Energiespeichersysteme werden hauptsächlich in der Stromnetzübertragung und -verteilung sowie in Hilfsdiensten, bei der Netzanbindung erneuerbarer Energien, in dezentralen Netzen und Kleinstnetzen sowie in verschiedenen Bereichen auf der Nutzerseite eingesetzt. Nach den Statistiken, in der ersten Hälfte des Jahres 2023, globale Energiespeicherung Die Batterieproduktion wird 98GWh betragen, was einem Anstieg von 104% gegenüber dem Vorjahr entspricht, und die Auslieferungen werden 102GWh betragen, was einem Anstieg von 118% gegenüber dem Vorjahr entspricht.
1. Energiespeichersystem
Energiespeicherung, die die Umwandlung von Energie über Zeit und Raum hinweg realisiert. Im weitesten Sinne bezieht sich ein Energiespeichersystem auf einen Kreislaufprozess, bei dem eine Energieform in der gleichen Form gespeichert oder durch ein Medium oder eine Vorrichtung in eine andere Energieform umgewandelt und dann in einer bestimmten Energieform auf der Grundlage zukünftiger Anwendungen freigesetzt wird, um die Übertragung oder den Transfer von Energie über Zeit und Raum hinweg zu realisieren.
2. Die Rolle des Energiespeichersystems
Das Energiespeichersystem ist auch ein Regulator des Energiesystems, der hauptsächlich die Funktion der Spitzenlast- und Frequenzregulierung übernimmt. Die Hauptaufgabe des Energiespeichersystems besteht darin, eine regulierende Rolle im Energiesystem zu spielen, um das Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und -verbrauch zu gewährleisten und gleichzeitig die Gesamtwirtschaftlichkeit des Energiesystems zu verbessern und die Energiekosten zu senken.
Die täglichen Funktionen des Energiespeichersystems lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Spitzenlastregelung und Frequenzregelung.
- Die Energiespeicherung kann die Stromerzeugungsseite und die Lastseite durch Spitzenausgleich und Talfüllung aufeinander abstimmen, um die Spitzenausgleichsfunktion zu realisieren.
Peak Shaving bedeutet, das Gleichgewicht zwischen Stromlast und Stromerzeugung über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, indem mehr Aggregate investiert werden, um die Nachfrage während der Spitzenzeiten des Stromverbrauchs zu decken, und die entsprechenden Aggregate während der Zeiten geringen Stromverbrauchs abgeschaltet werden.
Das Energiespeichersystem hat die Eigenschaften eines bidirektionalen Energieflusses. Es speichert Energie bei niedrigem Stromverbrauch und gibt elektrische Energie bei Spitzenstromverbrauch ab, um Spitzen zu vermeiden und Täler zu füllen.
Es kann die Spitzen-Tal-Lastdifferenz des Stromnetzes wirksam reduzieren und die Stromerzeugung in der Zeitspanne und auf der Lastseite angleichen, um die Systemstabilität zu erhalten.
- Die Energiespeicherung kann die Genauigkeit der Frequenzmodulation optimieren und die Lebensdauer des Stromnetzes verlängern.
Die Netzfrequenz ist der empfindlichste Betriebsparameter, der die Systemstabilität direkt widerspiegeln kann, und muss im täglichen Betrieb in einem festen und kontrollierbaren Bereich gehalten werden. Wenn die Stromerzeugung des Stromnetzes nicht mit der Stromlast im Gleichgewicht ist, ändert sich die Frequenz entsprechend.
Wenn die Stromerzeugung knapp ist, sinkt die Netzfrequenz und umgekehrt. Bei der Frequenzregulierung müssen die entsprechenden Aggregate entsprechend der Stromlast sofort eingesetzt werden, um eine angemessene Stromerzeugung zu gewährleisten, was hohe Anforderungen an die Reaktionsgeschwindigkeit der Aggregate stellt.
