Informe de investigación de la industria del almacenamiento de energía: El almacenamiento de energía está experimentando un auge en su desarrollo
1. El conector de almacenamiento de energía es un elemento indispensable para el desarrollo de nuevas energías.
1.1 La participación mundial en la generación de energía nueva aumenta
El mundo está desarrollando vigorosamente nuevas energías y la proporción de generación de energía nueva está aumentando.
Las nuevas energías contribuyen principalmente al crecimiento de la generación eléctrica mundial. En términos de volumen total, la generación eléctrica mundial en 2020 superará los 25.000 TWh, de los cuales los combustibles fósiles (energía térmica) seguirán siendo la principal fuente de generación eléctrica, representando más del 70 % de la generación eléctrica. Por otro lado, la participación total de las nuevas energías en la generación eléctrica aumentará significativamente, superando el 25 % en 2020.
En términos de incremento, en 2011, la proporción de nueva energía global en la nueva capacidad instalada de energía superó a la de la energía tradicional y alcanzó el 83% en 2020. Se espera que continúe dominando el mercado de nueva capacidad instalada en el futuro.
1.2 La nueva energía ha incrementado sus requisitos de flexibilidad de la red
La producción de nueva energía es inestable y no está alineada con el pico de consumo de electricidad.
La producción de energía generada a partir de nuevas fuentes de energía no coincide con el pico de consumo eléctrico y es inestable. En primer lugar, desde la perspectiva de los patrones de consumo eléctrico, las 10:00 y las 20:00 son los picos, respectivamente. Sin embargo, las centrales eólicas y fotovoltaicas tienen mayor producción a primera hora de la mañana y al mediodía, respectivamente, y existe una gran diferencia entre su distribución horaria de producción y la demanda de energía. En segundo lugar, las estaciones y el clima también causan fluctuaciones e inestabilidad en la producción de energía generada a partir de nuevas fuentes de energía, por lo que se requieren otras medidas energéticas para contribuir a mejorar la estabilidad de la red eléctrica.
El desarrollo continuo de la generación de nuevas energías requiere una mayor flexibilidad de la red eléctrica. Cuando la inestabilidad en la generación de nuevas energías provoca que el suministro eléctrico del sistema supere la demanda, se abandona dicha generación, lo que resulta en un desperdicio de recursos. Cuando la inestabilidad en la generación de nuevas energías provoca que el suministro eléctrico del sistema sea inferior a la demanda, se produce una reducción de la carga y una escasez de energía. Por lo tanto, cuando la producción de nuevas energías no se ajusta a la carga, se necesitan recursos de regulación flexible como medio de regulación para mejorar la capacidad del sistema eléctrico de regular al alza y a la baja, logrando así un equilibrio dinámico entre la oferta y la demanda. En 2020, la capacidad instalada de recursos tradicionales de regulación flexible (como el gas) en mi país representaba solo el 4,46%, y las zonas ricas en nuevos recursos energéticos suelen carecer de ellos. En el futuro, con el aumento de la proporción de generación de nuevas energías, el problema de la inestabilidad en la generación de nuevas energías cobrará mayor importancia, y la insuficiente capacidad de regulación del sistema eléctrico debe resolverse urgentemente. La demanda de recursos regulatorios flexibles en mi país seguirá aumentando. (Fuente: Report Research Institute)
1.3 El conector de almacenamiento de batería se convierte en el cuarto elemento indispensable del nuevo sistema de energía
*** guía vigorosamente el desarrollo del conector de almacenamiento
El almacenamiento de energía se ha convertido en el cuarto elemento indispensable del nuevo sistema eléctrico. El 25 de febrero de 2021, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y la Administración Nacional de Energía emitieron las "Opiniones Orientadoras sobre la Promoción de la Integración de Fuentes de Energía, Redes, Carga y Almacenamiento, y el Desarrollo de la Complementariedad Multienergética", que aclararon la vía de implementación de la integración de fuentes, redes, carga y almacenamiento, y exploraron la construcción de un nuevo sistema eléctrico con fuentes, redes, carga y almacenamiento altamente integrados mediante la optimización e integración de los recursos locales de suministro de energía, redes y carga, con el apoyo de avances tecnológicos avanzados e innovación en los mecanismos institucionales.
