文 | 孟俊華  郭梓頔  王進(jìn)

儲能，特別是新型儲能，是當(dāng)前最高頻也最具爭議的能源用詞。

跟隨全球碳中和步伐，以風(fēng)光為代表的新能源進(jìn)入了發(fā)展快車道。但風(fēng)光發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性（下稱“三性”），使得儲能在整個(gè)電力系統(tǒng)中的作用愈加凸顯，不再僅僅是傳統(tǒng)電力體制下“長江中的幾桶水”。

新型儲能憑借其布局、規(guī)模等方面的靈活性與新能源形成了高度互補(bǔ)，因而隨著風(fēng)光等新能源的規(guī)模及比例不斷攀升，新型儲能的蓬勃發(fā)展也勢在必行。

目前，新型儲能產(chǎn)品眾多，各種技術(shù)路線“各顯神通”，但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能在市場上遙遙領(lǐng)先。

業(yè)界一直比較糾結(jié)的問題是，全世界實(shí)現(xiàn)碳中和，不管是在2050年還是在2060年，全球究竟需要多少風(fēng)光電？又需要多少新型儲能，特別是電化學(xué)儲能？

新型儲能因何而起？

新型儲能是指除抽水蓄能以外的各種儲能方式。雖然存在著多種技術(shù)路線和多樣化的產(chǎn)品，但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能占比最高。

未來，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，將以風(fēng)光發(fā)電為主體，而風(fēng)光發(fā)電的“三性”決定了新型電力系統(tǒng)將大比例依賴于新型儲能。

（一）如何定義新型儲能？

理解新型儲能概念

新型儲能是指除抽水蓄能外，以輸出電力為主要形式并對外提供服務(wù)的儲能技術(shù)，具有建設(shè)周期短、布局靈活、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢。作為新能源發(fā)電的重要輔助手段，它改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)即發(fā)即用的方式，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多項(xiàng)功能。由于其在促進(jìn)新能源開發(fā)消納和維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定方面的重要作用，而被譽(yù)為新能源的“穩(wěn)定器”、能源供應(yīng)的“蓄水池”、電力系統(tǒng)的“充電寶”和“壓艙石”等。

新型儲能技術(shù)路線

新型儲能發(fā)展呈現(xiàn)出多種技術(shù)路線，這些路線大體上可以劃分為電化學(xué)儲能、電磁儲能、機(jī)械儲能、熱儲能以及化學(xué)儲能等（見下圖）。

上述多種儲能技術(shù)路線并存，相關(guān)的儲能產(chǎn)品也各具優(yōu)勢，但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能在當(dāng)前的市場上占比最高。

根據(jù)中關(guān)村儲能技術(shù)聯(lián)盟（下稱CNESA）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023年各種技術(shù)在新型儲能裝機(jī)規(guī)模中的占比如圖1-2和1-3所示。

在中國和全球新型儲能市場，鋰離子電池儲能遙遙領(lǐng)先。在中國，鋰離子電池儲能的占比達(dá)到了95.53%。

（二）為何發(fā)展新型儲能？

風(fēng)光發(fā)電“三性”需要儲能

電能是一種即發(fā)即用的能量，需要發(fā)電側(cè)和用電側(cè)保持實(shí)時(shí)平衡。

與傳統(tǒng)火電的可調(diào)節(jié)性相比，風(fēng)光發(fā)電呈現(xiàn)顯著的“三性”特征，從而給電能的實(shí)時(shí)平衡帶來了致命威脅。也就是說，風(fēng)光發(fā)電“靠天吃飯”，很容易因風(fēng)光資源的不穩(wěn)定，或產(chǎn)生電力供應(yīng)不足問題，或產(chǎn)生“棄風(fēng)棄光”等消納不足問題。于是，十分有必要配置相應(yīng)的儲能設(shè)備，當(dāng)發(fā)電側(cè)功率過高時(shí)，將多余的電量儲存起來；當(dāng)用電負(fù)荷過高時(shí)，將此前儲存的電能釋放出來。