Darüber hinaus kann die Energiespeicherung die Frequenzmodulationsfunktion des Stromnetzes optimieren. Einerseits kann die Echtzeit-Reaktionsgeschwindigkeit der Energiespeicher die Anpassungsgeschwindigkeit und -genauigkeit des Leistungsteils verbessern. Häufiger Betrieb verlängert somit die Lebensdauer des gesamten Stromsystems.
3. Analyse verschiedener Anwendungsszenarien der Energiespeicherung
- Die unterstützende Energiespeicherung auf der Seite der Stromerzeugung trifft direkt den Schmerzpunkt der neuen Energieerzeugung und wird zum einzigen Weg, die Energiestruktur zu reinigen.
Die Stromerzeugung aus neuen Energien unterscheidet sich von der traditionellen thermischen Stromerzeugung, bei der die Effizienz der Stromerzeugung manuell eingestellt werden kann. Sie ist natürlich in hohem Maße von der natürlichen Umgebung abhängig, was zu offensichtlicher Unkontrollierbarkeit und Instabilität führt.
Wenn sie an das Netz angeschlossen wird, verursacht sie eine enorme Strombelastung für das Netz und beschädigt es, wodurch die Instabilität gelöst wird. Sex ist zum zentralen Engpass bei der Entwicklung sauberer Energie geworden. Auf der Seite der Stromerzeugung werden Energiespeichersysteme meist in großen, zentralen Kraftwerken eingesetzt, um diesen technischen Engpass zu beheben.
Einerseits kann das Energiespeichersystem "Spitzenausgleich und Talfüllung" realisieren, indem es den überschüssigen Strom, der nicht verbraucht werden kann, speichert und den Entladezeitpunkt entsprechend der Nachfrage plant, um so das Problem der Windstille zu lösen.
Andererseits kann das Energiespeichersystem häufig geladen und entladen werden oder schnell auf Frequenzmodulationssignale reagieren, um die kurzfristige Leistung und den Strom der neuen Energieerzeugung in Echtzeit anzupassen und das Stromnetz in kurzer Zeit von der Frequenzmodulation und der Spitzenregelung zu entlasten.
- Die Energiespeicherung auf der Übertragungs- und Verteilerseite wird als Kapazitätserweiterung oder als Reservegerät zur Verbesserung der Anpassungsfähigkeit und Sicherheit der Leitungen eingesetzt.
Die Energiespeicherung auf der Übertragungs- und Verteilerseite kann die Leitungskapazität erweitern und Leitungsüberlastungen im täglichen Einsatz abmildern. Die vorübergehende Erweiterung der Energiespeicherung kann den Austausch alter Leitungen verzögern oder überflüssig machen und die Kosten senken. Gleichzeitig können Energiespeicher auch als Backup-Geräte in Umspannwerken eingesetzt werden, um Gleichstrom zu liefern, wenn die externe Wechselstromversorgung unterbrochen ist, was die Zuverlässigkeit und Sicherheit erhöht.
- Batteriespeicher hinter dem Zähler kann die Differenz der Strompreise effektiv nutzen und die Stromkosten senken.
Auf der Nutzerseite wird die Energiespeicherung meist in dezentralen Photovoltaik- oder Windkraftanlagen eingesetzt. Auf der Grundlage des Time-of-Use-Strompreissystems oder des Kapazitätsentgeltsystems erzeugen und speichern die Nutzer in Zeiten niedriger Strompreise Strom, um die Stromnachfrage in Zeiten hoher Strompreise zu decken und so die Gesamtstromkosten zu senken.
Eine weitere wichtige Anwendung auf der Nutzerseite ist das "Mikronetz", das verteilte Stromquellen, Energiespeicher und Energieumwandlungsgeräte in ein kleines Stromerzeugungs- und -verteilungssystem integriert, das vom allgemeinen Stromnetz getrennt ist, um einen ortsnahen Verbrauch zu erreichen und die Auswirkungen auf das allgemeine Stromnetz zu verringern. usw.
