应。

电量分析法是以法拉第定律为基础，也就是通过电解时所消耗的电量来测定进行溶液中的氧化还原物质的定量分析的方法。电量分析法大致可分为两种，一种是通过球算恒电位电解时的电量来进行的，叫恒电位电量分析法。另一种是通过测定恒电流电解时，电位的变化所需要的电量来进行的，即为恒电流电量分析法。恒电流分析法应用在库仑滴定中。使用电量分析法以研究化学反应时注意：（1）反应的化学计量关系（2）体系是否有副反应存在（3）目的反应的电流效率

近日，我院机电工程系李恒毅博士研究成果“High Activity and Excellent Stability of Ternary Ru(CoSe2)/C with Enhanced Ru Utilization”发表于美国电化学学会会刊（Journal of The Electrochemical Society, 165 (9) F684-F692 (2018)）（该期刊为SCI收录期刊，影响因子3.259，JCR二区，属于国际电化学领域权威期刊）。质子交换膜燃料电池被认为是最有潜力替代传统能源的清洁能源之一，目前燃料电池所用的关键材料催化剂铂储量低，成本高昂，是制约燃料电池商业化的主要因素，寻找能替代铂的催化剂一直是燃料电池领域的研究热点之一。李恒毅博士研究团队制备的非铂催化剂Ru(CoSe2)/C，具有低Ru载量，高Ru利用率，低成本等特点。该催化剂用于燃料电池阴极，单电池的功率密度在H2-O2下达到151 mW/cm2，具备了一定的应用前景。——李恒毅博士（右）和程璇教授（左）合影该成果依托我院动力电池材料福建省高等学校应用技术协同创新中心，与厦门大学材料学院程璇教授课题组协同研究。厦门大学硕士生郑骥武、博士生龚青参与了协同创新中心的交流研究工作，为该成果的研究做了大量的工作。

一个体系的电化学行为的研究，包括维持电化学电池的某些变量恒定和观察其它变量（通常指电流、电势或浓度）怎样随受控量的变化而变化。影响电极反应速度的变量在电势法实验中，i=0，E作为C的函数来测量。因为在此实验中无电流流过。无净法拉第反应发生，故电势经常（但不是永远）受体系的热力学性质所支配。二许多变量（电极面积，物质传递，电极的集合形状）并不影响电势。进行电化学实验的另一种方法是使研究的体系对一个扰动发生响应。把电化学电池看做一个“黑盒”。

随着电子技术的进步，我国电化学分析由很大发展。1981年全国第一次电分析化学学术会议标志着我国电化学分析工作者已有自己的创造和特色，某些方面接近国际水平。在示查脉冲极谱方面，国内已有多种自制仪器应用于环境保护分析、有机物，药物和生化分析等方面，可检测微量、痕量元素。在极谱催化波方面，已可在国产的直流、示波、脉冲等极谱仪上作微量、痕量，甚至超痕量的测定。对铂族元素的极谱催化波的研究，已有系列报道并有专著发表，稀土离子的络合吸附波，已提出近10种，是我国在稀土极谱分析中的一个突破；在极谱催化电流方程式的理论研究和实际应用上，近10年来不断有所报道。在溶出伏安分析方面，国内已有玻碳电极，汞膜电极商品生产，可做许多元素的阳极溶出和阴极溶出分析，对硒、碲的阴极溶出做了比较深入的研究，这对硒的环境科学和某些地方病的研究有重要意义。从科学的发展看，电化学与生命科学、物理化学、能源，药理和环境保护诸方面关系密切。在探索生命现象问题上，已讨论到生物细胞有类似于燃料电池的概念和模型。1980年国际极谱学术会议上也讨论到DNA，嘌呤、金属卟啉、蛋白质、环境生态与电化学、电分析的有关问题，还联系到已传、能源、修饰电极、光电化学及叶绿素的光合作用。在海洋资源综合利用，环境科学、易学、药学、临床。免疫各方面都有电化学分析用武之地。各种电化学分析新方法不断涌现，想着连续、自动、灵敏、快速、联用和计算机方向发展。电化学分析仪器的型号也在相应的发展更新，许多有机物、药物的层顶都可以用电化学方法：一些原来要在非水溶液中进行测定的也可在水溶液中进行。电化学新一期铸件普及到地方厂矿，基层科研单位和医院，电化学分析方法在分析化学中占及重要的地位，已成为经济工作中常用的技术。

安青网讯 近日，阜阳师范大学化学与材料工程学院夏娟博士、武海教授、凡素华教授合作在金属纳米材料的制备及其在电化学领域中的应用取得系列重要成果。图1.催化剂的表征和电化学传感器对Hg(II)的电化学检测课题组设计合成出三维疏松多孔花状结构的三元MnCo2O4催化剂用于电化学传感器的构建。基于该催化剂对Hg(II)优异的多分子层吸附及高的电化学催化活性实现对环境污染物Hg(II)的高灵敏检测。该催化剂具备循环催化、稳定性强和重现性好的优良特点，已应用到实际水样中Hg的分析，准确度高。该工作的研究结果为设计新型的双金属氧化物纳米材料构筑电化学敏感界面，实现灵敏、高效与无干扰的电化学分析污染物提供一个新的思路。该项研究以题为“ReliableelectroanalysisofHg(II)inwaterviaflower-likeporousMnCo2O4:Excellentmultilayeradsorptionand(Mn,Co)(II)/(Mn,Co)(III)cycles”发表在国际重要学术期刊上：SensorsandActuatorsB:Chemical(2021,326,129008，IF:7.100，一区)。图2.电极构建示意图课题组还设计了一维CoSe2纳米棒作为对电极材料，应用在双面准固态电池中。基于CoSe2纳米棒的优良的催化性能，使其正面和背面的光电效率达到8.02%和4.22%，超出了常用的Pt纳米材料的光电效率。同时，该电极材料展现了优良的电化学稳定性。该成果以题为“Highefficiencybifacialquasi-solid-statedye-ctrode”发表在AppliedSurfaceScience(2020,530,147238，IF:6.182，二区)上。图3.材料的表征图此外，课题组还通过实验设计、实现形貌可控地合成了NiS1.97纳米颗粒，In2.77S4和NiIn2S4纳米片，比较了三种物质在双面准固态电池中应用的电化学性能，研究了这些材料的形貌、组成及协同效应在光电转换中的作用，揭示了催化机理。该研究以题为“rbifacialquasi-solid-statedye-sensitizedsolarcells”发表在JournalofMaterialsScience(https://doi.org/10.1007/s10853-020-05295-x，IF:3.553，二区)。以上成果是在安徽省环境污染降解与监测安徽省重点实验室、中国科学院合肥研究院固体物理研究所、环境激素与生殖发育安徽省重点实验室等平台合作以及在该校化学与材料工程学院重视学科建设和科学研究，强化合作，鼓励创新背景下取得的重要成果。(通讯员 张震 夏娟 本网记者 程榕娟)

