Neutralidad de carbono: la mayor oportunidad en los próximos 40 años (2)

Los objetivos duales de carbono de mi país son alcanzar el máximo nivel de carbono antes de 2030 y lograr la neutralidad de carbono antes de 2060. Este objetivo es el más exigente en comparación con varias economías importantes del mundo.

En la estructura energética actual de mi país, la energía no fósil representa solo el 15,9%, la generación de energía limpia (incluida la hidroeléctrica) representa el 36% y el carbón representa el 52%.

Para ayudar a lograr los objetivos de doble carbono, por el lado del suministro de energía, aumentar la proporción de energía renovable en el suministro de energía y el consumo terminal es la forma más efectiva de lograr los objetivos de doble carbono.

Sin embargo, las energías renovables en el lado del suministro de energía, representadas por la energía eólica y la fotovoltaica, son muy volátiles y no pueden proporcionar energía continua y estable. Esto lleva al siguiente problema que debe resolverse: el almacenamiento de energía.

2.1 La necesidad del almacenamiento de energía

En los últimos años, a medida que el coste de los módulos fotovoltaicos ha bajado aún más, las centrales fotovoltaicas se han vuelto rentables sin subvenciones y se ha invertido una gran cantidad de capital. vertida en la industria fotovoltaica desde la producción hasta la operación, la escala de toda la industria fotovoltaica ha aumentado significativamente, pero también ha traído un problema, es decir, la energía fotovoltaica solo puede generar electricidad durante el día, ¿qué debemos hacer por la noche? El ventilador sólo puede girar cuando hay viento, pero ¿qué pasa cuando no hay viento?

La velocidad del viento varía mucho diariamente

A medida que la proporción del consumo de electricidad procedente de fuentes de energía renovables (eólica y fotovoltaica) sigue aumentando, la inestabilidad de la energía eólica y fotovoltaica no solo trae consigo es un corte de energía a corto plazo El impacto de su fluctuación en la red eléctrica provocará cambios en el flujo de energía de la red de distribución, afectará la calidad de la energía (voltaje, frecuencia, forma de onda) y tendrá un gran impacto en el lado de la red. y el lado del usuario.

Hace diez años, cuando las redes eléctricas en varios lugares no eran tan potentes como lo son ahora, las empresas de redes eléctricas siempre se han negado a desperdiciar electricidad, como la energía eólica y la fotovoltaica, por eso en las provincias con menos. En el consumo eléctrico, son muchos los casos de abandono de la eólica, abandono de la luz y racionamiento eléctrico.

Al almacenar la electricidad sobregenerada (no utilizada) a corto plazo y enviar continuamente esta parte de la electricidad a Internet cuando no hay electricidad (por la noche o cuando no hay viento), puede evitar la situación anterior.

2.2 Cómo rentabilizar el almacenamiento de energía

El almacenamiento de energía siempre ha sido una tarea política porque no puede generar dinero, pero ahora la tecnología ha llegado al cuello de botella de la obtención de ganancias, y el país ha comenzado a invertir en almacenamiento de energía. La industria está en llamas.

Unos días después, se introdujo una política para aumentar los precios de la electricidad por tiempo de uso:

El objetivo del documento es seguir aumentando el precio de la electricidad durante las épocas planas. Periodos punta y punta La diferencia en los precios de la electricidad puede llegar a 4 veces. Ambos documentos, explícita y encubiertamente, fomentan el desarrollo de la industria del almacenamiento de energía. En vísperas del cambio tecnológico, las políticas se están intensificando capa por capa. Se cree que es sólo cuestión de tiempo antes de que la industria del almacenamiento de energía. logra la plena rentabilidad.

En la actualidad, las centrales eléctricas de almacenamiento de energía en el lado conectado a la red de las centrales eléctricas de gran escala han podido alcanzar la rentabilidad en términos de cálculos financieros, basándose en la diferencia de precios actual entre el pico y el precio. energía del valle, la rentabilidad es aproximadamente la misma que la de los depósitos.

2.3 Almacenamiento de energía del lado de la red

La función principal del almacenamiento de energía del lado de la red es la regulación de picos y la regulación de frecuencia para garantizar la calidad de la energía de los usuarios. El método más común utilizado para la regulación de picos. y la regulación de frecuencia es el bombeo de agua.