4. Nachfrageraum des globalen Energiespeichermarktes
Von 2022 bis 2025 wird die neue Nachfrage nach Energiespeichern weltweit etwa 630 GWh betragen. Schätzungen zufolge wird die weltweite Nachfrage nach neuen Energiespeichern auf der Stromerzeugungsseite, der Netzseite, der Nutzerseite, den 5G-Basisstationen und anderen Hilfsdiensten von 2022 bis 2025 jeweils 190 GWh, 34,4 GWh, 364,9 GWh, 30,3GWh und 10,4 GWh betragen, insgesamt also etwa 630 GWh.
- Seite der Stromerzeugung: Günstige politische Maßnahmen beschleunigen die Freisetzung zusätzlicher Nachfrage, und die neue Nachfrage wird im Jahr 2025 50,6 GWh erreichen. Die Stromerzeugung stützt sich hauptsächlich auf neue Energieerzeugungsanlagen. Wir gehen davon aus, dass in den Jahren 2022-2025:
- Die weltweit neu installierte Photovoltaik-Kapazität beträgt etwa 250GW, 330GW, 400GW und 480GW, davon entfallen auf den zentralisierten Typ etwa 60%, entsprechend 150GW, 198GW, 240GW und 288GW; die weltweit neu installierte Windkraftkapazität beträgt etwa 98,8GW, 107GW und 115,9% bzw. GW, 133,3GW.
- Die Durchdringungsraten der Energiespeicherung für Windkraft- und Fotovoltaikkraftwerke betragen 20%, 30%, 40% bzw. 60%.
- Die Leistungsverteilungen auf der Stromerzeugungsseite betragen 13%, 15%, 17% bzw. 20%.
- Die Konfigurationszeit der Energiespeicher beträgt 2 Stunden. Es wird berechnet, dass die neue Kapazität und der Energieumfang der Energiespeicherung auf der Stromerzeugungsseite 6,5 GW/12,9 GWh im Jahr 2022 und 50,6 GW/101,1 GWh im Jahr 2025 betragen wird, und die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs wird 98,4% betragen.
- Rasterseite: Der Bestand auf der Netzseite ist parallel zu den neu hinzugekommenen zwei Rädern, und die neu hinzugekommene Nachfrage im Jahr 2025 beträgt etwa 16,3 GWh. Auf der Seite des Stromnetzes sind die Hilfsdienste (d.h. Frequenz- und Spitzenlastregelung) die Hauptstütze, und es gibt Bestands- und Zuwachsmärkte. Ende 2021 beträgt die weltweit installierte Kapazität an erneuerbaren Energien etwa 2807 GW. Wir gehen davon aus, dass dies 2022-2025 der Fall sein wird:
- Der jährliche Zuwachs der weltweit installierten Kapazität an erneuerbaren Energien beträgt etwa 440 GW, 573 GW, 690 GW und 823 GW.
- Die Durchdringungsraten der auf Vorrat installierten Energiespeicher von 2022 bis 2025 betragen 1,3%, 1,5%, 2,0% und 3,0%; die Durchdringungsraten der inkrementell installierten Energiespeicher betragen 7%, 9%, 12% bzw. 15%.
- Das Leistungsverhältnis auf der Netzseite beträgt 3%.
- Die Konfigurationszeit der Energiespeicher beträgt 1 Stunde. Es wird geschätzt, dass die neu hinzugefügte Kapazität und der Energieumfang der netzseitigen Energiespeicherung im Jahr 2022 3,5 GW/3,5 GWh und im Jahr 2025 16,3 GW/16,3 GWh betragen werden, mit einer dreijährigen CAGR von 67,5%.
- Benutzerseite: Die hohen Strompreise sorgen weiterhin für ein starkes Wachstum auf der Nutzerseite, und die neue Nachfrage im Jahr 2025 wird etwa 147,7 GWh betragen. Wir gehen von 2022-2025 aus
- Die neu installierte Kapazität der weltweiten dezentralen Photovoltaik liegt bei 100 GW, 132 GW, 160 GW bzw. 192 GW.