2. El almacenamiento de energía electroquímica destaca entre muchas soluciones
2.1 El almacenamiento de energía electroquímica se destacará
Las rutas de la tecnología de almacenamiento de energía se dividen principalmente en almacenamiento de energía mecánica, almacenamiento de energía electromagnética, almacenamiento de energía electroquímica y otros tipos de almacenamiento de energía.
Actualmente, las tecnologías de almacenamiento de energía se dividen principalmente en almacenamiento mecánico, electromagnético, electroquímico y otros tipos de almacenamiento. Entre ellas, el almacenamiento por bombeo es la tecnología más utilizada en el mercado debido a su madurez, aunque depende en gran medida de las condiciones geográficas. El almacenamiento electroquímico es la tecnología más popular del mercado y se divide principalmente en cuatro tipos de baterías: de litio, de plomo-ácido, de flujo y de sodio-azufre. Entre ellas, la tecnología de baterías de iones de litio es relativamente madura y ha entrado en la fase de producción a gran escala. Es la tecnología de almacenamiento electroquímico de energía de mayor crecimiento y de mayor envergadura.
2.2 Tres escenarios principales de aplicación del almacenamiento de energía electroquímica
① Lado de generación de energía
El almacenamiento de energía representa la mayor proporción en la generación eléctrica, y sus principales funciones incluyen la estabilización de la producción, la regulación de frecuencia y tensión, y el recorte de picos y el relleno de valles. Entre ellas, el recorte de picos y el relleno de valles son las funciones más importantes del almacenamiento de energía en la generación eléctrica: absorber la energía eólica y solar abandonada cuando la nueva alcanza su pico máximo; descargarla cuando la nueva energía es insuficiente, para estabilizar la producción eléctrica y mejorar la tasa de utilización de la nueva generación.
②Lado de la cuadrícula
Las funciones del almacenamiento de energía en la red eléctrica son principalmente servicios auxiliares, como la regulación de picos de demanda, la regulación de frecuencia, la regulación de potencia reactiva, el modo de espera del sistema eléctrico y el arranque en negro. La regulación de picos de demanda y la regulación de frecuencia son los principales medios auxiliares. La regulación de picos de demanda se refiere a la carga del sistema de almacenamiento de energía desde la red eléctrica durante el período de baja demanda; durante el período de alta demanda, el sistema de almacenamiento de energía descarga a la red eléctrica para distribuir uniformemente la demanda. La regulación de frecuencia se refiere al sistema de regulación de cada unidad operativa de la red, que modifica la potencia de la unidad según sus propias características estáticas cuando la demanda de energía y la frecuencia de la red cambian, o bien, aumenta o disminuye la carga de algunas unidades para restablecer la frecuencia de la red y adaptarse a las necesidades de los cambios de carga externa.
③Lado del usuario
Las principales funciones del almacenamiento de energía para el usuario incluyen la reducción de picos de demanda y el llenado de valles, el consumo de nueva energía y la gestión de la capacidad. Entre ellas, la reducción de picos de demanda y el llenado de valles es el modelo de negocio más importante para el usuario, que puede utilizarse para el arbitraje y el almacenamiento de energía. Para los usuarios industriales y comerciales en general, el almacenamiento de energía se utiliza generalmente para cargar cuando los precios de la electricidad son bajos y descargar cuando los precios de la electricidad son altos, con el fin de reducir el coste por kilovatio-hora. Para usuarios como estaciones base 5G y centros de datos, los cortes de energía conllevan grandes pérdidas, por lo que el almacenamiento de energía desempeña un papel más bien de respaldo. (Fuente del informe: Report Research Institute)
2.3 La innovación de modelos y la reducción de costos mejoran la eficiencia económica del almacenamiento de energía electroquímica
El modelo de almacenamiento de energía compartido mejora la eficiencia económica y se convierte en un nuevo impulsor del almacenamiento de energía
Desde la perspectiva del modelo de negocio, si las centrales eléctricas de almacenamiento de energía sólo prestan servicios a una única central eléctrica nueva, la tasa de utilización es baja; las instalaciones de almacenamiento de energía que prestan servicio a una única central eléctrica nueva a menudo tienen recursos dispersos, una gestión difícil y unos costes operativos elevados; el almacenamiento de energía en centrales dispersas es difícil de lograr con despacho y liquidación unificados, y no puede participar en una variedad de servicios auxiliares de la red, y el modelo de negocio es difícil de comercializar.