新型電力系統(tǒng)需要儲能

隨著風(fēng)光發(fā)電滲透率的不斷提高，電力系統(tǒng)的供需平衡和穩(wěn)定運(yùn)行遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。為了平抑電網(wǎng)的波動(dòng)性，優(yōu)化電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，作為風(fēng)光發(fā)電重要輔助手段的儲能變得愈發(fā)重要。

整個(gè)電力系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷”單向傳導(dǎo)，轉(zhuǎn)化到新型的“源-網(wǎng)-荷-儲”雙向和多向耦合，儲能正在成為系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。隨著新能源的大規(guī)模應(yīng)用，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的建設(shè)加快，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢不可當(dāng)。

傳統(tǒng)儲能方式存在局限

雖然抽水蓄能憑借其技術(shù)成熟、安全性高、儲能容量大、轉(zhuǎn)換效率好、運(yùn)行壽命長等優(yōu)勢成為目前最主要的儲能方式，但其對地理?xiàng)l件的要求比較嚴(yán)格，水庫的建設(shè)周期也比較長。

相比較，新型儲能選址更為靈活，建設(shè)周期更短，響應(yīng)速度更靈活，與新能源消納匹配性更好，對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)化有更多場景。

全球風(fēng)光多大潛力？

全球?qū)崿F(xiàn)碳中和，風(fēng)光為主的新能源將擔(dān)當(dāng)電力能源的主力。

沿襲《光伏大戰(zhàn)⑤：如何越過“萬重山”到達(dá)彼岸？》的分類和預(yù)測方法，我們將全球風(fēng)光需求分為三個(gè)板塊：中國、發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)體、其他發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)體，并對基本假設(shè)做了一些調(diào)整。

（一）基本假設(shè)

全社會用電量

1、中國。隨著通訊基站、數(shù)據(jù)中心、人工智能等高耗電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電動(dòng)汽車等的逐步普及，作為制造業(yè)大國的中國，不僅工商業(yè)用電會不斷增加，居民用電也會持續(xù)增長。為此，我們假設(shè)中國的全社會用電量按復(fù)合年均增長率3%增長，以國家能源局公布的2023年全社會用電量為基礎(chǔ)（《光伏大戰(zhàn)⑤：如何越過“萬重山”到達(dá)彼岸？》中以2019年作為基數(shù)），估算中國2060年的全社會用電量。

2、發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)體。其經(jīng)濟(jì)增長雖然表現(xiàn)為與能源消耗總量弱相關(guān)，但近年來興起的數(shù)據(jù)中心和人工智能等卻是高耗能產(chǎn)業(yè)?？紤]到當(dāng)前發(fā)達(dá)國家的人均發(fā)電量已超過8000千瓦時(shí)/年，我們假設(shè)到2060年其人均用電量會增加到12000千瓦時(shí)/年，為《光伏大戰(zhàn)⑤：如何越過“萬重山”到達(dá)彼岸？》中假設(shè)的2倍。

3、其他發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)體。除中國以外的其他發(fā)展中國家，部分國家目前還處于缺電狀態(tài)，且總體上的人均發(fā)電量尚不足2000千瓦時(shí)/年。為此，我們假設(shè)，到2060年其人均用電量將達(dá)到6000千瓦時(shí)/年，也是《光伏大戰(zhàn)⑤：如何越過“萬重山”到達(dá)彼岸？》中假設(shè)的2倍。

我們進(jìn)一步假設(shè)，中國、發(fā)達(dá)國家及其他發(fā)展中國家的人口規(guī)模，在2023-2060年之間保持基本穩(wěn)定。人口數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)體范圍界定來源于聯(lián)合國（UN）World Population Prospects 2024，發(fā)電量數(shù)據(jù)來源于英國能源研究所（以下簡稱EI）Statistical Review of World Energy 2024。

風(fēng)光電比例及利用小時(shí)數(shù)

由于煤炭的高碳排放以及不可再生，煤電將逐步退出主體電源地位。

在清潔能源中，燃?xì)獠豢稍偕覍ν庖来娑雀?，核電投資成本較高、建設(shè)周期長且安全擔(dān)憂突出，水電對地理?xiàng)l件要求嚴(yán)格且開發(fā)容量有限。

