千億氫儲能市場一觸即發

　　一、雙碳政策下可再生能源裝機高增，新型能源結構轉型催生儲能需求

　　1.1 全國碳排放權交易市場正式啟動，電力行業成碳交易市場先行試驗田

　　火力發電是我國碳排放的主要來源。中國是全球碳排放主要貢獻者，碳排放量常年占 比全球碳排總量的 30%，2021 年碳排放超 199 億噸。從排放結構角度看，電力行業為 我國碳排放的主要來源，占比超過 42%，幾乎所有碳排放均來自于燃煤發電，占比高 達 99%。制造行業碳排放量其次，占比超 38%，其中 5 大高耗能產業(石油化工及煉 焦、黑色金屬冶煉、非金屬礦物冶煉、化工、有色金屬冶煉)是重點排放對象，貢獻 國內制造行業 90%的碳排放。交通行業考慮生產過程的碳排放以及行駛過程中的碳排 放，總碳排放量占比則超 5%。

　　火力發電碳排放量仍呈現逐年上漲態勢。近五年火力發電量占比逐年下降，從 2017 年的 72%下降到 2021 年的 71%，但是因為社會總用電量不斷上升，火力發電的絕對數 值仍然持續增加，從 2017 年的 4.8 萬億 kWh 增加到 2021 年的 5.8 萬億 kWh，進而帶 來的碳排放量的增長，減碳形勢不容樂觀。

　　電力行業成碳交易市場先行試驗田。全國碳排放權交易市場于 2021 年 7 月 16 日正式 啟動交易，成為全球覆蓋碳排放規模最大的碳市場。目前中國碳市場覆蓋發電行業控 排企業 2162 家，控排企業的年排放量超過 40 億噸二氧化碳，占全國碳排放比例超 40%，從規模方面講已超過歐盟碳市場覆蓋的排放量(2019 年約為 19 億噸二氧化碳)， 成為全球“覆蓋碳排放量”大的碳市場。

　　1.2 雙碳政策下能源結構轉型，可再生能源裝機迎來高增

　　《“十四五”可再生能源發展規劃》，到 2025 年可再生能源年發電量達到 3.3 萬 億千瓦時左右。“十四五”期間，可再生能源發電量增量在全社會用電量增量中 的占比超過 50%，風電和太陽能發電量實現翻倍。即相較 2020 年，推算 2025 年 可再生能源發電量占比將至少達到 18%左右。

　　2023 年政策層面端再加碼，國家能源局出臺《新型電力系統發展藍皮書(征求意 見稿)》，規劃到 2030 年新能源裝機占比超過 40%，發電量占比超過 20%。文件制 定了新型電力系統“三步走”發展路徑，包括加速轉型期(當前~2030 年)、總體 形成期(2030~2045 年)、鞏固完善期(2045~2060 年)，并明確指出打造“新能 源+”模式，加快提升新能源可靠替代能力，推動新能源成為電量增量主體。

　　預計到 2030 年可再生能源發電占比超 4 成。根據國家統計局數據，2021 年我國水、 光、風可再生能源發電量合計 2.3 萬億千瓦時，約占總發電量的 28%。根據《中國 2060 年前碳中和研究報告》結合國家政策規劃，預計到 2025/2030 年，可再生能源裝機量 可依次達到 15/22 億千瓦，可再生能源發電量占全社會用電的比例將達到 35%/44%， 到 2030 年可再生能源年度發電量將超 5 萬億千瓦時。

　　測算邏輯：根據國家發改委下設全球能源互聯網發展合作組織 2021 年 3 月發布 的《中國 2060 年前碳中和研究報告》數據，預計到 2030 年全社會總用電量將達 到 11 萬億千瓦時，光伏、風電、水電總裝機將分別達到 10/8/4.4 億 kW，假設 光伏、風電、水電的年利用小時數分別為 1400/2000/3800 小時，預計光伏、風 電、水電、火電在發電結構中占比將分別達到 27%/22%/12%/36%。

　　1.3 新型能源結構催生儲能需求，長時儲能需滿足大規模應用和時間邊際成本低的特性

　　可再生能源發電具備波動性，需配儲調節。儲能可分為電源側儲能、電網側儲能和用 戶側儲能，核心均為實現電能的跨時間應用，但具體到每一側，儲能的作用又有細微 不同。

　　電源側：1)平滑、調峰作用：由于光伏、風電、水電的隨機性、波動性特征， 電源側需要儲能以實現電力從秒級到季度的供需平衡;2)黑啟動：借助儲能電 量帶動無自啟動能力發電機組。

　　電網側：調頻：可再生能源上網電量的波動可能會造成火力發電量的波動，進而 影響火力發電機組轉子的轉速，改變交流電的頻率，因此儲能還起到調節電網交流電頻率的作用。

　　用戶側：1)削峰填谷：允許用戶調整用電時間，降低用電成本;2)分布式發電： 推動戶用可再生能源發電裝置的發展;3)備用電源。

　　電源側日度級別和季度級別儲能需滿足容量高、儲能時間長、大規模應用成本低的特 性。電源側的可再生能源發電因其具有隨機性、波動性的特點，表現為時間維度上的 出力不均。

　　秒-分鐘變化：可再生能源波動性需儲能平滑。光伏發電的輸出與光照強度直接 相關，因此其輸出特性受天氣影響明顯。晴天光伏出力均勻且類似正態分布，多 云和陰雨天因光照強度波動較大，光伏出力也會發生分鐘級的變化。分鐘級波動 會造成發電機組轉子的轉速波動，進而影響到發出的交流電頻率，造成系統失穩， 因此需要儲能裝置頻繁的充放電平滑分鐘級的波動，因此該種儲能適合動態響應 快、效率較高的儲能形式，如鋰電池儲能。

　　小時-天變化：光伏晝夜不均需儲能調峰。光伏發電出力時間集中在 6：00-18： 00 之間，10：00-14：00 為出力高峰期，夜晚出力幾乎為零，一天的輸出功率變 化區間為 0-100%，晝夜差別巨大，同理風力發電在有風天氣和無風天氣功率輸出差別也很大，需要儲能進行晝夜甚至跨日間的調峰，此種儲能要求儲能容量大， 因此適合能量密度高、大規模應用成本低的儲能方式，如氫儲能、壓縮空氣儲能、 抽水儲能。

　　季度變化：可再生能源季節性差異需儲能調峰。觀察 2019-2022 年平均每月發電 量情況可以發現，用電側高峰期出現在夏、冬季，光伏發電高峰期出現在春、秋 季，風力發電高峰期出現在春季以及 12 月，水力發電則只有夏季偏多，其余季 度很少。為了解決可再生能源的季度發電不均衡現象，儲能則為必要的手段。此 種儲能要求儲能時間長、儲能容量巨大，因此適合無自衰減、大規模應用成本低 的儲能方式，如氫儲能、抽水儲能。

　　季節性儲能可實現長時及廣域空間的能量轉移，多為跨能源形式的長期儲能與利用。 當前電力系統中應用的如電化學儲能等儲能方式主要提供面向電力系統的日內調峰、 調頻、爬坡等，用于平抑短時(秒、分鐘、小時)尺度的電力波動，難以應對長時間 (周、月、年)尺度下可再生能源出力與負荷需求的電量不平衡問題。為實現長時間 尺度的能量平移，平抑數日、數周乃至季節性的電量波動，參與月、季乃至年調節過 程，需要采用長時間、大容量的儲能技術，即季節性儲能。其在電力系統電能富余時 將電能轉化為其他可長期存儲的能量形式進行儲存，實現跨能源形式的長期儲能與優 化利用。

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