El almacenamiento compartido de energía amplía las posibilidades de generar ingresos, lo que se espera que resuelva los problemas mencionados y genere nuevas oportunidades para el almacenamiento de energía en la generación eléctrica. El almacenamiento compartido de energía se refiere a la construcción de una central de almacenamiento compartido en una nueva estación de recolección de energía. La central firma un acuerdo de pago de tarifas eléctricas con las nuevas centrales y compañías de suministro eléctrico, tanto dentro como fuera de la región. Cuando la nueva central se ve afectada por restricciones de suministro, la agencia de despacho (red) almacenará la energía eólica y fotovoltaica abandonada en el sistema de almacenamiento compartido y la liberará cuando la demanda alcance su pico de consumo o haya espacio para su aceptación. De esta manera, se logra el despacho y la gestión unificados de las centrales de almacenamiento.
III. Se acerca la era del almacenamiento de energía electroquímica
3.1 Crecimiento rápido del almacenamiento de energía electroquímica global
En 2021, el nuevo almacenamiento de energía global alcanzará los 10,2 GW, un aumento interanual del 117 %.
En 2021, la capacidad instalada acumulada de proyectos de almacenamiento de energía puestos en marcha a nivel mundial fue de 209,4 GW, lo que representa un aumento interanual del 9 %. Entre ellos, la capacidad instalada acumulada de nuevos sistemas de almacenamiento de energía representó el 12,2 %, alcanzando los 25,4 GW, un aumento interanual del 67,7 %, y las baterías de iones de litio representaron más del 90 % de la cuota de mercado de nuevos sistemas de almacenamiento de energía.
3.2 Se acelera el desarrollo del almacenamiento de energía electroquímica en China
En 2021, China añadió 2,4 GW/4,9 GWh de nuevo almacenamiento de energía
Según cálculos de la CNESA, en 2021, la capacidad instalada total de proyectos de almacenamiento de energía en China puestos en marcha fue de 46,1 GW, lo que representa el 22 % del mercado mundial, un aumento interanual del 30 %. Entre ellos, en 2021, el nuevo almacenamiento de energía aumentó en 2,4 GW/4,9 GWh, y la capacidad instalada acumulada alcanzó los 5,73 GW, un incremento interanual del 75 %. Las baterías de iones de litio representaron el 89,7 % del mercado de nuevo almacenamiento de energía.
A juzgar por la situación de los nuevos proyectos de planificación y construcción de almacenamiento de energía, el nuevo almacenamiento de energía de China avanzará hacia un desarrollo a gran escala en 2021: un total de 865 proyectos planificados, en construcción y puestos en funcionamiento en 2021, con una capacidad total de 26,3 GW. Entre ellos, los nuevos proyectos de almacenamiento de energía puestos en funcionamiento son principalmente proyectos de tamaño pequeño y mediano de 10-50 MW, que representan el 46%; los proyectos de almacenamiento de energía planificados/en construcción son principalmente proyectos a gran escala de 50 MW y más, que representan el 85%, de los cuales más de 70 proyectos de 100 MW están planificados y en construcción. La mayoría de los proyectos de 100 MW son en forma de almacenamiento de energía independiente/almacenamiento de energía compartido, y tienen la base y las condiciones para que la red desempeñe un papel a nivel de sistema en términos de volumen.
IV. Cálculo del espacio de almacenamiento de energía electroquímica
4.1 China: El almacenamiento de energía eólica y solar contribuye con la principal contribución incremental en la generación de energía.
El almacenamiento de energía eólica y solar domina el crecimiento del almacenamiento de energía en el lado de la generación de energía.
Entre 2019 y 2021, la nueva capacidad fotovoltaica instalada en China fue de 30,22, 48,75 y 52,57 GW, respectivamente. Según las previsiones de CAPI, bajo los tres escenarios (conservador, optimista y neutral), la nueva capacidad fotovoltaica instalada en China entre 2022 y 2026 será de 75, 80, 85, 90, 95 GW, 90, 95, 100, 110, 116 GW, 83, 88, 93, 100 y 106 GW, respectivamente, con una tasa de crecimiento compuesta a cinco años del 13 %, 17 % y 15 %, respectivamente.