相比較，風(fēng)光資源更為豐富，風(fēng)光發(fā)電的技術(shù)更成熟、經(jīng)濟(jì)性更好，具備成為未來主體電源的潛力。與風(fēng)電，尤其是深遠(yuǎn)海風(fēng)電相比，光伏發(fā)電的成本和施工要求更低，而且陽光撒向地球各個(gè)角落，其增長潛力無限。  

基于上述分析，我們假設(shè)，2060年中國及全球碳中和時(shí)，中國、發(fā)達(dá)國家以及其他發(fā)展中國家，光伏發(fā)電量應(yīng)占全社會用電量的50%，風(fēng)力發(fā)電量應(yīng)占全社會用電量的20%。

根據(jù)以上報(bào)告統(tǒng)計(jì)，我們假設(shè)，未來光伏發(fā)電可利用小時(shí)數(shù)為1200小時(shí)/年，風(fēng)力發(fā)電為2000小時(shí)/年，具體如表2-1所示。

發(fā)電設(shè)備增速及更新周期

不考慮淘汰更新，假設(shè)從2024年到2060年，風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)需求會以均勻速度變化。

另外，假設(shè)風(fēng)光發(fā)電設(shè)備淘汰更新周期為25年。估算設(shè)備更新所需的 2010年-2023年中國、發(fā)達(dá)國家及其他發(fā)展中國家的累計(jì)風(fēng)光裝機(jī)容量數(shù)據(jù)，來源于EI Statistical Review of World Energy 2024。

（二）預(yù)測結(jié)果

我們以新增風(fēng)光裝機(jī)容量來表示風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)需求。根據(jù)以上假設(shè)，2060 年，中國、發(fā)達(dá)國家及其他發(fā)展中國家的風(fēng)光累計(jì)裝機(jī)需求及年均增長率預(yù)測結(jié)果如表2-2所示。

進(jìn)一步的，中國、發(fā)達(dá)國家以及其他發(fā)展中國家的光伏、風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測結(jié)果如圖2-1到2-6所示。

根據(jù)圖2-1和圖2-2，中國的光電裝機(jī)需求會隨著時(shí)間的推移而不斷增加，但風(fēng)電裝機(jī)需求會隨著時(shí)間的推移而不斷減少。

光電新增裝機(jī)在2024年達(dá)到220 GW，到2060年可到2024年的1.7-2.9倍；風(fēng)電新增裝機(jī)在2024年達(dá)到75 GW，到2060年可到2024年的0.7-1.6倍?？梢?，近兩年風(fēng)電發(fā)展勢頭迅猛，后續(xù)的發(fā)展步伐會逐步放緩。

根據(jù)圖2-3和圖2-4，與中國略微不同，發(fā)達(dá)國家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求均呈現(xiàn)出了不斷增加的趨勢。

發(fā)達(dá)國家光電裝機(jī)需求在2024年達(dá)93 GW，到2060年預(yù)計(jì)增加到2024年的2.6-4倍；其風(fēng)電裝機(jī)需求在2024年達(dá)27 GW，到2060年預(yù)計(jì)增加到2024年的1.2-2.2倍。

根據(jù)圖2-5和圖2-6，與發(fā)達(dá)國家相同，其他發(fā)展中國家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求也在不斷增加，其增加趨勢更為明顯。

其他發(fā)展中國家2024年光電新增裝機(jī)預(yù)計(jì)可達(dá)42 GW，到2060年至少增加到2024年的28.6倍；風(fēng)電裝機(jī)在2024年可達(dá)14 GW，到2060年至少增加到2024年的17.4倍。

可見，與中國和發(fā)達(dá)國家相比，其他發(fā)展中國家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求潛力最大，而這主要得益于其較大的人口基數(shù)及當(dāng)前較低的裝機(jī)水平。

將中國、發(fā)達(dá)國家以及其他發(fā)展中國家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求分別進(jìn)行加總，就可以得到2024年-2060年全球的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求，具體如圖2-7和圖2-8所示。

根據(jù)圖2-7和圖2-8，全球光電、風(fēng)電裝機(jī)需求都處于不斷上升的趨勢，特別是2060年全球光電裝機(jī)需求預(yù)計(jì)達(dá)到2024年的5.1-6.6倍，全球風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)計(jì)達(dá)到2024年的2.8-4倍。