1 锂电储能应用广泛，装机规模持续提升潜力巨大 电储能一般指电能的储存和释放的循环过程，一般分为电化学储能和机械储能。从广义上讲，储能是指通过介质或设备将能量转化为在自然条件下较为稳定的存在形态并存储起来，以备在需要时释放的循环过程，一般可根据能量存储形式的不同分为电储能、热储能和氢储能三类。从狭义上讲，一般主要指电储能，也是目前最主要的储能方式，可按照存储原理的不同分为电化学储能和机械储能两类。其中，电化学储能是指利用化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变价，主要包括锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池储能等；机械储能一般采用水、空气等作为储能介质，充放电过程储能介质不发生化学变化，主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。抽水蓄能装机规模最大，锂电储能快速发展。抽水蓄能作为机械储能的一种技术类型，早在20世纪90年代就实现了商业化应用，是目前技术成熟度最高、存储成本最低、使用寿命长、装机规模最大的储能技术。根据CNESA，截至2020年9月，全球已投运电力储能项目的累计装机规模达 186.1GW，其中抽水蓄能累计装机规模约171GW，占比约91.9%；但受站址资源不足、成本疏导困难和建设周期较长等局限，近几年新增装机较小。与此同时，锂离子电池储能技术作为电化学储能的主要技术路线，具有能量密度高、综合效率高、成本下降潜力大、建设周期短和适用性广泛等特性，装机规模持续提升。截至2020年9月，全球电化学储能累计装机规模达10.90GW，占比约5.9%；其中锂电储能装机规模9.81GW，在电化学储能中占比约90%，是第二大规模的储能技术类型。2020年前三季度全球新增投运电化学储能装机规模为2.66GW，同比增长约 167%；其中锂电池储能装机规模约2.62GW，占比约98.4%。电化学储能产业链可分为上游材料、中游核心部件制造、下游应用。储能产业链上游主要为电池原材料，包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及结构件等。产业链中游主要为储能系统的集成与制造，对于一个完整的储能系统，一般包括电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）以及储能变流器（PCS）四大组成部分。其中，电池组是储能系统的能量核心，负责电能的存储；BMS是系统的感知核心，主要负责电池监测、评估和保护以及均衡等；EMS是系统的控制核心，主要负责数据采集、网络监控、能量调度等；PCS是系统的决策核心，主要负责控制充放电过程，进行交直流的变换。产业链下游主要为不同应用场景的运维服务等，如储能可用于电力系统的发电侧、输配电侧、用电侧，实现调峰调频、减少弃光弃风、缓解电网阻塞、峰谷价差套利、容量电费管理等功能；其他应用场景还包括通信基站、数据中心等的备用电源，以及为机器人系统供电，保障高性能武器装备的稳定运行等。2 五年三千亿市场空间可期，能源革命是核心驱动力 2.1 能源结构转型对电网的冲击是发输配电侧储能的底层逻辑 2.1.1 全球脱碳趋势明确，高比例可再生能源结构转型加速 全球脱碳趋势明确，十大煤电国已有六国承诺碳中和。我国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。到2030年，我国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到1200GW以上。欧盟于2020年12月11日通过《2030年气候目标计划》，计划将2030年温室气体减排目标由此前的40%的提高至55%，并通过了总额逾1.8万亿欧元的复苏计划，其中约30%经费将用来协助欧洲绿色转型，为 2050年实现碳中和提供保障。随着推行“绿色新政”，美国即将重返《巴黎协定》，并计划在2050年之前达到净零排放，其中电力部门将在2035年实现碳中和，36%电力需求来自于可再生能源和核能。截至目前，全球十大的煤电生产国已有6个国家承诺碳中和，分别为中国（2060）、美国（2050）、日本（2050）、韩国（2050）、南非（2050）、德国（2050）。高比例可再生能源结构转型是实现碳中和的关键路径。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC），碳中和是指二氧化碳的人为移除抵消了人为排放，其中人为排放包括化石燃料燃烧、工业过程、农业及土地利用活动排放等。根据国际可再生能源署（IRENA），化石燃料燃烧和工业过程的二氧化碳排放占比80%以上，分部门来看，电力（占比31%）、交通（占比25%）、工业（占比 21%）为排放量前三的部门。减碳举措一般可分为能源结构转型、模式升级、能效提升、碳捕获与储存技术四大类，其中能源结构转型，即电力部门可再生能源发电比重提升,同时其他部门深度电力化，是减排的关键路径。按照《巴黎协定》将全球平均气温较前工业化时期的升幅控制在2℃以内的目标，IRENA预测到2050年，全球能源相关的CO2排放量需减少70%。从能源结构来看，电力将成为主要的能源载体，占终端消费的比例由20%增长至近50%，每年新增 1000TWh的电力需求，可再生能源发电的比例需大幅上升至86%，对应每年超过 520GW的新增可再生能源发电装机。2.1.2 可再生能源波动性与电网稳定性的根本性矛盾催生储能需求 电力系统具有很高的稳定性要求。电能以光速传送，并且不能大规模存储，发、输、配、用瞬时同步完成，整个电力系统时刻处于一个动态的平衡状态。在稳态运行时，电力系统中发电机发出的有功功率和负载消耗的有功功率相平衡，系统频率维持额定值。当电源功率大于负荷功率时，系统频率升高；反之系统频率降低。因此电网需通过一次调频、二次调频等手段保证频率在合格范围，否则将对负载或发电设备的运行产生影响，严重时甚至导致频率崩溃，造成大面积停电。 可再生能源发电具有很强的间歇性和波动性。可再生能源发电依赖于自然条件，先天具有间歇性和波动性特征。例如，风力发电是由自然风吹动风机的叶片，带动传动轴转动，把风的动能转化为机械动能再转化为电能，风力间歇性的特点导致风力发电输出的电能也具有间歇性；光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转化为电能，其发电功率受光照强度直接影响，虽然一个地区年均光照强度总体不变，但光照强度一般从早上逐渐增加到中午达到最强，随后逐渐减弱到晚上达到最弱，同时光照强度在一个小时段内具有一定的随机性，因此光伏发电输出也具有间歇性和波动性的特征。高比例间歇性可再生能源并网将对电网稳定性造成冲击。高比例间歇性新能源接入电力系统后，常规电源不仅要跟随负荷变化，还要平衡新能源出力波动，增加电网调节难度。根据国际能源署（IEA），按照电网吸纳间歇性可再生能源（主要是风电、光伏）的比例划分了四个阶段：（1）第一阶段：间歇性可再生能源占比低于3%，电力需求本身的波动超过了间歇性 可再生电源供应的波动幅度，因此对于电网的运行基本没有影响。（2）第二阶段：间歇性可再生能源占比在3%-15%之间，对电网冲击较小，可通过预测间歇性可再生能源机组发力，以及加强调度的方式平抑可再生能源的波动性和间歇性，可再生能源消纳相对容易。（3）第三阶段：间歇性可再生能源占比在15%-25%之间，对电网冲击较大，此时电网灵活性要求大大增加，短期内需要增加调频电站，中长期需引入需求侧管理与储能技术的应用。（4）第4阶段：间歇性可再生能源占比在25%-50%之间，电网稳定性面临挑战，部分时段100%电力由间歇性可再生能源提供，所有的电厂都必须配置储能灵活运行，以应对电源端和负荷端的随机变化。英国"8.9"大停电事故与高比例风电机组并网有关。2019年8月9日下午5点左右，英国发生自2003年“伦敦大停电”以来规模最大、影响人口最多的停电事故，造成包括伦敦、英格兰、威尔士等多个地区地铁停运、机场瘫痪等，甚至部分医院由于备用电源不足无法进行医疗服务，总共约有近100万家庭和企业受到影响。事后事故分析表明，高比例风电并网而系统备用不足是直接原因：由于新能源发电大量替代传统能源发电，导致电力系统抵御功率差额的能力下降；在电力系统出现接连出现扰动时，系统备用不足未能及时弥补功率缺额导致事故发生；幸好抽蓄机组及时增加出力，阻止事故进一步扩大，可见储能对于稳定电网作用巨大。 储能有望成为可再生能源消纳的最终解决方案。在间歇性可再生能源发电比例不断提升的大背景下，配置储能通过对电能的快速存储和释放，不仅可以降低弃风弃光率，更加重要的作用是可以平抑新能源波动，跟踪计划出力，并参与系统调峰调频，增强电网的稳定性，有望成为新能源电力消纳的最终解决方案。2.1.3 发电侧与输配电侧储能的本质作用基本相同，未来5年需求约131GWh 发电侧与输配电侧储能的本质用途基本相同，涉及的主要是利益分配问题。