- Die Durchdringungsraten der dezentralen Photovoltaik-Energiespeicher betragen 13%, 20%, 23% bzw. 27%. 3) Das Verhältnis der Leistungskonfiguration auf der Nutzerseite beträgt 95%.
- Die Bereitstellungszeit von Energiespeichern für Haushalte beträgt weltweit in der Regel 2 bis 4 Stunden, und der Durchschnittswert von 3 Stunden wird für die Schätzung verwendet. Es wird geschätzt, dass der neue Kapazitätsumfang und der Energieumfang der nutzerseitigen Energiespeicherung im Jahr 2022 12,4GW/37,1GWh bzw. 49,2GW/147,7GWh im Jahr 2025 betragen wird, und die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs wird 58,6% betragen.
- 5G-Basisstation: Der Bedarf an Hilfsdiensten ist beträchtlich, und der neue Bedarf im Jahr 2025 beträgt etwa 15,1 GWh. Der von der 5G-Basisstation konfigurierte Energiespeicher dient nicht nur als Notstromquelle, sondern ist auch ein Energiespeicher, der eine Hilfsdienstfunktion erfüllt und an der Frequenzregelung und Spitzenlastregelung des Stromnetzes teilnimmt. Wir nehmen für 2022-2025 an:
- Die Zahl der neuen 5G-Basisstationen in der Welt beträgt 110, 140, 1,70 bzw. 2,1 Millionen;
- Die Verbreitungsraten von 5G-Basisstationen, die mit Energiespeichern ausgestattet sind, betragen 18%, 27%, 45% bzw. 60%;
- Das Verhältnis der Energiespeicherleistung beträgt 100%;
- Die Konfigurationszeit für die Energiespeicherung wird von 3,5 Stunden auf 4 Stunden erhöht. Es wird berechnet, dass die neu hinzugefügte Kapazität und der Energieumfang der Energiespeicherung in der 5G-Basisstationskonfiguration im Jahr 2022 0,6GW/2,1GWh bzw. im Jahr 2025 3,8GW/15,1GWh betragen wird, und die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs wird 85,3% betragen.
5. Künftiger Markt für Energiespeicherung weltweit
Langfristig wird der Anstieg des Anteils der weltweiten Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien einen großen Bedarf an Energiespeichern freisetzen. Nehmen wir China als Beispiel: Die neue Nachfrage nach Energiespeichern in China wird zwischen 2022 und 2025 etwa 179 GWh betragen.
Schätzungen zufolge wird der neue Bedarf an Energiespeichern in China zwischen 2022 und 2025 auf der Seite der Stromerzeugung, des Netzes, der Nutzer, der 5G-Basisstationen und anderer Hilfsdienste 41,1 GWh, 26,2 GWh, 77,9 GWh, 27,9 GWh und 5,7 GWh betragen, insgesamt also etwa 179 GWh.
- Seite der Stromerzeugung: Im Jahr 2025 wird die neue Nachfrage 20,3 GWh erreichen. Die Stromerzeugung basiert hauptsächlich auf neuen Energieerzeugungsanlagen, wobei davon ausgegangen wird, dass im Zeitraum 2022-2025:
- Die neu installierte Leistung der Photovoltaik beträgt etwa 80GW, 90GW, 100GW und 110GW, wovon 50% auf den zentralisierten Typ entfallen, was etwa 40GW, 45GW, 50GW und 55GW entspricht;
- Die Durchdringungsraten der Energiespeicherkonfigurationen betragen 17%, 21%, 24% bzw. 30%.
- Die Leistungsverteilungen auf der Stromerzeugungsseite betragen 12%, 15%, 18% bzw. 25%.
- Die Konfigurationszeit der Energiespeicher beträgt 2 Stunden. Daher wird berechnet, dass die neue Kapazität und der Energieumfang der Energiespeicherung auf der Stromerzeugungsseite im Jahr 2022 1,9 GW/3,9 GWh betragen und im Jahr 2025 10,1 GW/20,3GWh erreichen wird, wobei die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs 73,5% betragen wird.
