[电池完全征服](32)ESS能否成为跨越电动车鸿沟的突破口

by Kang Heejong

Published 13 Apr.2024 08:00(KST)

Updated 20 Apr.2024 13:06(KST)

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编辑者注如今是电池时代。手机、笔记本电脑、电动汽车等几乎所有领域都离不开电池。[电池完全征服]专栏是为想了解电池的一般读者、学生以及关注电池产业和相关企业的投资者而设，旨在以通俗易懂的方式介绍电池基础知识及生态体系、企业信息、产业走势与前景。每周六与各位见面。

LG能源解决方案的公司内部独立企业AVEL于今年3月从济州道厅和韩国电力公司取得了能源储存装置（ESS·Energy Storage System，能源储存系统）发电站的许可。这是国内首例以ESS发电站形式获得电力事业许可的案例。

AVEL于2022年10月成立，旨在开展将ESS与可再生能源相结合的电网一体化管理业务。尽管可再生能源正急剧增加，但由于供需不匹配导致输出控制频繁发生，加之天气多变使发电量难以预测，AVEL正是为以电池技术解决这些问题而启动的项目。

成立一年多便取得了具体成果。AVEL计划在济州岛运营独立式ESS发电站，即将可再生能源生产的电力储存起来，再向需要的地方供电。为此，AVEL计划在济州西归浦市表善面建设一座电池容量为6.3兆瓦时（MWh）的发电站。

AVEL还在筹备虚拟发电厂（Virtual Power Plant·VPP）业务。VPP是利用信息技术（IT）将分散资源集中起来，像一座发电站那样进行统一管理的新型发电模式。随着将于今年6月实施的《分散能源活性化特别法》生效，预计VPP运营商数量将大幅增加。在VPP业务中，ESS同样将发挥核心作用。

在电动汽车增速放缓、行业进入“鸿沟期”（Chasm）的背景下，ESS正被视为二次电池行业新的突破口。由于全球范围内太阳能、风能等可再生能源迅速增加，ESS市场也有望高速增长。世界主要国家正以政府为主导推行鼓励ESS的政策。国内三大电池企业也将ESS业务视为新的收益来源，正不断扩大布局。

与可再生能源的最佳搭档：ESS

电力一旦生产出来本身是无法“囤积”的，因此人们很早就开始寻找在电力过剩时储存起来、在不足时再利用的各种方法。其中最具代表性的就是抽水蓄能发电。抽水蓄能发电是利用夜间富余电力把水抽到上游水库，在白天用电高峰时再放水发电。抽水蓄能可谓是ESS最经典的形态。

近年来，利用二次电池的ESS占比呈压倒性优势。特别是锂离子电池出现之后，几乎所有的ESS都在使用锂离子电池。与其他电池相比，锂离子电池在能量密度、能量效率以及循环寿命方面具有明显优势。同时，随着电动汽车的普及，实现了锂离子电池的大规模生产，其价格也大幅下降。

除锂离子电池外，未来多种二次电池也有望应用于ESS，例如钒电池、钠离子电池、钠硫（NaS）电池等。

ESS大体由四个部分构成：▲负责储存和释放电能的电池 ▲控制电池电压、电流、温度等的电池管理系统BMS（Battery Management System） ▲将直流电转换为交流电后对外供电的电力转换装置PCS（Power Conversion System） ▲以及对电池、PCS、BMS进行统筹控制的运行系统EMS（Energy Management System）。

ESS 组成要素。图片来源为 Energy Insight，转引自 Daishin 证券研究中心

过去，ESS多被用作不间断电源装置（UPS）。当因短时停电等原因导致大楼等无法从电网获得电力时，ESS承担应急供电的角色。

近年来，随着太阳能、风能等可再生能源的普及，ESS被大量用于提升可再生能源的电力品质。由于可再生能源发电具有不稳定性，其电压和频率往往不够平稳，从而给电力系统带来负担。当频率剧烈波动时，电力设备可能发生故障。在这种情况下，如果使用ESS调节频率和电压，就能更稳定地运行电力系统。

ESS还起到分散电力需求的作用。如果在用电高峰时段利用ESS中储存的电力进行供电，就能相应减少发电量，从而降低能源成本。在家庭中，可将白天利用太阳能发出的电力储存在ESS中，晚上再使用，从而节省电费。

ESS还可以消除可再生能源迅速扩张所带来的副作用。例如，在太阳能资源丰富的地区，白天可能会产生远超需求的电力，导致供需不平衡。形象反映这种供需失衡的就是所谓的“鸭子曲线（Duck Curve）”。

鸭子曲线是将电力总需求减去太阳能等可再生能源发电量后的净需求（Net Demand）以曲线形式表示出来的结果。在白天时段，曲线会向下明显凹陷，形状酷似一只鸭子，因此得名。

在加利福尼亚，鸭子曲线现象愈发严重，曲线甚至呈现出类似峡谷的陡峭形态，因此又出现了“峡谷曲线（Canyon Curve）”一说。这正是加利福尼亚将ESS安装义务化的背景所在。