对于发电侧和输配电侧储能，从商业模式来看有一些差别，但其本质用途基本上均是削峰填谷、调频调峰以及缓解电网阻塞等，保障电网稳定性。至于具体在发电侧或是输配电侧配置储能，主要涉及的是利益分配问题。具体来讲，在我国现行辅助服务市场补偿机制下，是由发电机组单边承担辅助服务费用，享用服务的终端用户并不承担费用，即提供高于自身强度的辅助服务的发电机组将获得补偿，而补偿费用将分摊至提供低于自身强度的服务的发电机组，可简单理解补偿和分摊费用在不同发电机组间打转。2018年国内新增电化学储能装机700MW，电网侧储能装机占比从3%增至21.4%。2019年初,国网和南网发布的指导意见中提出，推动政府主管部门将各省级电力公司投资的电网侧储能计入有效资产，通过输配电价疏导。对于国网和南网的最初设想，可以简单理解为部分电力辅助服务的费用由发电企业转移至电网公司。由于当时储能的经济性不足，这样的机制有利于迅速做大储能规模，保障电网稳定性和安全性，但不利于形成充分竞争的储能市场。然而在2019年5月28日，国家发改委、国家能源局发布新修订的《输配电定价成本监审办法》，明确电储能设施不计入输配电定价成本。2019年输配电侧储能新增装机迅速下降，与此同时发电侧储能新增装机迅速提高。发电侧与输配电侧储能新增装机此消彼长的关系侧面印证了储能在这两个应用场景的本质用途基本相同，需求只是在不同主体间转移。此外，国外机构也通常将发电侧和输配电侧储能归类为电表前端储能。 未来5年发输配电侧的储能系统需求约131GWh，年均复合增速74%。由于发电侧与输配电侧储能的本质用途基本相同，因此我们在预测市场空间时将发电侧与输配电侧合并计算，同时考虑到发电侧与输配电侧的一些特性需求，预计总市场空间高于我们的预测值。根据我们的测算，预计2021-2025年发输配电侧的储能需求约131GWh，年均复合增速约74%，其中2025年发输配电侧储能需求约52GWh。我们对储能配置渗透率和容量配置比例做了双因素敏感性分析，在储能配置渗透率 40%-50%，容量配置比例13%-17%的情形下，2025年发输配电侧储能需求约44-62GWh。长期来看，预计2030年储能系统需求约234GWh。2.2 多因素作用推动用电侧储能快速发展，未来5年需求约93GWh 欧美主要国家用电成本高昂，分布式光伏系统快速发展为储能提供市场基础。储能在用户侧主要与分布式电源配套，或作为独立储能电站应用，其用途主要为电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性等。德国、日本、意大利、英国等欧美发达国家用电成本高昂，如居民电价是中国的2-4 倍，且呈现持续上升的趋势。以美国为例，根据美国能源信息署（EIA），1997-2019年美国居民零售平均电价以约2.20%的复合增速增长。电价的影响因素较多，简单来看，一方面电价长期受通胀影响，随着燃料及人工费用增加而增加；另一方面如大容量发电机组、提高输电电压等技术进步可提升效率降低电价。目前电力工业技术较为成熟，通胀一般是影响电力价格的主要因素。根据EIA的预测，2019-2050年美国名义电价年均复合增速约为2.30%，而真实电价（以2019为基准）变动很小。因此，预计欧美主要国家将长期保持高昂的居民用电成本。由于全球多个国家和地区分布式光伏系统早已实现用电侧平价，分布式光伏系统快速发展，2019年全球分布式装机约40GW，占总装机的比重近35%，为储能的发展提供坚实的市场基础。上网补贴（FIT）和净计量（NEM）政策到期或削减，分布式搭配储能有望得到推广。 上网补贴（FIT）政策对用户输送给电网的电力给予一定补贴，净计量（NEM）政策使得用户可将光伏系统生成的多余的电力输送回电网。近年来随着光伏逐渐平价，各国的 FIT 和 NEM 正逐步到期或削减，而储能的推广应用可以减少行业对 FIT 及 NEM 等政策的依赖，分布式搭配储能自发自用的模式有望得到推广。部分国家电力供应稳定性较差，不同规模的停电事件时有发生，储能接受度提升。（1）美国电力系统主要由东部电网、西部电网和德克萨斯州电网组成，其中大部分输配电设施由 500 多家互相独立的私营公司运营。美国电网的特殊结构造成了电网难以优化配置和统一管理，同时美国电网发展缓慢，70%的输电线路和电力变压器运行年限在 25 年以上，60%的断路器运行年限超过 30 年，因此电力系统稳定性较差。2019 年 10 月，美国加州山火事件造成了大 规模停电事件，电力公司 PG&E 的 500 多万用户均存在断电风险，并且每次断电可能持续数 天。近期来看，2020 年 12 月底，美国东部多地遭遇冬季风暴，马萨诸塞州、宾夕法尼亚州， 以及纽约市、新泽西州和康涅狄格州部分地区超过 5.5 万用户断电。2021 年 1 月初，美国南部遭遇强降雪，得克萨斯州、路易斯安娜州多数地区超过 15 万用户断电；美国西海岸遭遇风暴袭击，俄勒冈州、华盛顿州、南加州造成超过 50 万用户断电等。（2）由于南非电力系统管理水平有限，发电机组及输配电设施时常发生故障，煤炭、燃油等燃料储备也时常无法满足需求，再加上一些罢工和示威，甚至蓄意破坏电力设施的外部事件，导致南非经常发生不同规模的停电事件。南非电力公司 Eskom 将全国性分区停电的措施分为八级，其中最严重的八级限电指 电网必须节约 8000MW 的电力。2019 年底，南非施行了前所未有的六级限电，其严重程度相 当于在 4 天内遭到 18 次停电，每次最多 4 个半小时，或者在 8 天内遭到 18 次停电，每次最多 2 个小时，每次停电受到影响的人数多达 1900 万人。2020 年南非已多次发生不同规模的限电事件，2021 年状况依旧没有改观，根据新闻报道，南非电力公司 Eskom 预计今年 4 月份前每周都会出现电力短缺情况。频繁的停电事件对现代生产生活造成了很大的影响,储能的应用可以保障电力的连续供应，储能接受度逐步提升。2010-2019 年锂电池价格下降 87%，带动系统成本快速下降，储能经济性逐渐显现。受益于新能源汽车产业蓬勃发展，锂电池的大规模应用实现成本快速下降，根据 BNEF，2010-2019 年期间锂电池组的平均价格的下降幅度达 87%，带动储能系统成本迅速下降。目前储能应用经济性拐点快速临近，有望激发需求迅速增长。未来 5 年用电侧的储能系统需求约 93GWh，年均复合增速 95%。上述多个因素叠加，使得储能在终端价值的价值逐步显现。考虑到在储能用户侧，与分布式电源配套或作为独立储能电站的应用场景和客户群体均有较高的相似性，因此在预测市场空间时忽略了作为独立储能电站的需求，预计总市场空间高于我们的预测值。根据我们的测算，预计 2021-2025 年发用电侧的储能需求约 93GWh，年均复合增速约 95%，其中 2025 年用电侧储能需求约 41GWh。我们对储能配置渗透率和容量配置比例做了双因素敏感性分析，在储能配置渗透率 45%-55%，容量配置比例 13%-17%的情形下，2025 年发输配电侧储能需求约 32-50GWh。长期来看，预计 2030 年储能系统需求约 190GWh。2.3 5G 基站建设周期带动后备电源需求大幅提升 5G 建设加速，2019-2028 年宏基站需求近 500 万个。5G 基站按照功率和覆盖范围的不同， 5G 基站可分为宏基站和小基站组成，其中小基站包括微基站、皮基站、飞基站。由于 5G 的 频段相比 4G 更高，基站的覆盖范围缩小，因此一般将 5G 宏基站建设在较为空旷的地区，通过小基站的补充使用提升 5G 基站的覆盖范围。“宏基站+小基站”的组网覆盖模式为 5G 基站的主流部署模式。根据赛迪投资顾问，保守预计小基站数量将是宏基站数量的 2 倍。参考 4G 基站的建设节奏，我们预计在 2019-2028 年 5G 基站建设周期中，宏基站建设数量近 500 万个，小基站建设数量近 1000 万个，建设节奏上预计 2020-2021 年达到高潮，随后数量慢慢减少。5G 基站功耗大幅提升 2.5-4 倍，带动后备电源扩容需求大幅增加。