Español De 2019 a 2021, la capacidad de energía eólica recién instalada de China será de 24,88, 72,50 y 46,83 GW respectivamente. 2020 es el primer año de subsidios a la energía eólica terrestre, lo que resulta en una prisa por instalar energía terrestre. Después de 2020, la tasa de crecimiento de la capacidad instalada de energía eólica volverá a un nivel estable. Según el pronóstico de GWEC, la nueva capacidad instalada de energía eólica terrestre de China será de 46,28, 50,18, 49,68, 50,15 y 52,81 GW en 2022-2026, lo que representa el 46%, 49%, 47%, 42% y 41% de la nueva capacidad instalada de energía eólica del mundo, con una tasa de crecimiento compuesta de cinco años del 12%; Se espera que la capacidad instalada de energía eólica marina de China aumente en 39 GW entre 2022 y 2026, lo que representa el 43 % de la mundial.
4.2 China: El espacio de almacenamiento de energía en la red es relativamente limitado
Entre 2022 y 2026, el almacenamiento de nueva energía en la red aumentará en unos 18 GWh.
Supuesto central 1: El lado de la red solo juega un papel en la regulación pico; la tasa de demanda de regulación de frecuencia del lado de la red es generalmente del 3% al 5%, la demanda de regulación de frecuencia de energía térmica es de alrededor del 2% y la energía eólica y solar son más volátiles, asumiendo un aumento anual del 0,4%.
Supuesto fundamental 2: Según las estadísticas de la CNECA, la capacidad instalada de almacenamiento de energía en la red en 2021 fue de 2,01 GW, y las tasas de penetración de la regulación de frecuencia electroquímica y la regulación de pico fueron del 2,12 % y del 0,04 %, respectivamente. Se supone que la tasa de penetración de la regulación de frecuencia del almacenamiento de energía aumentará un 1 % cada año entre 2022 y 2024. La tasa de penetración de la regulación de pico fue del 0,01 %; la tasa de penetración de la regulación de frecuencia del almacenamiento de energía en 2025-2026 fue del 2 %, y la tasa de penetración de la regulación de pico fue del 0,02 %.
Supuesto central 3: La densidad de corriente de la regulación de frecuencia electroquímica es grande (2C), la capacidad es pequeña y el tiempo es corto; la densidad de corriente de la regulación de pico electroquímico es pequeña (1C), la capacidad es grande y el tiempo de carga y descarga es largo; se supone que el tiempo de regulación de frecuencia electroquímica y regulación de pico es de 1 h y 2 h respectivamente.
Conclusión: Estimamos que la potencia acumulada de almacenamiento de energía en la red en el período 2022-2026 será de 4,33, 6,28, 8,74, 13,53 y 19,58 GWh respectivamente, y el nuevo almacenamiento de energía incremental en la red en el período 2022-2026 será de aproximadamente 18 GWh.
4.3 China: La demanda de almacenamiento de energía del lado del usuario seguirá creciendo
De 2022 a 2026, la cantidad incremental de nuevo almacenamiento de energía en el lado del usuario será de aproximadamente 13 GWh.
Supuesto básico 1: El Nuevo Libro Azul de la Energía 2021 predice que el consumo total de electricidad en 2025 será de 9,5 billones de kWh, asumiendo que la tasa de crecimiento del consumo de electricidad disminuirá año tras año del 5% al 3% entre 2022 y 2026.
Supuesto básico 2: Se supone que la configuración del almacenamiento de energía seguirá estando dominada por la industria y el comercio entre 2022 y 2026, y que la proporción del consumo de electricidad industrial y comercial en el consumo total de electricidad de la sociedad se mantendrá en el 86 % entre 2022 y 2026.
Supuesto central 3: Tasa de penetración del almacenamiento de energía electroquímica = capacidad instalada acumulada de almacenamiento de energía en el lado del consumo de energía / energía industrial y comercial; Según las estadísticas de CNECA, la capacidad instalada de almacenamiento de energía en el lado del usuario en 2021 es de 1,37 GW, por lo que se puede calcular que la tasa de penetración del almacenamiento de energía electroquímica en 2021 es del 0,08%; se supone que la tasa de crecimiento de la tasa de penetración del almacenamiento de energía electroquímica aumentará un 0,01% anual de 2022 a 2026.
