疫情下的中国重症呼吸机产业分析

  新型储能是指除抽水蓄能以外的新型储能技术，包括新型锂离子电池、液流电池、飞轮、压缩空气、氢（氨）储能、热（冷）储能等。

  昨日，中关村储能产业技术联盟发布《储能产业研究白皮书2022》：据不完全统计，截至2021年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模209.4吉瓦，同比增长9%。其中，抽水蓄能的累计装机占比首次低于90%，比去年同期下降4.1个百分点；新型储能的累计装机规模紧随其后，为25.4吉瓦，同比增长67.7%，其中，锂离子电池占据绝对主导地位，市场占有率超过90%。

  《白皮书》显示，即使面临新冠疫情和供应链短缺的双重压力，2021年全球新型储能市场依然保持着快速地增长态势。2021年，全球新增投运电力储能项目装机规模18.3吉瓦，同比增长185%，其中，新型储能的新增投运顶级规模，达到10.2吉瓦，是2020年新增投运规模的2.2倍，同比增长117%。美国、中国和欧洲依然引领全球储能市场的发展，三者合计占全球市场的80%。

  根据CNESA全球储能项目库的不完全统计，截至2021年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1吉瓦，占全球市场总规模的22%，同比增长30%。其中，抽水蓄能的累计装机顶级规模，为39.8吉瓦，所占比重与去年同期相比再次下降，下降了3个百分点；市场增量大多数来源于新型储能，累计装机规模达到5729.7兆瓦，同比增长75%。2021年，中国新型储能新增规模首次突破2吉瓦，达到2.4吉瓦/4.9吉瓦时，同比增长54%；新型储能中，锂离子电池和压缩空气均有百兆瓦级项目并网运行，特别是后者，在2021年实现了跨越式增长，新增投运规模170兆瓦，接近2020年底累计装机规模的15倍。

  2020年9月，我国承诺在2030年实现碳达峰、在2060年实现碳中和的目标，西方国家则是在2050年前实现碳中和的减排目标。如今各国都对碳排放达成了共识，并且制定了很严格的标准。

  国家最新发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》中，就至少提到了电化学储能、压缩空气储能、超导储能、飞轮储能、抽汽蓄能、氢（氨）储能、热（冷）储能等近十种新型储能技术，而各种储能类别之下可能还包含着更多细分的储能技术路线。

  如果就纯理论来讲，重力储能是最简单的一种储能方式，其原理类似抽水蓄能，就是以重力造成的位能来储存能源。当电力有多余的时候，驱动马达将重物吊至高处，需要电力的时候，再利用重物下降的力量来驱动发电机发电，是近两年刚刚进入市场的上最为新型的储能技术之一。

  而从时下的热度来看，氢储能与锂离子电池一样是储能技术中的热点技术，也成为了一种后劲十足的储能技术。氢储能可看作是一种化学储能的延伸，其基础原理就是将水电解得到氢气和氧气。因为储氢单位体积内的包含的能量高、运行维护成本低、可长时间存储且可实现过程无污染，存储量极大，同时又适用于极短或极长时间供电，其应用前景极具潜力。

  从应用实践的角度来看，压缩空气储能的脚步正在加快。其主要原理利用电力系统负荷低谷时段的剩余电力进行压缩空气作业，并将其储存于高压密封设施内，在负荷高峰时段释放开来用以驱动燃气轮机发电。2021年7月，国际首套100MW先进压缩空气储能国家示范项目的储热子系统已在张家口顺利完成安装，另外，全国已建设完成多个压缩空气储能电站。

  储热技术类型大致上可以分为显热储热，相变储热和热化学储热，当前以水和固体镁砖为代表的显热储热以及相变材料储热技术在清洁取暖、火电灵活性改造及综合能源服务等能源领域获得了广泛应用。在刚刚结束的北京冬奥会上，多个以储热技术为基础的清洁供热项目为绿色冬奥保驾护航，获得了重点报道，但从近年来实际的关注度来看，与电池储能相比，储热技术总是偏居一隅，而在双碳目标的带动下，储热技术热度刚刚抬头，似乎又迎来了氢储能、重力储能等新对手。

  随着欧洲电价上涨，美国14州拉闸断电。新能源大国对于储备能源的呼声慢慢的升高。随世界主要经济体纷纷加码布局储能，我国的储能技术开始加速推进，储能行业正在迎来前所未有的发展机遇。中国的储能产业虽然起步较晚，但发展速度很快。据伍德麦肯兹预测，到2024年，中国储能部署基数将增加25倍，将成为亚太地区最大的储能市场。2020年，我国发电装机容量是22亿kW。其中，火电占比56.58%，为12.45亿kW。风光占比24.31%，为5.35亿kW。其余的19.11%，是水电核电等。

  不同储能技术拥有各自的优劣势和适合使用的范围，但在百花齐放的新型储能市场中，储热似乎还缺少一个突出重围的契机。以采用大规模熔盐储能调峰技术，热水蓄热调峰技术的热电联产机组灵活性改造为例，灵活性改造单位千瓦调峰容量成本约在500元~1500元之间，远低于抽水蓄能、独立储能电站等其它调节手段。坦白来说，在《“十四五”新型储能发展实施方案》中，留给储热的笔墨并不多，但文件在提及，到2025年，关于储热的发展目标时这样表述：氢储能、热（冷）储能等长时间尺度储能技术取得突破。