基站主设备一般由 1 个 BBU（基带处理单元）和 3 个AAU（有源天线单元）组成。其中，BBU 主要负责基带数字信号处理，比如 FFT/IFFT、调制/解调、信道编码/解码等；AAU 主要由 DAC（数模转换）、RF（射频单元）、PA（功放）和天线等部分组成，将基带数字信号转为模拟信号，再调制成高频射频信号，放大至足够功率后由天线发射出去。由于 5G 基站天线里面包含更多的射频模块，基站功耗比 4G 基站高出很多。根据中国铁塔公司公布的数据，5G 基站单系统的典型功耗约为 4G 基站的 2.5-4 倍，带动后备电源扩容需求大幅增加。磷酸铁锂电池成为 5G 基站后备电源的主流技术路线。通信设备的电源系统对可靠性和稳定性的要求，因此一般采用蓄电池作为后备电源保证连续供电。由于技术成熟、成本低廉、工温范围大等特点，阀控式铅酸蓄电池成为 4G 基站后备电源的主流技术路线。但进入 5G 时代后，由于 5G 基站的功耗大幅提升，而现有机房空间和设施很难承载后备电源容量极大的扩容需求。磷酸铁锂电池具有较高的能量密度，且在安全性、循环寿命、快速充放等方面具备明显优势，可减少对市电增容改造的需求，降低建设和运营成本。虽然目前磷酸铁锂电池价格仍高于铅酸电池，但在全生命周期成本的评价体系下，磷酸铁锂电池与铅酸电池的度电成本已相差无几，且随着技术进步磷酸铁锂电池还存在着较大的降本空间，因此磷酸铁锂电池取代铅酸电池成为 5G 时代基站后备电源的主流技术路线。2018 年，中国铁塔已停止采购铅酸电池，采用梯次利用锂电池。2020 年，国内三大通信运营商与中国铁塔相继发布磷酸铁锂电池集中采购计划，目前已明确采购量约 4 GW。未来 5 年 5G 基站的储能系统需求近 35GWh。根据我们的测算，预计 2021-2025 年 5G 基站的磷酸铁锂电池储能需求近 35GWh，其中 2025 年磷酸铁锂电池储能需求约 4.4GWh。2.4 汽车电动化转型加速，光储充模式有望推广 汽车电动化转型加速，未来 5 年充电设施有望新增约 440 万台。2020年国内市场政策向好，叠加 Model 3、汉EV、造车新势力、宏光 Mini EV 等畅销车型频出，优质供给激发终端需求，下半年新能源汽车销量持续高增。据中汽协统计，2020 年 12 月新能源汽车销量 24.8 万辆，同比增长 49.5%，再创历史新高；全年累计销量 136.7 万辆，同比增长 10.9%。我们预计明年销量有望达到 200 万辆，按照《新能源汽车产业发展规划（2021－2035 年）》中提出的 2025 年电动化目标 25%，预计 2025 年销量超 600 万辆，未来 5 年国内电动车年均复合增速有望超 35%。新能源汽车的快速渗透带动了充电桩的需求持续提升，根据中国电动充电基础设施促进联盟数据，2020 年充电基础设施新增 46.2 万台，同比增加 12.4%，其中公共充电 基础设施新增 29.1 万台，同比增长 57.2%；截止 2020 年 12 月，全国充电基础设施累计数量为 168.1 万台，同比增加 37.9%，其中公共充电基础设施累计 80.7 万台，同比增长 56.4%。2020 年我国新能源汽车保有量约为 492 万辆，公共充电设施车桩比约为 6：1；假设 2025 年车桩比 约为 4.8：1，则 2021-2025 年我国需新增电动汽车充电设施 383 万台。假设 2030 年车桩比约 为 3.5：1，则 2030 年需新增充电设施约 800 万台。光储充一体化充电站模式有望推广，未来 5 年国内储能系统需求约 6.8 GWh。“光储充” 一体化充电站是在传统充电站的基础上配置分布式光伏系统与储能系统，形成多元互补的微电网系统，缓解充电桩大电流充电时对区域电网的冲击。《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》明确提出，鼓励“光储充放”（分布式光伏发电—储能系统—充放电）多功能综合一体站建设。目前，浙江、湖北、重庆、陕西等地已成功投运“光储充”一体化电动汽车充电站， 未来光储充一体化充电站模式有望推广。根据我们的测算，预计 2021-2025 年光储充一体化的储能系统需求约 6.8 GWh，其中 2025 年储能系统需求约 3.62GWh；长期看来，预计 2030 年 储能系统需求约 44.8GWh。2.5 未来 5 年储能需求合计超 270GWh，市场空间合计约 3400 亿元 未来 5 年储能市场空间合计约 3400 亿元，2030 年市场空间近 3800 亿元。根据我们的测算，预计 2021-2025 年全球储能系统需求超 270GWh，其中 2025 年储能系统需求超 100GWh。 考虑储能系统平均每年价格下降 8%，未来 5 年储能系统市场空间合计约 3400 亿元，其中 2025 年储能系统市场空间近 1200 亿元。长期来看，预计 2030 年储能系统需求超 500GWh，市场空间近 3800 亿元。3 商业模式逐渐清晰，经济性拐点打响装机发令枪 3.1 储能可用于电力系统全环节，备电时长差异导致统一口径的成本评价较为困难 储能可应用于电力系统发电侧、输配电侧、用电侧全环节。电力系统一般分为发电侧、输配电侧和用电侧，储能在三个环节均有应用。在发电侧，储能主要用于电力调峰、辅助动态运行、系统调频、可再生能源并网等；在输配电侧，储能主要用于缓解电网阻塞、延缓输配电设备扩容升级等；在用电侧，储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性等。容量单位与功率单位的不统一，使得单位成本对备电时长非常敏感，统一口径的成本评价较为困难。在传统发电技术及电气部件中，我们通常采用功率单位（如 MW）来表征系统的大小，但在储能系统中，主要采用容量单位（如 MWh）来表征系统的大小。这种差异直接导致了储能系统的单位成本对备电时长非常敏感，因为电池一般采用容量单位，即单位容量的电池成本不变；而其他成本采用功率单位，因此储能系统总容量越大，分摊至单位容量的其他成本就越低。根据美国可再生能源国家实验室（NREL），同样为 60MW 的储能系统，备电时长 0.5 小时与 4 小时的系统单位成本相差 1.4 倍。因此，由于不同项目的备电时长差异，市场上暂时没有统一口径的成本评价方式。3.2 用电侧：度电成本约0.51元/kWh，工商业/大工业场景具备套利空间 两充两放通常为工商业/大工业套利场景的运行策略，一般配置时长约 3 小时。不同地区的峰谷时段差异较大，一般情况下划分为 5-6 个时段，其中 2 个高峰，2-3 个平段，1 个低谷。高峰一般持续时长约 2-3 小时，2 个高峰间夹杂一个 2-3 小时的平段。综合来看，一般工商业及大工业储能的运行策略为两充两放，其中一充一放在低谷高峰，一充一放在平段高峰；不同地区峰谷时段不同，一般考虑配置时长 3 小时。全国工商业、大工业峰谷价差中位数分别约 0.49、0.54 元/kWh。当前我国用户侧（主要是工商业用户）主要利用储能进行峰谷价差套利和容量费用管理。根据北极星售电网，近期各地陆续明确 2021 年销售电价，截止 2020 年 12 月底已有 26 个地区发布新版销售电价表，其中 15 个地区制定了峰谷分时电价，工商业及其他峰谷价差平均值约 0.51-0.55 元/kWh，中位值约 0.48-0.52 元/kWh，其中北京是峰谷价差最大的地区，达到 0.99-1.00 元/kWh；大工业峰谷价差平均值约 0.55-0.59 元/kWh，中位值约 0.53-0.56 元/kWh，其中上海是峰谷价差最大的地区，夏季达到 0.81-0.83 元/kWh。对比上一轮销售电价，江苏、浙江、安徽峰谷价差拉大约 2 分钱。储能度电成本（LCOS）约为 0.51 元/kWh，在全国多数发达省份已基本具备套利空间。储能度电成本（LCOS）为国际通用的成本评价指标。