- Rasterseite: Zur Deckung des Bedarfs an Spitzenlast- und Frequenzregulierung beträgt die neue Nachfrage im Jahr 2025 etwa 14,6 GWh. Auf der Seite des Stromnetzes sind die Hilfsdienste (d.h. Frequenz- und Spitzenregulierung) die Hauptstütze, und es gibt Bestands- und Zuwachsmärkte. Angenommen 2022-2025:
- Die inkrementelle installierte Leistung beträgt etwa 150 GW, 170 GW, 195 GW und 220 GW;
- Die Durchdringungsraten der auf Vorrat installierten Energiespeicher von 2022 bis 2025 betragen 2,2%, 3,5%, 5,5% und 8,0%; die Durchdringungsraten der inkrementell installierten Energiespeicher betragen 7%, 8%, 12% bzw. 18%.
- Das Leistungsverhältnis auf der Netzseite beträgt 3%.
- Die Konfigurationszeit der Energiespeicher beträgt 1 Stunde. Es wird geschätzt, dass die neu hinzugefügte Kapazität und der Energieumfang der netzseitigen Energiespeicherung im Jahr 2022 1,7GW/1,7GWh betragen und im Jahr 2025 14,6GW/14,6GWh erreichen wird, und die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs wird 102,8% betragen.
- Benutzerseite: Durch die Kostensenkung wird allmählich Platz auf der Nutzerseite frei, und die neue Nachfrage im Jahr 2025 beträgt etwa 36,6 GWh. Auf der Nutzerseite wird vor allem die Verbreitung von optischen Speichersystemen berücksichtigt. Angenommen 2022-2025:
- Die neu installierte Kapazität der dezentralen Photovoltaik liegt bei 40 GW, 45 GW, 50 GW bzw. 55 GW.
- Der Verbreitungsgrad von dezentralen Photovoltaik-Energiespeichern beträgt 8%, 16%, 25% bzw. 37%.
- Das nutzerseitige Leistungskonfigurationsverhältnis beträgt 90%.
- Die Konfigurationszeit der Energiespeicher beträgt 2 Stunden. Im Jahr 2022 werden die neue Kapazität und der Energieumfang der nutzerseitigen Energiespeicherung jeweils 2,9GW/5,8GWh betragen, und im Jahr 2025 werden sie jeweils 18,3GW/36,6GWh erreichen, und die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs von 2022 bis 2025 wird 85,3% betragen.
- 5G-Basisstationen: Im Vergleich zu den 4G-Basisstationen ist der Stromverbrauch erheblich gestiegen, so dass die Energiespeicherung von Backup-Strom ein Muss geworden ist. Der neue Bedarf im Jahr 2025 wird etwa 13,4 GWh betragen. China ist derzeit der größte Nachfragemarkt für die Energiespeicherung von 5G-Basisstationen. Derzeit macht die kumulierte installierte Kapazität der Energiespeicherung von 5G-Basisstationen in China etwa 60% der Welt aus. Im Jahr 2021 wird China mehr als 600.000 neue 5G-Basisstationen hinzufügen. Angenommen, 2022-2025:
- Die Zahl der neu gebauten 5G-Basisstationen beträgt 80, 100, 1,2 Millionen und 1,4 Millionen;
- Die Durchdringungsraten der Energiespeicherung für 5G-Basisstationen betragen 25%, 35%, 60% bzw. 80%;
- Das Verhältnis der Energiespeicherleistung beträgt 100%;
- Die Konfigurationszeit für die Energiespeicherung wird von 3,5 Stunden auf 4 Stunden erhöht. Es wird berechnet, dass die neu hinzugefügte Kapazität und der Energieumfang der Energiespeicherung in der 5G-Basisstationskonfiguration im Jahr 2022 0,6GW/2,1GWh bzw. im Jahr 2025 3,4GW/13,4GWh betragen wird, und die dreijährige CAGR des Kapazitätsumfangs wird 85,7% betragen.
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