Supuesto básico 4: Supongamos que el tiempo de carga y descarga de cada conjunto de almacenamiento de energía es de 2 h desde 2022 hasta 2024.
Conclusión: Estimamos que la potencia acumulada del almacenamiento de energía en la red en el período 2022-2026 será de 4,25, 6,17, 8,55, 11,44 y 14,89 GWh respectivamente, y el nuevo almacenamiento de energía incremental en la red en el período 2022-2026 será de aproximadamente 13 GWh.
5. Clasificación de los vínculos clave del almacenamiento de energía electroquímica no celular
5.1 Composición del sistema de almacenamiento de energía electroquímica
El sistema de almacenamiento de energía electroquímica implica muchos enlaces
La fase inicial de la industria del almacenamiento de energía se centra principalmente en la fabricación de baterías, incluyendo materiales positivos y negativos, electrolitos, diafragmas, etc.; la fase intermedia es la integradora del sistema de almacenamiento de energía, que incluye el diseño completo del sistema y la selección de múltiples subsistemas, como paquetes de baterías, sistemas de gestión de baterías, sistemas de gestión de energía, convertidores de almacenamiento de energía, etc.; una vez que el fabricante del paquete EPC lo construye, se utiliza para la generación de energía, la red eléctrica y el consumo eléctrico. (Fuente del informe: Report Research Institute)
Hay muchas empresas involucradas en el campo de almacenamiento de energía, incluyendo principalmente proveedores de tecnología de almacenamiento de energía representados por CATL, China National Energy Storage y EVE Power, proveedores de PCS de almacenamiento de energía representados por SENENG Electric, Kehua Digital Energy y Soying Electric, e integradores de sistemas de almacenamiento de energía representados por Haibosichuang, Electric Times y Kehua Digital Energy.
5.2 Sistema de control de temperatura de almacenamiento de energía electroquímica
Las baterías de litio tienen requisitos estrictos sobre la temperatura de funcionamiento y el sistema de control de temperatura juega un papel importante.
El rango de temperatura de funcionamiento óptimo para que la batería alcance su máximo rendimiento es de 15 °C a 35 °C. Este rango de temperatura también es el más eficaz, fiable y seguro para el funcionamiento de la batería. Superar el rango estándar reducirá la capacidad de la batería, ralentizará las reacciones químicas y aumentará los costes de su ciclo de vida.
Debido a los requisitos de temperatura para el funcionamiento de las baterías de litio, el sistema de control de temperatura es fundamental para el correcto funcionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía. Las principales soluciones de control de temperatura actuales incluyen sistemas integrados de aire acondicionado con salida superior y suministro de aire preciso por conductos, sistemas de aislamiento de canales de frío y calor divididos, sistemas de aire acondicionado con salida inferior integrada y sistemas de control de temperatura de agua fría refrigerada por aire, entre otros.
5.3 Sistema de extinción de incendios con almacenamiento de energía electroquímica
Como una demanda rígida de gabinetes de almacenamiento de energía, el sistema de extinción de incendios juega un papel en la alerta temprana y la prevención de desastres.
Según estadísticas incompletas, entre 2011 y 2021 se produjeron 50 accidentes por incendio y explosión en centrales eléctricas de almacenamiento de energía en todo el mundo. Las principales causas de los accidentes fueron defectos en el sistema de gestión de baterías y la fuga térmica de las baterías de litio. Por lo tanto, el sistema de extinción de incendios desempeña un papel fundamental en la alerta temprana y la prevención de desastres, ya que exige una gran cantidad de armarios de almacenamiento de energía.
El sistema contra incendios se compone principalmente de detectores, controladores, alarmas acústicas y luminosas, controladores de comunicación, interruptores manuales y dispositivos de extinción. El sistema detecta a tiempo los peligros de incendio y emite señales de alerta temprana durante el período de peligro y la fase inicial de su ocurrencia. Cuando se cumplen las condiciones de detección de incendio predeterminadas, el dispositivo de extinción se activa automáticamente para extinguir el incendio en sus etapas iniciales, protegiendo así la seguridad de los contenedores de almacenamiento de energía.
El valor del sistema contra incendios representa aproximadamente el 2%-4% del valor total, alrededor de 40.000-160.000/MWh.