新型儲能未來如何？

全球風(fēng)光發(fā)展空間巨大，配合風(fēng)光新能發(fā)展，新型儲能未來如何？全球?qū)崿F(xiàn)碳中和，中國和全球究竟需要多少新型儲能？

（一）基本假設(shè)

 風(fēng)光發(fā)電量占比變化

新型儲能主要解決風(fēng)光發(fā)電的“三性”問題，因此，新型儲能應(yīng)該是風(fēng)光發(fā)電需求的一部分，且會隨著后者的增加而增加。

為此，我們首先對風(fēng)光發(fā)電量的占比進(jìn)行假設(shè)和估算。

基于國家統(tǒng)計(jì)局公布的2023年中國風(fēng)光發(fā)電量和全社會發(fā)電量數(shù)據(jù)，再結(jié)合上文對2060年各發(fā)電量的預(yù)測，我們估算出風(fēng)光發(fā)電的年均復(fù)合增長率分別為5.1%和8.9%。以此為基礎(chǔ)，中國風(fēng)光發(fā)電量的占比變化如圖3-1所示。

同樣，按照估算中國風(fēng)光發(fā)電量占比的方法，我們以EI Statistical Review of World Energy 2024中的2023年世界風(fēng)光發(fā)電量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，估算出全球風(fēng)光發(fā)電的年均復(fù)合增長率分別為5.2%和8.8%。以此為基礎(chǔ)，全球風(fēng)光發(fā)電量的占比變化如圖3-2所示。

新型儲能裝機(jī)需求占比變化

2023年，中國風(fēng)光發(fā)電量占總發(fā)電量的比例為15.5%，基于CNESA的新型儲能數(shù)據(jù)以及EI統(tǒng)計(jì)的風(fēng)光裝機(jī)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，中國新型儲能新增裝機(jī)容量占風(fēng)光新增裝機(jī)容量的比例為7.3%。

考慮到新型儲能需求會隨著風(fēng)光發(fā)電比例的增加而增加，我們假設(shè)中國風(fēng)光發(fā)電量占比與新型儲能裝機(jī)容量占比的關(guān)系如表3-1所示，且后者在各區(qū)間內(nèi)勻速增加。

2023年，全球風(fēng)光發(fā)電量所占比例為13.3%，同樣基于CNESA和EI的相關(guān)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)全球新型儲能新增裝機(jī)容量所占比例為10%。同樣考慮到全球新型儲能需求與其風(fēng)光發(fā)電需求的密切關(guān)系，我們進(jìn)行了如表3-2的假設(shè)。

儲能設(shè)備增速及更新周期

與風(fēng)光裝機(jī)需求預(yù)測一樣，我們假設(shè)在不考慮設(shè)備更新時(shí)，新型儲能的裝機(jī)需求是以均勻速度變化的。

關(guān)于新型儲能設(shè)備的更新周期，我們假設(shè)為20年。估算設(shè)備更新所需的2020年-2023年新型儲能裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來源于CNESA。

（二）預(yù)測結(jié)果

與風(fēng)光裝機(jī)需求類似，新型儲能裝機(jī)需求也由其新增裝機(jī)容量來表示。以含更新的風(fēng)光新增裝機(jī)容量為預(yù)測基礎(chǔ)，中國和全球的新型儲能裝機(jī)需求預(yù)測結(jié)果如圖3-3和圖3-4所示。

從2024年到2060年，不論是中國還是全球，新型儲能裝機(jī)需求都隨著時(shí)間的推移而不斷增加。特別是到了2060年，即使不考慮更新，中國的新型儲能裝機(jī)需求也會達(dá)到228 GW，約為2024年的10倍；全球的新型儲能裝機(jī)需求則會達(dá)到837 GW，約為2024年的17.3倍。

如果考慮更新，中國的新型儲能裝機(jī)需求將達(dá)到285 GW，約為2024年的12.5倍；全球的新型儲能裝機(jī)需求將達(dá)到961 GW，約為2024年的19.9倍。

電化學(xué)儲能需多少?