基于储能全生命周期建模的储能平准化成本 LCOS（Levelized Cost of Storage）是目前国际上通用的储能成本评价指标，其算法是对项目生命周期内的成本和放电量进行平准化后计算得到的储能成本，即生命周期内的成本现值/生命周期内放电量现值。根据我们的测算，目前储能度电成本约为 0.51 元/kWh。在北京、上海、江苏、浙江、天津等发达省份已具备套利空间，目前广东还未发布新版的销售电价表，但参考上轮峰谷电价，也具备套利空间。此外，我们在测算时没有考虑部分省份的尖峰价格，同时针对不同地区的峰谷时段，储能运行策略还有很大的优化空间，因此实际上可能会有更多的省份已具备套利空间。测算核心假设：（1）参考知网多篇文献、行业协会及部分上市公司数据，由于目前尚没有行业标准及规范，市场上产品性能参数和单位价格差异较大，综合多方信息，假设磷酸铁锂电池储能系统成本为 1.50 元/Wh。 （2）容量型和功率型储能电站的功率转换成本差异较大，考虑到用户侧储能主要是套利需求，假设功率转换成本为 0.35 元/W，土建成本 0.20 元/W。 （3）其他成本主要包括入网检测费、项目管理费等附加费用，假设其他成本为 0.15 元/W 由于目前储能项目的其他成本核算缺乏规范性，不同项目差异较大。未来随着储能项目实施标准的规范化，这部分成本将显著降低。 （4）容量型储能电站主要采用远程监控与定期巡检结合的方式，运维相对简单，假设每年运维成本占储能系统投资成本的 0.5%。 （5）考虑到磷酸铁锂电池的电极材料中不含有钴、镍等贵金属元素，回收价值较低，假 设储能系统残值为 5%。 （6）目前电化学储能系统没有统一的终止标准，考虑安全性和电池容量衰减特性，假设 70%为系统终止报废标准。假设储能系统每年运行 350 天，每天 2 充 2 放，则系统寿命约 7 年。假设储能系统衰减特性为线性函数，估算 90%放电深度下单次循环衰减率约为 0.005%。 （7）其他参数详见下表。3.3 输配电侧：里程成本约 3.93 元/MW，电力辅助服务市场具备盈利空间 电力辅助服务市场建设提速，19 省将电储能纳入交易体系。随着全国可再生能源装机规模快速增加，电网的冲击压力越来越大，各省份正在加快构建电力辅助服务市场体系。根据中国储能网报道，目前全国范围内除东北、山西、福建、山东、新疆、宁夏、广东、甘肃等 8 个电力辅助服务市场改革试点之外，还有河南、安徽、江苏、四川、青海、湖北、湖南、贵州、广西、重庆、蒙西电网、河北南部电网、京津唐电网公布了电力辅助服务市场运营和交易规则。2020 年以来，全国各省份至少出台 23 份相关政策文件，列举了与储能参与电力辅助服务市场的相关条款。截至目前，已有 19 个省份将电储能纳入交易体系，其中参与调峰与调频是储能获取收益的主要来源。多个省份参与调峰服务已具备盈利空间。据北极星储能网统计，在已发布调峰辅助服务市场规则文件的省份中，约有 13 个省份明确储能可参与调峰。根据我们在前文的测算，配置时长 3h 的储能系统度电成本约 0.51 元/kWh，参考各地区调峰补偿价格，在东北、安徽、山西、江苏、青海等多个地区已具备盈利空间。 储能是一种优质的调频资源，里程成本是评价储能电站参与调频经济性的重要指标。储能单位功率的调节效率较高，具有快速和精确的响应能力，根据中国电力科学研究院，储能对水电机组、燃气机组、燃煤机组的替代效果分别达到 1.67 倍、2.5 倍、25 倍。根据知网文献，里程成本是指在功率型调频储能电站的生命周期内，平均到单位调频里程的电站投资成本,里程成本是评价储能电站参与电网一次调频或二次调频经济性的重要指标。考虑时间价值后，其算法是对项目生命周期内的成本和调频里程进行平准化后计算得到的储能成本，即生命周期内的成本现值/生命周期内调频里程现值。储能里程成本约为 3.93 元/MW，多个省份参与调频服务已具备盈利空间。根据我们的测算，目前储能里程成本约为 3.93 元/MW。考虑到储能调频效率、响应调频时间远优于其他类型机组，补偿系数也应高于其他类型机组。在参与调频服务的应用场景中，在保证调频里程的前提下，目前在福建、广东、蒙西、山西、京津唐、山东、甘肃、四川等多个省份已基本具备盈利空间。 测算核心假设： （1）参考知网多篇文献、行业协会及部分上市公司数据，假设采用磷酸铁锂电池的功率型储能系统成本为 1.50 元/Wh。考虑到参与电力辅助的应用场景和功能要求更为复杂，假设功率转换成本为 0.50 元/W，土建成本 0.20 元/W，其他成本 0.15 元/W。 （2）功率型调频储能电站工况复杂，安全维护任务重，假设每年运维成本占储能系统投资成本的 3%。 （3）由于储能系统参与调频属于短时高频低深度充放电，系统循环寿命要远高于满充满放循环寿命。目前调频储能系统没有统一的终止标准，考虑安全性和电池容量衰减特性，参考行业新闻报道，假设系统寿命为 5 年。 （4）其他参数详见下表。火储联合调频项目 IRR 约 8.8%，回收期约 8 年。在之前测算的假设条件下，同时考虑火电站每年 100 万保底费用以及 50%的收益分成，预计火储联合调频项目 IRR 约 8.8%，回收期约 8 年，已具备较好的经济性。3.4 发电侧：强制性配套政策叠加经济性拐点，新能源侧储能装机持续高增 2020 年政策密集发布，风光强配储能，一般配置比例 10%-20%，容量时长 2 小时。2019 年 12 月 19 日，华润电力濉溪孙疃风电场 50MW 工程公开招标，要求配套建设 1 个及以上的 10MW/10MWh 容量或累计 30MW 及以上容量的电化学储能电站，拉开了风光强配储能的大幕。进入 2020 年以来，各地政府和省网公司纷纷出台相关政策，要求新能源竞价、平价项目配置一定比例的储能。截至 2020 年底，全国已有 17 个省市出台了相关文件，配置比例一般为 10%-20%，容量时长一般为 2 小时。“配置储能优先并网”也由电网企业与新能源开发商私下达成的一种潜规则逐渐变为明规则。地方性补贴政策陆续落地，后续有望迎来补贴政策窗口期。（1）2021 年 1 月 18 日，青海省发改委、科技厅、工信厅、能源局联合下发《关于印发支持储能产业发展若干措施(试行)的通知》，文件明确新能源需配置 10%+2h 储能，并给予 1 毛/kWh 补贴，同时优先保障消纳，保证储能设施利用小时数不低于 540 小时，补贴时限暂定为 2021 年 1 月 1 日至 2022 年 12 月 31 日。（2）2020 年 12 月 25 日，西安市工信局发布《关于进一步促进光伏产业持续健康发展的意见（征求意见稿）》，文件明确对 2021 年 1 月 1 日至 2023 年 12 月 31 日期间建成运行的光伏储能系统，自项目投运次月起对储能系统按实际充电量给予投资人 1 元/kWh 补贴，同一项目年度补贴最高不超过 50 万元。目前个别省份出台的储能补贴方案有很强的借鉴意义，后续有望引领全国其他省份效仿出台类似的地方性补贴政策，储能有望迎来补贴政策窗口期。 发电侧配置储能已基本具备经济性，光储电站可实现项目 IRR 8%以上。为了探究配置储能对于新能源发电项目的影响，我们假设了三个情景：基准情景设定为一个典型的光伏电站， 测算项目 IRR 约为 8.3%；假设情景 1 为在基准情景上配置储能系统，但储能系统仅用作减少弃光率用途，测算项目 IRR 约为 7.3%；假设情景 2 在假设情景 1 的基础上，考虑储能系统同时参与调频服务，测算项目 IRR 约为 8.2%。由此可见，对于一个典型光储电站，如果可以参与辅助服务市场，将对经济性有较大提升，基本实现项目 IRR 8%以上的收益率要求。 核心假设： （1）假设光伏电站装机规模 100MW，参考目前政策要求，一般储能配置功率为电站功率的 10%-20%，配置时长为 2 小时，因此假设配置储能系统容量为 15MW/30MWh。 （2）参考多篇知网文献、行业协会及部分上市公司数据，考虑到项目地点、类型不同初始投资成本差异较大，假设典型光伏电站单位初始投资成本约 3.8 元/W，典型储能单位初始全投资成本为 1.8 元/Wh。