El 6 de agosto, el Departamento de Asuntos Generales de la Administración Nacional de Energía emitió una carta solicitando comentarios sobre el "Plan de desarrollo a mediano y largo plazo para el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo (2021-2035)" (Borrador para comentarios ), proponiendo que para 2035, la capacidad instalada de almacenamiento de agua por bombeo de mi país aumentará a 300 millones de kilovatios, un aumento de 10 veces en comparación con 2020, superando con creces las expectativas del mercado. Anteriormente, la industria esperaba que la capacidad total instalada de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo de mi país alcanzara los 113 millones de kilovatios en 2030 y los 180 millones de kilovatios para finales de 2060. Esto significa que el plan general de producción para 2030 superará con creces el objetivo anterior de 2060. El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo se enfrenta a una ventana de desarrollo.

La puesta en marcha de centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo a gran escala mejorará en gran medida la capacidad de reducción de picos de la red eléctrica existente, aumentará la capacidad de la red eléctrica para absorber energía renovable y, en última instancia, aumentará la proporción de energía limpia en mi la red eléctrica del país.

El almacenamiento por bombeo es actualmente la tecnología de almacenamiento de energía más madura y con la mayor capacidad instalada. Tiene el costo de electricidad más bajo entre varias tecnologías de almacenamiento de energía. Como se muestra en la figura anterior, una central eléctrica de almacenamiento por bombeo. de dos depósitos muy diferenciados. Los depósitos superior e inferior están conectados por un sistema de suministro de agua y un grupo electrógeno.

Durante el período de baja carga de la red eléctrica, la central eléctrica utiliza electricidad barata del valle para bombear agua desde el depósito inferior al depósito superior para su almacenamiento, lo que convierte la energía eléctrica en energía potencial gravitacional. Cuando la carga de la red alcanza su punto máximo, la central libera el agua almacenada en el depósito para generar electricidad, de modo que la electricidad pueda venderse a un precio elevado.

Las desventajas de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo también son obvias: en terrenos complejos, el costo de construcción aumentará significativamente. Además, el período de construcción durará entre 5 y 8 años. La central eléctrica está terminada, debido al largo transporte por tuberías de larga distancia y las múltiples turbinas hidráulicas, lo que resulta en una alta pérdida de energía mecánica y una eficiencia de almacenamiento de energía de aproximadamente el 70%.

En la actualidad, las principales empresas locales de redes eléctricas se dedican principalmente a la construcción de centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en China. El diseño, la construcción o el contratista general necesarios para la construcción de centrales eléctricas están casi monopolizados por una empresa central. - Corporación de Construcción de Energía de China.

Power Construction Corporation of China incluye casi todos los principales institutos de diseño de energía hidroeléctrica de China, el más famoso de los cuales es el East China Survey and Design Institute en Hangzhou, cuyos ingresos anuales superan los 10 mil millones, superando a los más cotizados en bolsa. empresas.

Su participación en el mercado de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo ha alcanzado el 80% a nivel nacional y el 50% a nivel mundial. Se puede decir que es la merecida empresa de construcción de energía hidroeléctrica número uno en China.

El equipo principal de una central eléctrica de almacenamiento por bombeo es una turbina hidráulica. En este sentido, las fábricas tradicionales de turbinas de vapor tienen capacidades relativamente sólidas, como Dongfang Electric y Harbin Electric, como equipos de generación de energía maduros. , la tecnología de las turbinas hidráulicas ya está relativamente madura, hay poca prima en el precio.

2.3 Almacenamiento de energía del lado de la potencia

2.3.1 Otras formas de almacenamiento de energía

La central eléctrica de almacenamiento por bombeo es un tipo de almacenamiento de energía mecánico, y otros más Mecánica madura Existen otros métodos de almacenamiento de energía: almacenamiento de energía del volante, almacenamiento de energía del aire comprimido, etc.

Según los diferentes medios de almacenamiento de energía, el almacenamiento de energía también se puede dividir en almacenamiento de energía electroquímica, almacenamiento de energía química, almacenamiento de energía térmica y almacenamiento de energía electromagnética. Sin embargo, a día de hoy, el almacenamiento de energía mecánica sigue siendo el más utilizado. maduro entre ellos, el método de almacenamiento de energía de menor costo.