ESS能够缓解上述可再生能源的偏重现象。以美国为例，西部太阳能资源丰富，中部则风能资源充沛。未来随着可再生能源占比不断提高，资源丰富地区必然会出现超额发电，储存或向其他地区输送这些电力的需求随之增加。ESS有望成为解决可再生能源副作用的根本手段。

美、中甚至实行强制安装……全球ESS市场到2030年将增至53万亿韩元

主要国家在扩大可再生能源的同时，为了推广ESS，正通过强制安装、补贴、引导参与电力市场等多种政策加以推进。

美国在加利福尼亚、俄勒冈、马萨诸塞、纽约、新泽西等5个州实行ESS强制安装政策。此外，自2022年8月《通胀削减法案》（IRA）实施以来，美国通过投资税额抵免（ITC）的方式，对ESS安装投资成本给予税收减免。同时，还制定了相关指引，允许ESS参与电力批发市场。

中国提出，到2025年将ESS装机规模扩大到30吉瓦（GW）以上，并将ESS成本削减30%的目标。此外，对新建公用事业规模的可再生能源发电设施，强制要求配套安装ESS。对符合设备标准的ESS装置，当地政府还将发放补贴。

欧洲于2023年3月发布了旨在提高ESS盈利能力和普及率的指南《能源储存建议》（Recommendation on Energy Storage）。德国和澳大利亚则以家庭用ESS为主进行推广。

印度计划到2032年安装51~84GW规模的ESS。同时，印度实施强制性政策，要求到2030年为止，用ESS满足的电力需求占比达到4%。

在可再生能源占比上升以及各国政策推动的双重作用下，ESS市场预计将快速增长。根据彭博新能源财经（BloombergNEF）2023年的预测，ESS装机规模（不含抽水蓄能）将从2022年的91.5吉瓦时（GWh）增至2030年的1432GWh，增长超过10倍。全球ESS年度市场规模则将从2022年的152亿美元增至2030年的395亿美元（约合53.483万亿韩元）。

从地区来看，美国和中国将占全球ESS保有量的一半以上，其他主要发达国家的ESS保有量也将持续增长。

从技术路线来看，以锂离子电池为基础的ESS将占比超过95%，其中磷酸铁锂（LFP）电池的占比预计将逐步提高。彭博新能源财经指出，自2022年起，LFP电池已超越三元系（NCM·NCA）电池，并预计将在2030年前主导ESS市场。

国内能源专业市场调研机构SNE Research预测，今年锂离子电池ESS市场规模将同比增长27%，达到235GWh。此后将以年均10.6%的速度增长，到2035年扩大至618GWh。

以金额计，预计将从今年的400亿美元增至2035年的800亿美元左右，增加约一倍。按地区划分，中国预计将占据最大份额，其次是北美，北美市场将从去年的55GWh快速增长至2035年的181GWh。

韩国补贴缩减、火灾事故冲击致ESS萎缩……三大电池企业却视为“新增长引擎”

截至2022年，韩国拥有4.1GW规模的ESS装机容量，位居全球第四。根据产业通商资源部数据，国内ESS新增装机量在2018年达到3836MWh的峰值，但到2022年已缩减至252MWh，仅为当年的十五分之一。

韩国此前通过与可再生能源联动的可再生能源供应认证（REC）加权赋分、充电电费折扣、安装费用支援等推广政策推动ESS发展，但随着这些政策的缩减，市场陷入低迷。尤其是自2017年以来共发生50起（截至2023年9月）的火灾事故，更是导致市场急剧萎缩。

政府于去年10月发布了《能源储存产业发展战略》。但其中并未包含主要国家正在实施的补贴、强制安装等强力措施。政府仅表示，将以低碳集中采购市场、ESS联动可再生能源招标市场等制度为基础，扩大ESS的普及。

国内三大电池企业则将ESS市场视为新的收益来源，正积极布局。LG能源解决方案正在强化面向市场扩大的LFP用ESS业务。该公司目前在五松和中国南京生产ESS用LFP电池。

LG能源解决方案亚利桑那工厂鸟瞰图

LG能源解决方案还计划配备ESS专用LFP电池生产线。在今年4月开工建设的美国亚利桑那工厂，将与36GWh规模的圆柱形电池一起，生产17GWh规模的ESS专用LFP电池，计划于2026年完工。

三星SDI的储能系统产品“SBB（三星电池箱）”外观。

Samsung SDI则在蔚山和中国西安工厂生产ESS。Samsung SDI以NCA电池为基础，通过一体化ESS系统“SBB（Samsung Battery Box，三星电池盒）”强化能量密度和安全性，进而开拓市场。

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SK On于2021年与北美ESS企业“IHI Terrasun Solutions”携手，在美国当地开展与可再生能源相结合的ESS业务。

参考文献

大信证券，《ESS，补齐能源转型的拼图》，2023.8.17
产业通商资源部，《能源储存（ESS）产业发展战略》，2023.10.31
《电子新闻》，《LG能源解决方案内部独立企业AVEL，取得国内首个ESS发电站许可……“提供差异化客户价值”》，2024.3.27

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。