假设光储电站部分设施共用，其中固定资产占比约 80%，年均运维费用约占投资的 1%。 （3）考虑到磷酸铁锂路线为国内储能的主流路线，因此假设储能采用磷酸铁锂电池，由于不含贵金属回收价值较低，假设储能残值与光伏电站残值一致，均为 5%。（4）根据国家能源局公布的 2019 年上半年电力辅助服务补偿数据，年平均补偿价格约为 20 元/kW，按照 15MW 容量则年平均补偿约 30 万元。考虑到电力辅助服务费用逐年升高，同时储能调频效率、响应调频时间远优于其他类型机组，假设 15MW 储能装机年平均补偿约 50 万元。为简化计算，仅考虑调节里程收益，不考虑调节容量收益及调峰收益，同时参考各省份 AGC 补偿规则，可粗略拆分为调频补偿系数约 5 元/MW，调频里程约 10 万 MW/年。 （5）假设电站运营期为 25 年，其中逆变器寿命为 15 年，储能系统仅储存弃光电量时寿命为 15 年，参与调频服务时寿命为 5 年。 （6）其他参数详见下表。基准情景（光伏电站）：项目 IRR 约为 8.3%。根据我们的测算，在不增加储能的情形下，光伏电站的全投资收益率约为 8.3%。假设情景 1-1（光储电站+减少弃光率）：项目 IRR 约为 7.3%。根据我们的测算，在基准情形下增加储能系统，当储能系统仅仅用于储存 5%弃光的电量，则光储电站的全投资收益率约 为 7.3%，较基准情景下降约 1%，不满足通常情况下 8%的要求回报率底线，说明目前情况下减少弃光率的单一用途难以保证储能系统的经济性。假设情景 1-2（光储电站+减少弃光率）满足项目 IRR 8%，需要储能系统初始成本下降约 39%，或光伏电站初始成本下降约 8%。我们对光伏电站和储能系统初始全投资成本做双因素敏感性分析，在光伏电站初始成本 3.8 元/W 基准假设下，储能系统初始成本需要下降至 1.1 元/Wh（降幅约 39%）才可保证项目 IRR 在 8%以上；在储能系统初始成本 1.8 元/Wh 的基准假设下，光伏电站初始成本需要下降至 3.5 元/W（降幅约 8%）才可保证项目 IRR 在 8%以上。考虑到目前行业降本速度，2021 年底基本可以实现假设情景 1 下项目 IRR 8%。假设情景 2-1（光储电站+减少弃光率+参与调频服务）：项目 IRR 约为 8.2%。根据我们的测算，在假设情景 1 情形下，考虑储能系统不仅用于储存 5%弃光的电量，同时参与辅助服务市场，则光储电站的全投资收益率约为 8.2%，较基准情景下降约 0.1%，基本满足通常情况下 8%的要求回报率底线，说明储能的多用途收益可以基本保证光储电站的经济性。假设情景 2-2（光储电站+减少弃光率+参与调频服务）满足项目 IRR 8%，需在较高补偿系数的前提下保障调频里程。我们对调频里程和补偿系数做双因素敏感性分析，当补偿系数保持在 9 元/MW 较高的水平时，对应的调频里程需要在 160 万 MW 以上才能满足项目 IRR 8% 的要求，每提升 10 万 MW 调频里程则项目 IRR 提升 0.20%；当补偿系数保持在 11 元/MW 的水平时，对应的调频里程需要在 130 万 MW 以上才能满足项目 IRR 8%的要求，每提升 10 万 MW 调频里程则项目 IRR 提升 0.24%。近两年新能源发电侧储能新增装机年均增速 88%。据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会（CESA）统计, 2020 年国内新增投运的新能源发电侧储能装机约 259MW，占比约 33.0%；据中关村储能产业技术联盟(CNESA)统计，2018 年国内新增投运的新能源发电侧储能装机约 73MW，占比约 10.7%，因此 2018-2020 年均复合增速约 88%。根据CNESA，2020 年前三季度新能源侧储能累计装机占比约 29%，较 2018 年提升约 11%。3.5 电力市场改革加速，储能真实价值有望体现 储能作为能量的“搬运工”，其价值等于电力系统平抑波动性的边际成本。储能本身不产生能量，只是能量的“搬运工”，其本质是一种灵活性资源，可通过调峰调频等方式平抑电力系统的功率和频率波动。因此，储能的价值应等于电力系统平抑波动性的边际成本，即当电力系统需要平抑的波动性越小时，储能的价值也越低。在新能源发展初期，比如新能源发电占比小于 3%时，电力需求本身的波动超过了新能源发电的波动幅度，此时储能的价值基本接近于 0；随着新能源发电比例的不断提高，对电网的冲击越来越大，储能的价值也将随之提高。 海外电力市场较为成熟，已有很好的盈利模式。从国际经验来看，海外发达国家电力市场比较成熟，很多市场明确了独立的主体地位，可独立或联合发电机组参与调峰调频、峰谷套利等等多种服务获取收益，如英国部分电站的多重收益甚至有十三四种。此外，海外峰谷价差以及辅助服务价格由市场定价，一般情况下也高于国内，如英国甚至出现过 170 元/kWh 的尖峰电价，大大改善储能的盈利状况。 国内现行辅助服务市场补偿机制，还没有充分释放储能的真实价值。目前我国电力辅助服务市场是在 2006 年原国家电监会建立的辅助服务补偿机制的基础上，引入了一些如竞价等市场化手段确定辅助服务承担主体，其本质还是一种成本加成的补偿机制。具体来讲，一方面，现行辅助服务市场补偿机制采用的是发电机组单边承担辅助服务费用的模式，而最终享用服务的终端用户并不承担费用；另一方面，辅助服务定价不考虑机会成本，只是对机组提供辅助服务的成本近似补偿。因此在现行体制下，储能的价值并没有得到充分的释放。 电力市场改革加速，储能的盈利空间将大幅改善。随着我国的电力体制改革加速，完善的电力现货市场有望建立，并在不同时刻形成充分反应市场供需的价格信号，储能作为稀缺的灵活性资源的真实价值有望得以释放。根据能源杂志援引的劳伦斯伯克利实验室（LBNL）针对美国四个区域电力市场的定量分析，当间歇性可再生能源发电容量占比提升至 40%时，现货市场价格波动增幅在 2-4 倍之间，储能的盈利空间将大幅改善。4 产业链分析：电池与PCS环节格局初显4.1 电池：未来降本的核心环节, 磷酸铁锂有望成为主流技术路线 2020-2030年锂电池成本有望下降58%，带动电池成本占比下降至41%。从系统成本构成来看，电池是成本最高的环节，一般在配置时长2小时以上，电池成本占比超过50%。受益于新能源汽车产业蓬勃发展，锂电池得以大规模应用，不断促进技术进步，叠加规模效应及生产效率提高带动成本快速下降，激发终端市场规模进一步扩大，形成正向循环。随着汽车产业电动化加速，以及锂电储能逐渐放量，超大规模应用将加速成本下降的过程。根据 BNEF，到 2030 年锂电池组的平均价格有望进一步下降至 68 美元/kWh，较 2020 年降幅达58%，是储能系统下降的最大驱动力。目前电池占储能成本的比重约 53%，是第一大成本环节；到 2030 年，电池成占比有望进一步下降 12%至 41%。磷酸铁锂有望成为锂电储能的主流技术路线。电化学储能的核心需求在于高安全、长寿命和低成本。目前锂电池已成为全球电化学储能的主流技术路线，可根据正极材料类型的不同，进一步分为磷酸铁锂和三元两种主要的技术路线。对比三元锂电池，磷酸铁锂电池热稳定性强，内部化学成分分解的温度在500-600℃，具有更好的安全性；完全充放电循环次数大于 3500 次，具有更好的循环寿命；正极材料不含贵金属，且工艺环境要求不高，成本较低。与此同时，虽然磷酸铁锂电池能量密度低于三元锂电池，但储能应用场景相对固定，尺寸和重量设计相对灵活，因此不是储能系统设备选型的优先考量因素。综合考量两种技术路线的优势与劣势，磷酸铁锂电池更加贴合储能场景的应用需求，有望成为储能的主流技术路线。2019 年国内电力系统储能锂电池出货量中磷酸铁锂电池占比达 96%。2019 年全球家用储能产品出货量中磷酸铁锂电池占比 41%，同比提升约 7%；三元锂电池占比 55%，其他锂电池占比 4%。