La aplicación del almacenamiento de energía electroquímica es actualmente la más extendida y prometedora. El componente central de la cadena de la industria de vehículos de nueva energía, la batería de energía, es una aplicación del almacenamiento de energía electroquímica, según diferentes medios. dividirse en baterías de iones de litio, baterías de plomo-ácido, baterías de iones de sodio, etc.

El concepto de almacenamiento de energía química es simple, pero el proceso de operación es extremadamente complejo. Como su nombre lo indica, convierte la energía eléctrica en energía química y la almacena. La más común es la electrólisis del agua para producir hidrógeno.

Una aplicación típica del almacenamiento de energía térmica es una central fototérmica. Después de recoger la luz solar, la sal fundida como medio se derrite, absorbiendo una gran cantidad de calor. La sal fundida luego continúa calentando agua para formar. vapor de agua, que impulsa la turbina de vapor para generar electricidad. Después de que se pone el sol, la central eléctrica puede seguir utilizando el calor almacenado en las sales fundidas para generar electricidad. Las centrales eléctricas CSP son una de las pocas centrales eléctricas nuevas que pueden proporcionar un suministro de energía estable.

Representación de una central solar térmica de 50 MW

El almacenamiento de energía electromagnética incluye principalmente el almacenamiento de energía superconductor, el almacenamiento de energía de condensadores, el almacenamiento de energía de supercondensadores, etc. Su eficiencia de almacenamiento de energía es alta, pero la distancia Las aplicaciones prácticas aún están bastante lejos.

En la actualidad, el almacenamiento de energía en el lado del suministro de energía es principalmente almacenamiento de energía electroquímica y almacenamiento de energía química, que corresponden a dos tipos de centrales eléctricas: centrales eléctricas conectadas a la red y centrales eléctricas distribuidas.

2.3.2 Almacenamiento de energía electroquímica

Actualmente, las nuevas centrales eléctricas de nueva energía centralizadas (conectadas a la red) en varios lugares requieren almacenamiento de energía adaptativo. Esta parte del almacenamiento de energía es principalmente para energía. El almacenamiento se utiliza cuando las centrales eléctricas de nueva energía fluctúan mucho. Dado que los precios de la electricidad conectada a la red de las centrales eléctricas centralizadas son fijos, no se obtienen beneficios de la diferencia entre los precios de la electricidad en los picos y los valles. energía de la red y aumentar los ingresos de la central eléctrica.

Al mismo tiempo, en el lado de la red, también se han lanzado una gran cantidad de centrales eléctricas de almacenamiento de energía. Sus funciones son las mismas que las del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, regulación de picos y frecuencia, y su modelo de ganancias es. comprar baja y vender alta potencia.

La imagen está tomada de un informe de investigación de una compañía de valores

Esta parte del almacenamiento de energía es principalmente almacenamiento de energía electroquímica, y las más prometedoras en el almacenamiento de energía electroquímica son: litio- Baterías de iones y batería de iones de sodio.

Tomando como representante las baterías de iones de litio, hablemos brevemente de las ventajas y desventajas del almacenamiento de energía electroquímico:

1. Los costos están cayendo rápidamente

Impulsado Gracias a políticas favorables, el costo por kilovatio hora de las baterías de litio ha disminuido rápidamente en los últimos años. Ya existen aplicaciones maduras de centrales eléctricas de almacenamiento de energía con baterías de litio. Bajo ciertas condiciones de precios de la electricidad, la tasa interna de retorno (TIR) ​​de la energía de almacenamiento. Las estaciones pueden alcanzar el 8%, que es suficiente para la mayoría de los estándares mínimos para proyectos invertidos por empresas estatales y empresas centrales.

2. Casi no está limitado por las condiciones del sitio

El almacenamiento de energía química requiere un sitio más grande y estándares de producción de seguridad más altos, mientras que el almacenamiento de energía en baterías de litio tiene una densidad de energía relativamente baja y un volumen pequeño. También es más pequeño y tiene menores requisitos de sitio, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en parques industriales, estaciones de carga, instrumentos y equipos de alta gama, etc.

3. La reducción de costes puede suponer un cuello de botella

Los recursos de mineral de litio son limitados. Es previsible que, según el ritmo de desarrollo actual, en un futuro próximo las baterías de litio sufran un aumento. Los precios de los materiales upstream y entrando en el cuello de botella, el costo por kilovatio-hora de las baterías de litio no pueden mantener la actual tendencia a la baja.