既然電化學(xué)儲能在新型儲能中的領(lǐng)先地位在短期內(nèi)難以撼動(dòng)，那么 2024年-2060年中國和全球需要多少電化學(xué)儲能？

（一）基本假設(shè)

 電化學(xué)儲能占比情況

基于CNESA相關(guān)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)2023年中國電化學(xué)儲能裝機(jī)容量在新型儲能裝機(jī)容量中的占比達(dá)到97%以上，全球電化學(xué)儲能裝機(jī)容量的占比則將近95%。具體如圖4-1所示。

考慮到新型儲能中的其它技術(shù)也在快速發(fā)展，我們假設(shè)2024年-2060年中國和全球的電化學(xué)儲能占比均會勻速下降到80%。

 儲能設(shè)備增速及更新周期

與風(fēng)光裝機(jī)需求預(yù)測一樣，我們假設(shè)在不考慮設(shè)備更新時(shí)，電化學(xué)儲能的裝機(jī)需求是以均勻速度變化的。

關(guān)于電化學(xué)儲能設(shè)備的更新周期，我們假設(shè)為20年。估算設(shè)備更新所需的2020年-2023年電化學(xué)儲能裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來源于CNESA。

（二）預(yù)測結(jié)果

與新型儲能裝機(jī)需求類似，我們用電化學(xué)儲能的新增裝機(jī)容量來表示其裝機(jī)需求。以含更新的新型儲能新增裝機(jī)容量為預(yù)測基礎(chǔ)，中國和全球的電化學(xué)儲能裝機(jī)需求預(yù)測結(jié)果如圖4-2和圖4-3所示。

從圖中可以看出，中國的電化學(xué)儲能裝機(jī)需求將從2024年的22 GW增加到2060年的228 GW，大約增加了9.4倍。如果考慮設(shè)備更新，2060年的需求量將達(dá)到279 GW，大約相當(dāng)于2024年的12.7倍。

與中國類似，全球的電化學(xué)儲能裝機(jī)需求也在不斷增加。即使不考慮設(shè)備更新，該數(shù)據(jù)也從2024年的46 GW增加到了2060年的769 GW；如果考慮設(shè)備更新，該數(shù)據(jù)則從46 GW增加到了878 GW。由此可見，全球電化學(xué)儲能裝機(jī)需求在2024-2060年之間至少增加了15.7倍。

以2060年全球?qū)崿F(xiàn)碳中和為目標(biāo)，以中國、發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)體和其他發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)體所用電量為依據(jù)，不考慮其他低碳或零碳能源技術(shù)可能取得重大突破并廣泛應(yīng)用（如核聚變），我們將光伏和風(fēng)電作為未來的主體電源，按照簡單的勻速增長，對2024年-2060年三大經(jīng)濟(jì)體乃至全球的光伏、風(fēng)電、新型儲能及電化學(xué)儲能裝機(jī)需求進(jìn)行了預(yù)測。

根據(jù)預(yù)測，到2060年，考慮淘汰更新，全球光電新增裝機(jī)將達(dá)2330 GW，為2024年的6倍以上；全球風(fēng)電新增裝機(jī)將達(dá)460 GW，為2024年的4倍左右；全球新型儲能新增裝機(jī)將超960 GW，為2024年的20倍左右；全球電化學(xué)儲能新增裝機(jī)將近880 GW，為2024年的19倍之多。

未來很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。

當(dāng)前，是不是存在光伏和新型儲能產(chǎn)能嚴(yán)重過剩？我們在《光伏大戰(zhàn)⑤：如何越過“萬重山”到達(dá)彼岸？》中測算了光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能過剩，儲能產(chǎn)業(yè)是否過剩，過剩多少，《儲能大戰(zhàn)② ：制造產(chǎn)能爆發(fā)，產(chǎn)能過剩嚴(yán)重？》將給出答案。

（本文經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布，僅代表作者觀點(diǎn)。作者單位為國合洲際能源咨詢院。該機(jī)構(gòu)專注于石油、天然氣、煤炭、電力、可再生能源及氣候變化等相關(guān)領(lǐng)域的深度研究、評估和咨詢。實(shí)習(xí)生陳思睿為課題研究和本文提供了數(shù)據(jù)和測算支持。）