三元锂电储能在家用市场份额较高的主要原因为,家用储能需求主要来自海外市场，而长期专注于三元技术路线的特斯拉、LG 化学等厂商具备较强的先发优势和品牌优势，随着国内储能厂商进入储能家用市场，近年来磷酸铁锂电池市场份额呈上升趋势。技术与规模优势是核心竞争要素。锂电池行业技术壁垒较高，正极、负极、隔膜、电解液等材料配比需要长期技术沉淀。当前锂电池占系统成本较高，且循环寿命和深度放电等都对系统成本影响很大，考虑到未来电池性能仍有很大的进步空间，因此相比其他环节，技术进步推动降本的压力主要在电池环节，技术领先的企业先发优势明显。另一方面，电池工业规模效应明显，头部企业有望在竞争中充分发挥成本优势，挤压竞争对手的生存空间。 宁德时代 2019 年国内市场份额第一，规模领先第二名一倍以上。根据 CNESA 的统计数据，在 2019 年国内新电化学储能市场中，装机规模排名前十位的储能技术提供商依次为：宁德时代、海基新能源、国轩高科、亿纬锂能、猛狮科技、南都电源、中天科技、力神、圣阳电源和比克。4.2 PCS：头部供应商优势明显，有望复制光伏逆变器格局 储能变流器与光伏逆变器结构与功能高度相似。在电化学储能系统中，储能变流器(PCS) 是连接电池系统与电网或负载之间的实现电能双向转换的装置，主要由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过接收 EMS 的控制指令，来控制变流器对电池进行充电或放电；同时 PCS 控制器通过与 BMS 通讯获取电池组状态信息，实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。从电力电子结构上看，光伏逆变器和储能变流器 95%以上的硬件元器件相同，主要区别在直流侧元器件与 IGBT 功率模块拓扑结构。从技术难点上看，光伏逆变器和变流器核心部件均是逆变功率模块和二次控制电路。 头部供应商具有明显的产品及渠道优势，有望复制光伏逆变器行业格局。由于储能变流器与光伏逆变器产品具有高度的相似性，一般光伏逆变器厂商均具备供应储能变流器的能力。同时由于使用场景也较为相似，主要客户包括光伏电站开发商和承包商，以及电子元器件经销商等，渠道相对较为分散。光伏逆变器行业经过多年发展，头部企业产品和渠道优势明显，未来有望在储能变流器领域复制光伏逆变器的行业格局。 阳光电源2019年国内份额第一，领先优势较大。2019年，在国内新增投运的电化学储能项目中，阳先电源、科华恒盛、南瑞继保为装机规模排名的前 3 位，市占率分别约为 30%、16%、12%；排名 4-10 位的依次为盛弘电气、科陆电子、索英电气、昆兰新能源、上能电气、许继、智光储能。4.3 系统集成：排名竞争焦灼，差异化增值服务是核心竞争要素差异化增值服务是核心竞争要素。储能系统集成需要按照用户需求，根据运行场景和场站需求，基于自身对各种类型设备性能的充分了解，从而完成电池组、BMS、PCS 等设备选型以及系统控制策略的设计，最大化释放系统性能。储能应用场景丰富，定制化系统集成服务契合了多样的场景需求，能否提供差异化增值服务是核心竞争要素。目前系统集成商主要有三种模式：一是自给自足模式，从主要部件的制造，到系统集成服务，业务均有覆盖；二是部分集成模式，主要由电池、PCS等厂商以自身产品为中心，提供综合方案的附加服务；三是全集成模式，依靠从外部采购部件进行系统集成。根据北极星储能网报道，具备提供一体化整体解决方案服务的厂商仍屈指可数。阳光电源 2019 年国内份额第一，规模排名竞争较为焦灼。2019年，在国内新增投运的电 化学储能项目中，阳先电源、科陆电子、海博思创为功率规模排名的前 3 位，市占率分别约为 14%、11%、10%；排名 4-10 位的依次为库博能源、猛狮科技、南都电源、上海电气国轩、睿能世纪、智先储能、南瑞继保。4.4 BMS：技术壁垒较高，算法和芯片是核心竞争要素算法和芯片是核心竞争要素。储能系统一般特点为高电压，如电池簇电压一般在 700-1500V 以上；大电流，如电池簇电流一般在 100-300A；深循环，如电池放电深度一般在 80%以上；多电芯，如 2MWh 的系统需要 200Ah 电芯多达 3000 个以上；控制复杂，如储能系统可能配备多类型电芯，以对应复杂的工况；同时运行时电磁环境复杂，需要很强的抗干扰能 力。因此，与动力电池 BMS 相比，储能电池 BMS 在硬件逻辑结构、通信协议、管理系统参数等均不相同，特别是对于响应速度、数据处理能力、均衡管理能力等提出极高的要求。因此，对于 BMS 供应商来说，算法和芯片是核心竞争要素。目前国内的 BMS 供应商主要包括科工电子、高特电子、高泰昊能、力高新能源等，此外，一般大型系统技术提供商如宁德时代、派能科技等也具备 BMS 的设计制造能力。5 行业公司5.1 派能科技：家用储能领先企业，A 股储能第一股储能为主营业务，市场份额全球领先。派能科技成立于 2009 年 10 月 28 日，并于 2020 年 12 月 30 日在科创板上市。派能科技是国内较早开始锂电池储能系统商用的厂家之一，专注于磷酸铁锂电芯、模组及储能电池系统超过 10 年，是国内首家以储能为主营业务的上市公司。派能科技的储能系统覆盖 12V-1500V 全电压等级，系统容量最高可达 MWh 级，可应用于高压 储能、家庭储能、通信备电等多个场景。派能科技在全球市场中有较高品牌影响力及产品竞争力，2019 年派能科技自主品牌家用储能产品全球市场份额约 8.5%，仅位居全球第三名，落后于特斯拉（15%）和 LG 化学（11%）；自主品牌和贴牌方式家用储能合计约占全球市场份额的 12.2%。2019 年派能科技电力系统储能锂电池国内市场份额约 15.0%，位居国内第三名，仅落后于比亚迪（23.7%）、宁德时代（18.4%）。 产业链优势提供一站式解决方案，渠道优势打造全球化销售网络。派能科技整合产业链关键环节，拥有包括锂离子电芯制造、BMS、EMS 以及系统集成等上下游关键环节的多项核心专利技术，可以为用户提供一站式储能系统解决方案。派能科技已与海外多家知名大型集成商建立稳定的合作关系，包括 Sonnen（欧洲第一大储能系统集成商）、Segen（英国最大光伏产品提供商）、Energy SRL（意大利领先的储能系统供应商）等，产品销售渠道稳定。 产能加速扩张，业绩有望实现高增长。截至 2020 年 6 月，派能科技已形成年产 1GWh 电芯产能和年产 1.15GWh 电池系统产能，产能利用率接近饱和，产能瓶颈明显。公司规划新增 年产 4GWh 锂离子电芯和 5GWh 储能锂电池系统产能。未来随着新产能陆续达产，公司有望充分发挥规模优势，持续提升产品市场份额，实现业绩高增长。 5.2 阳光电源：储能逆变器与系统集成龙头，渠道优势明显 光伏逆变器龙头，渠道优势明显。阳光电源成立于 2007 年 7 月 11 日，并于 2011 年 11 月 2 日在创业板上市。阳光电源是光伏逆变器行业龙头企业，国内市占率约 30%，连续多年保持第一，国外市占率约 15%，截至 2019 年底，阳光电源逆变设备远销往德国、意大利等 60 多个国家，全球累计装机超 100GW。 强强联合切入储能领域，定位全球系统集成商。在储能的业务布局上，阳光电源定位“全球储能系统集成商”，与外部电池厂商深度绑定。2014 年底，阳光电源与三星 SDI 公司签署协议，成立三星阳光（占股 35%）和阳光三星（占股 65%）两家合资公司。其中，三星阳光从韩国引进生产线，负责生产锂离子储能电池包；阳光三星负责生产储能变流器及储能系统集成。2016 年 8 月，阳光三星正式投产，标志着公司正式切入储能领域。2019 年 2 月，公司以 4126 万元购买三星 SDI 公司持有的三星阳光 30%的股权，收购后合计持有三星阳光 65%的股权。三星 SDI 作为全球锂离子电池行业的第一梯队企业，其电芯在能量密度、循环寿命、安全性能等处于领先水平；而阳光电源作为逆变器龙头企业，对储能变流器技术积累深厚，在产品性能、可靠性、成本、渠道方面同样具有明显优势，强强联合共同开发有利于发挥各自的技术专长，迅速形成竞争优势。