4. La mejora de la densidad energética ha llegado a un cuello de botella

Aunque la densidad energética de las baterías de litio ha mejorado mucho en los últimos años, en comparación con la cantidad de energía utilizada por humanos, todavía es demasiado pequeño, y la tasa de aumento de la densidad de energía de las baterías de litio no aumenta exponencialmente como los semiconductores, sino que aumenta lentamente en proporción. El aumento de la densidad de energía de las baterías de litio puede no seguir el ritmo de la demanda humana de capacidad de almacenamiento de energía.

La ventaja de las baterías de iones de sodio frente a las de iones de litio es que son de bajo coste y las reservas de sodio son mucho mayores que las de litio (las reservas probadas son unas 420 veces mayores que las de litio). Existe la posibilidad de una aplicación a gran escala en el futuro. Sin embargo, el número actual de baterías de iones de sodio recargables y descargables aún es bajo, la densidad de energía es pequeña y aún no es económica.

La ventaja de las baterías de litio es que, con la popularidad de los vehículos de nueva energía, las baterías eléctricas equipadas en los futuros vehículos eléctricos pueden seguir utilizándose como baterías de almacenamiento de energía una vez que se retiren.

En el campo del almacenamiento de energía electroquímico, CATL es el merecido líder absoluto. No sólo ha lanzado recientemente baterías de iones de sodio, sino que su informe provisional muestra que el negocio de almacenamiento de energía de CATL ha crecido más de lo que se espera. 20% respecto a 2020. 7 veces.

A partir de la experiencia de CATL, podemos predecir que el futuro mercado de almacenamiento de energía electroquímica será extremadamente amplio.

2.3.3 Almacenamiento de energía química

El almacenamiento de energía química se basa principalmente en la producción y el almacenamiento de hidrógeno. Para el almacenamiento de energía de hidrógeno, el modelo de beneficio más directo es que las empresas químicas inviertan en nuevos. Las centrales fotovoltaicas distribuidas utilizan energía fotovoltaica para producir hidrógeno, y el hidrógeno es la materia prima de la mayoría de las empresas químicas, como el hidrógeno para producir etileno.

En zonas con buenas condiciones de iluminación y ricos recursos hídricos, las empresas químicas pueden reducir fácilmente los costes de fabricación y obtener beneficios.

Además, la producción de hidrógeno mediante energía eólica marina se utiliza en plantas químicas costeras, y la electrólisis del agua para producir hidrógeno y metanol se utiliza como combustible de pila de combustible. La rentabilidad depende totalmente de las condiciones naturales (recursos eólicos/luz y). longitud de las tuberías de transporte).

El análisis de la cadena de la industria energética del hidrógeno no se ampliará debido a la extensión del artículo. Los interesados ​​pueden leer artículos anteriores En el futuro, la construcción de centrales eléctricas distribuidas con nueva energía. + El almacenamiento de energía del hidrógeno debe ser una dirección de desarrollo importante:

El futuro aún está lejos: un breve análisis de la cadena de la industria de la energía del hidrógeno

2.4 Almacenamiento de energía del lado del usuario

El almacenamiento de energía del lado del usuario está actualmente dominado por el almacenamiento de energía electroquímico. Con la popularidad de los vehículos eléctricos en el lado de las aplicaciones, la brecha de demanda para el almacenamiento de energía del lado del usuario será cada vez mayor.

Hagamos un cálculo simple: mucha gente ahora usa autos eléctricos. Si un auto eléctrico usa carga rápida, puede alcanzar el 75% de su potencia en aproximadamente 1 hora, y la potencia de la pila de carga es de aproximadamente. Son 100-200 kw, es decir, 100 a 200 kilovatios-hora de electricidad por hora. Antes de que los vehículos eléctricos se popularizaran por completo, esta pequeña cantidad de energía solo rociaba agua en la red eléctrica.

Pero si los vehículos eléctricos se popularizan por completo en un pequeño condado del nivel 18 con una población de cientos de miles (millones) y miles (millones) de vehículos se cargan al mismo tiempo, la energía instantánea aumentará. alcanza un nivel aterrador, la mayoría de las redes eléctricas a nivel de condado no pueden soportar un impacto de tan alta potencia.

