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储能是解决新能源风电、光伏间歇波动性的重要手段之一。风力、光伏发电具有不稳定性,储能技术可助风电厂平滑输出功率。近年来,政府大力扶持可再生能源,风电和光伏装机规模迅速扩大。根据国家能源局计划,“十三五”期间我国风电装机目标210GW;2017年上半年我国光伏新增装机容量24.4GW,光伏装机总量超过100GW。风电、光伏发电的间歇波动性特征严重限制其并网能力,是导致我国弃风、弃光现象严重的原因之一。2016年,我国弃风率高达17%,西部平均弃光率高达20%。而配置储能系统可以实现“削峰平谷”,解决可再生能源发电的大幅波动问题,为大规模并网创造条件。
锂离子电池储能是电化学储能的重要组成。目前,大容量储能技术主要有机械储能(抽水储能、压缩空气、飞轮储能等),电磁储能(超导磁储能、超级电容等),以及电化学储能(铅蓄电池、液流电池、锂离子电池等)。其中,抽水储能是最成熟、最经济的大容量储能技术,具有规模大、寿命长、运行费低等优点。在中国运营的储能项目中,抽水储能累计装机个数占比99.5%。但抽水储能必须有合适建造上下水库的地理条件,受地形条件限制大,且建设周期长。
锂离子电池储能是未来发展的主要形式。电化学储能技术具有响应时间短、能量密度大、灵活方便、维护成本低等优点,是抽水储能以外最主要的储能形式。根据预测,中国电化学储能累计装机量将稳步上升。2016年累计装机量为255MW,到2020年,电化学储能装机量将超过2000MW,2016-2020年年复合增长率接近70%。而锂离子电池储能占电化学储能已装机个数的66%,是最主要的电化学储能形式。
国际上,发展较早的日韩企业处于技术领先地位。1990年,日本Kaido公司成功研发出第一台方形锂离子电池卷绕机,标志着锂离子电池自动化生产设备开始出现。1999年,韩国Koem公司开发出了锂离子电池卷绕机和装配机。至此之后,日韩在锂离子电池设备制造上一直处于国际领先地位,设备精度高、性能好、自动化程度高。
我国锂电设备市场空间2020年预计到210亿。根据中国预测,假设动力锂离子电池实际产能利用率为55-70%,消费和储能锂电产能利用率90%,到2020年我国锂离子电池产能预计将超过270GWh。我们假设每GWh的动力锂电池产能对应的总投资约6亿元,其中设备投资占比65%,而国产设备占比到2020年有望提升到100%,则每GWh产能释放对应的国产设备投资约3.9亿元,预计2020年我国锂电设备规模约210亿元,2016-2020年复合增长率约17%。
国内动力电池锂电设备市场规模测算(单位:GWh、亿元)
数据来源:公开资料、智研咨询整理
我国锂离子电池产能预测(GWh)
数据来源:公开资料整理
锂电设备市场规模预测(亿元)
数据来源:公开资料整理
锂离子电池设备泛指锂离子电池生产过程中使用的各种制造设备,是锂离子电池性能和成本的决定因素之一。锂离子电池生产工艺较长,包括50多道工序,相应需要50多种设备。整个制造工艺可分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段,其中极片制作相关设备称为前端设备,电芯制作相关为中端设备,电芯激活检测和电池封装设备为后端设备。整个锂离子电池工艺流程约需15天完成,其中浆料制备、干燥、化成时间较长,少则10小时,多则48小时;而其他工艺较快,平均是5-6小时。
搅拌、涂布、分切、检测工序最为核心。前端设备包括极片制作工序中所需要的搅拌机、涂布机、辊压机和分切机等。中端设备是电芯装配工序中涉及的卷绕机、叠片机、注液机、封口焊接等设备。后端设备用于电芯激活化成、分容检测以及组装成电池组等工艺。
前端设备由于精度和自动化要求最高,最为核心,价格也最高。其中,搅拌机的搅拌效果直接影响电池性能,被认为在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响大于30%;涂布机要求将搅拌后的浆料均匀得涂在金属上,厚度需精确到小于3μm;分切机需要保证切片表面不存在任何毛刺,否则对后续工艺产生很大影响。中端设备中的卷绕机、叠片机,后端设备中的检测设备技术壁垒也较高,产值空间大。
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