2019 年，阳光电源储能产品型谱优化，以磷酸铁锂和三元锂电池为体系，产品全面覆盖 0.5C 到 4C 的能量型、功率型等各类储能应用场景需求。 储能变流器与集成业务龙头，公司营收快速增长。阳光电源储能系统广泛应用在中国、美国、英国等众多国家，截至 2020 年 6 月底，阳光电源参与的全球重大储能系统项目超过 1000 个。国内业务方面，2016 年以来，阳光电源储能系统集成出货量连续四年位居国内市场榜首， 2019 年阳光电源在储能逆变器出货量也在国内供应商中居于首位。海外业务方面，在北美工商业储能市场以及澳洲户用光储市场，阳光电源市占率均超过 20%。2019 年，阳光电源储能业务收入实现营收5.43亿元，同比增长41.77%，业务收入占比从2018年的3.69%提升至4.18%。 5.3 固德威：户用储能逆变器龙头，光伏+储能打开成长空间 快速成长的组串式逆变器龙头。公司成立于 2010，专注于光伏和储能逆变器领域。2019 年公司光伏逆变器出货全球排名第 11 位，市占率 3%。公司聚焦全球市场，在 80 多个国家和地区建立了完善的渠道和良好的品牌口碑，2019 年海外收入占比 66.2%，重点市场包括欧洲 （以荷兰为主）、澳洲和南美洲。 户用储能逆变器龙头，储能业务持续高增长。依托电力电子方面的技术优势，公司在储能逆变器领域亦有较好的布局，主要面向欧美等优质市场，有较好的品牌认可度。根据 Wood Mackenzie《2019 年全球光伏逆变器市场份额和出货量趋势报告》，固德威储能逆变器市场份额占比超 15%，全球排名第一。2019 年储能逆变器营收 1.08 亿元，同比增长 147.8%；出货量 71 MW，同比增长 187.8%。 产品体系完备，产业链延伸助推储能新发展。公司拥有完备的储能逆变器产品体系，实现了单相、三相、交流耦合、直流耦合的产品全覆盖，应用领域上，逐渐从户用向工商业储能延伸。另外，公司与沃太能源成立合资公司，建设 1.14GWh 储能电池 PACK 产能，公司将从单一储能逆变器供应商转向综合型储能方案提供商。 5.4 宁德时代：全球动力电池龙头，储能全产业链布局 全球动力电池龙头，连续四年装机量登顶。公司成立于 2011 年 12 月 16 日，并于 2018 年 6 月 11 日在创业板上市。公司是动力电池行业龙头，根据 SNE Research，2020 年公司在全球范围内动力电池装机量达 34GWh，同比增加约 2%，占全球市场份额的 25%，连续第四年装机量登顶。 储能业务可追溯至公司成立之初，全产业链布局初步形成。宁德时代 2011 年成立之初即确定储能为主要业务方向之一，参与国家电网张北风光储输示范项目，并中标 4MW×4h 的磷酸铁锂电池系统。2018 年，宁德时代设立储能事业部，将储能列为重点发展业务。此后两年，宁德时代在储能业务布局动作频频，牵头设立电化学储能技术国家工程研究中心，并先后与星云股份、科士达、易事特、国网综能、福建百城新能源等成立合资公司，结合在上游原材料端的布局，目前已基本形成上中下游的全产业链布局。2020 年 2 月，公司发布 200 亿元定增公告，其中 55 亿用于江苏时代动力及储能锂离子电池研发与生产项目（三期），20 亿用于电化学储能前沿技术储备研发项目。 储能系统市场份额领先，公司营收持续高增。宁德储能系统产品包括电芯、模组/电箱和 电池柜。根据 CNESA，2019 年宁德时代国内新增投运电化学储能项目近 400MWh，位居国内 锂电储能技术提供商首位。根据 GGII，2019 年宁德时代电力系统储能锂电池市占率约 18.4%， 位居国内第二位。2019 年宁德时代储能业 务营收 6.10 亿元，同比增长 221.95%；2020 年上半年营收 5.67 亿元，同比增长 136.41%。目前宁德时代海外首个储能项目已在美国加州实现并网，随着前期储能市场布局及推广逐步落地，公司业绩有望持续高增。 5.5 科士达：绑定宁德时代，储能 PCS 业务有望快速发展 不间断电源（UPS）领先企业，储能产品已在多个国家应用。科士达成立于 1993 年 3 月 17 日，并于 2010 年 12 月 7 日上市。公司是不间断电源（UPS）领先企业，并围绕数据中心（IDC）拓展配套关键基础设施产品，转型数据中心一体化解决方案供应商。光伏及储能系统产品是公司第二大营收来源，产品主要包括光伏逆变器、储能变流器、EMS、大型集装箱式储能集成系统、光储充系统等。公司储能产品获得了中国、澳洲、德国、泰国等多个国家认证，并已在全球多个国家应用。 绑定宁德时代，储能 PCS 业务有望快速发展。2019 年 4 月，公司发布公告，拟与宁德时代合作成立储能合资公司，以开发、生产及销售储能系统 PCS、特殊储能 PACK、充电桩及“光储充”一体化相关产品。科士达出资 9800 万元，持有合资公司 49%的股权，宁德时代持有合资公司 51%的股权。目前合资公司一期主体建设已基本完成，正在进行储能团队搭建、产线规划、设备购置等准备工作，预计 2021 年正式投产。光伏逆变器与储能变流器技术同源，科 士达在电子电力转换技术方面积累深厚；而宁德时代作为动力电池龙头，技术和成本优势显著。随着合资公司正式投产，科士达储能 PCS 业务有望快速发展。 5.6 南都电源：铅酸龙头转型锂电，受益5G基站备电市场高增长 铅酸电池及再生铅龙头，积极转型锂电。公司是国内铅酸蓄电池龙头，产品广泛应用于通信、IDC、电动自行车等领域。随着 5G 基建建设周期到来、IDC 需求增长及电动自行车存量更换需求，公司铅酸电池业务有望持续增长。同时，针对下游铅酸换锂电趋势，公司提前布局，积极转型锂电，启动 14.16 亿元定增用于“年产 2000MWh 5G 通信及储能锂电池建设项目”、“年产 2000MWh 高能量密度动力锂电池建设项目”等5G 基站建设周期启动，带动通信备电高增长。随着 5G 建设加速，2019-2028 年宏基站需 求近 500 万个，同时 5G 基站耗电量增加带动通信后备电源需求高增长，预计未来 5 年 5G 基 站的储能系统需求近 35GWh。公司在通信领域深耕多年，完成了较好的品牌及渠道资源建设，公司在手订单充足，同时积极拓展海外市场，未来有望实现高增长。 储能业务深耕多年，未来有望提速。公司自 2011 年起就已进入储能行业，投建国内第一 个储能示范项目“东福山岛风光柴储能电站”，对于储能应用有着较深的理解，并积累了丰富 的客户资源。公司具备从储能产品及系统的研发生产、系统集成到运营服务的系统解决方案的 能力，在用户侧、电网侧、新能源发电侧均已实现大规模应用公司目前总装机规模超过 1GWh， 在行业中处于领先位置。公司业务模式由投资运营逐步转向售卖及共建等轻资产模式，随着全 球储能市场的快速增长，公司储能业务有望进一步提速。6 风险提示 政策不达预期；新能源装机不及预期；电力市场化改革不及预期；5G 基站建设不及预期；技术进步及成本下降不及预期。感谢您的关注，了解每日最新行业研究报告！———————————————————报告内容属于原作者，仅供学习！作者：民生证券 于潇 丁亚更多最新行业研报来自：【远瞻智库官网】

电化学测试技术在电化学科学和工程（如电解、电镀、金属腐蚀、电化学保护、化学电源、电分析化学等）各个领域中有广泛的应用。电化学测试技术的正确选用，是建立在对研究对象科学分析的基础上的，只有具体分析给定体系的电化学过程，再能建立有效的电化学研究方法。电化学技术在研究和评定缓蚀剂方面的应用，有机表面活性物质在金属表面上的吸附，可以不同程度地影响化学腐蚀过程。有的使腐蚀嘟嘟减慢，成为缓蚀剂或阻化剂；有的使腐蚀加速，称之为刺激剂。邮寄表面活性物质对电极过程的影响，有不同的理论解释。吸附分子对电化学反映的影响，主要取决于两个因素，有机离子或分子对电极表面的覆盖度和伴随着吸附引起的Φ1电位的变化。