  从中能够准确的看出，官方对于氢储能、热储能的期待是实现“长时间尺度的储能”。其实这并不难理解，电池储能虽然发展火热，但其更为适合的场景是短时的储能，有相关研究表示，锂离子电池系统的寿命每延长一倍，其成本就会增加一倍。

  那么储能几个小时算长时？迄今为止，长时储能的时长尚无明确定义，美国能源部将其归类在额定功率下连续放电10小时或以上，业界比较认可的说法是可实现跨天、跨月，乃至跨季节的储能系统。

  而氢储能技术路线被认为具备规模大、周期长、可跨季节储能等突出优势，但发展阶段上还处在示范初期。相较而言，长时储热技术已有了更成熟的应用。在目前已经投运的光热发电项目中，配套的熔盐储热时长能够达到10小时之后，此外，一些跨季节的储热系统也已得到应用，但其目前主要是针对供暖或者供热水的中低温应用。

  在近几年的发展中，储热已经培育了较为成熟的市场供应链，相比其他长时储能技术，储热技术已走在了前面，拥有其他储能技术无法替代的应用场景。未来，储热技术的创新和成本下降将是其能否取胜的关键。从国内看来，储热技术的创新并不似海外一样生机勃勃。

  从目前大范围的应用的水储热、固体储热和相变储热三种储热技术来看，水储热技术已相对成熟，在高温应用方面有局限性，而在大宗产品和原材料价格持续上涨的趋势下，固体储热和相变储热设备生产所带来的成本下降空间不大，要降低储热成本主要就在对于储热材料的创新和选择上，但在极短的时间内，储热材料几乎不可能实现飞跃式的突破，这需要大量的试验示范和资金支持。

  不止英国，美国、德国、意大利、澳大利亚、以色列、法国等众多国家都在寻求能源转型机会，以加快脱碳进程，在储热方面做了多种尝试并落地了许多示范项目，这中间还包括岩石储热、混凝土储热、热化学反应储热、相变储热、新型金属储热等多种储热技术类型，应用目标场景覆盖民用供暖、工业蒸汽以及高温发电等。

  实现碳中和，必须减排。这在某种程度上预示着火电规模需要收缩，而水电受限于自然条件，核电受限于安全问题，两者均难成为新能源主力。剩下的选择就只有风光发电了。应市场需求召唤，风光发电正在激增。仅2020年，风光发电装机就增长了近1.2亿kW。综合清洁能源发电的优势来看，风能和太阳能是取之不尽用之不竭的资源，因此风电和光伏没有燃料成本制约，成为清洁能源电力中增长最快的产业。从装机规模上看，风电和光伏是最有潜力能够替代煤电的电力，而在两者当中，我们也能看到近些年国内在光伏领域不断的加大建设投资、

  光伏发电系统根据是否并网可分为并网式光伏发电系统和独立式光伏发电系统。并网式光伏发电系统主要是指接入电网运行、接受电网调度的光伏系统，如各种集中式或者分布式的光伏电站。独立式光伏发电系统主要是指各种独立于电网运行的光伏发电系统，如太阳能路灯、农村户用光伏电源等。

  独立式光伏系统是相对于并网式光伏系统而言，指不接入电网而独立运行的光伏系统。目前应用比较广泛的独立式系统诸如太阳能路灯、太阳能移动电源等，其光伏发电输出和负荷电力消纳不在同一个时间段，同时光伏发电输出并不能总是满足负荷要求，因此在独立式光伏发电系统总配置储能式有效提升光伏电力输出利用、增强系统稳定性的有效手段，同时储能系统还具有为负荷提供启动电流、钳制电压等的作用。目前大范围的应用的独立式光伏系统一般由光伏发电、控制/逆变器以及储能三个部分构成。

  目前已经商业化生产并应用的独立式光伏系统中一般都会采用蓄电池作为储能装置。目前光伏组件和控制/逆变器的寿命均能达到十年以上，但蓄电池的常规使用的寿命仅在6~7年，同时蓄电池的成本可占总系统的25%以上，因此目前在独立式光伏系统中储能的配置和控制目标为尽可能延长电池常规使用的寿命，降低系统成本。

  随着电动汽车行业的发展和普及，电动车充电业务也被带动起来。常规的家用充电系统以交流充为主，充电功率较小。电力来源以交流大电网为主。近年来，以新能源支持充电的应用模式也慢慢变得多。在光伏储能系统中，增加电动车充电的功能，将充电系统直接接入光伏储能系统，可以大大降低用电量。另外，由于家庭最大用电功率的限制，家庭光储充系统更有机会提高充电速度和安全性。家用光储应用场景很多，以上只是列举今年应用热度较高的几个模式。根据现在市场的发展，能够预见，未来会有更多应用场景和应用模式出现。此次首个光伏储能实证实验平台的正式运行，也代表着我们在光伏储能的探索之路上又迈进了一步。

  钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells）：是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。作为一种人工合成材料，在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业经济价值巨大，近年来，全球顶尖科研机构和大型跨国公司，如牛津大学、瑞士洛桑联邦理工学院、日本松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力，力争早日实现量产。

  近年来，中国某钙钛矿小组将转换效率提升至 17.9%，稳态输出效率达 17.3%，再一次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术一马当先的优势。然而实际上，大部分太阳能电池无论材质如何在生产中都面临着同样的问题如何在电池表明上进行镀膜工序。目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提升的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。

  针对这一问题，在制备太阳能电池时，就需要用真空镀膜手套箱：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都能做到无水无氧的环境下操作。

  方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。大多数都用在太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。