Por lo tanto, han surgido algunas empresas operadoras de pilas de carga distribuida, como Kuaibu Technology, invertida por CATL, que se centra en operaciones integradas de almacenamiento, carga e inspección.

La combinación de energía fotovoltaica, almacenamiento de energía electroquímica y pilas de carga no solo puede reducir significativamente los costos operativos de las estaciones de carga (sin necesidad de comprar electricidad de la red eléctrica), sino también acortar el tiempo de aprobación de la construcción de las estaciones de carga. (No se requiere licencia de distribución de red), pero la adición de nuevos componentes fotovoltaicos y equipos de almacenamiento de energía electroquímica también aumentará significativamente el costo de construcción de las estaciones de carga.

Hay muchas otras aplicaciones del lado del usuario, como UPS de equipos grandes, centrales eléctricas de almacenamiento de energía en parques industriales, etc., por lo que no daré ejemplos uno por uno.

Existen varias formas de almacenamiento de energía. Aquí analizamos principalmente la cadena industrial de almacenamiento de energía electroquímica más prometedora.

3.1 Principio del sistema de almacenamiento de energía electroquímico

Entre ellos, PCS: convertidor de almacenamiento de energía, conecta el sistema de batería y la red eléctrica para lograr la conversión bidireccional de energía CC y CA.

BMS: Sistema de gestión de baterías, utilizado para la gestión de carga y descarga de baterías.

BS: Paquete de baterías, componente central, el coste principal reside en la batería.

EMS: Sistema de Gestión de Energía.

El costo del sistema de almacenamiento de energía electroquímico se muestra en la figura anterior. EPC se refiere a la proporción de la tarifa de contratación general para la construcción de la central eléctrica de almacenamiento de energía electroquímica. que el costo de la batería representa más de la mitad de todo el sistema, seguido por el convertidor de almacenamiento de energía PCS, y estos dos son también los sectores con mayor contenido técnico y las barreras más gruesas en el sistema de almacenamiento de energía.

3.2 Líderes en cada sector

Empresas representativas de baterías de almacenamiento de energía: CATL, Peneng Technology, BYD y Yiwei Lithium Energy.

CATL: líder absoluto indiscutible El informe provisional muestra que el negocio de almacenamiento de energía se ha multiplicado por más de 7 años año tras año y tiene voz absoluta en el campo de las baterías.

Everview Lithium Energy: se ha desarrollado rápidamente en 5G y en el almacenamiento de energía de estaciones de energía eólica y solar, pero aún ocupa el primer lugar entre los fabricantes de baterías de segundo nivel.

BYD: cubre toda la cadena industrial, tiene una profunda acumulación de tecnología y se destaca en los mercados extranjeros. Sin embargo, su negocio principal son los vehículos completos y la flexibilidad de su negocio de almacenamiento de energía puede ser promedio.

Tecnología Paineng: el negocio de almacenamiento de energía es puro, se centra en el almacenamiento de energía del lado del usuario y el rendimiento actual es promedio.

PCS (inversor de almacenamiento de energía): Sungrow, GoodWe, Ginlang Technology

Sungrow: el doble líder en inversores de almacenamiento de energía y sistemas de almacenamiento de energía en el mundo El mercado de inversores se encuentra en una posición de liderazgo.

GoodWe: similar a Paineng Technology, se centra en el mercado de inversores de almacenamiento de energía del lado del usuario.

Jinlang Technology: un nuevo actor en el campo de los inversores a los pocos años de su desarrollo, ha capturado gran parte del mercado interno de Sungrow y las perspectivas del mercado son prometedoras.

Integración del sistema: Shenghong Co., Ltd.

EPC: Yongfu Co., Ltd. es una basura. Es simplemente un instituto de diseño roto. Si CATL no hubiera participado, habría sido una basura.

El artículo de hoy es un poco largo y la parte de la cadena industrial es un poco más simple. Hasta ahora, con el apoyo de políticas, el almacenamiento de energía apenas ha podido satisfacer las necesidades de inversión de las empresas estatales (. probablemente con una tasa de retorno más alta que los regulares), todavía lejos de ser un brote en toda regla.

Si quieres invertir en el campo del almacenamiento de energía, los primeros en explotar son las baterías y los inversores de mayor valor. En cuanto a los demás, intenta no tocarlos.