More Related Content
Similar to Case study_儲能產業看鋰電池發展.pdf (20)
More from Collaborator (20)
Case study_儲能產業看鋰電池發展.pdf
- 2. Agenda
結論
1. 儲能簡介
1-1. 儲能應用
1-2. 世界的市場需求與發展趨勢
1-3. 台灣的儲能市場發展現況
1-4. 台灣儲能市場趨勢
2. 儲能系統介紹
2-1. 儲能技術
2-2. 鋰電池技術及未來發展
3. 儲能產業鍊
3-1. 上游
3-2. 中游
3-3.下游
4. 台灣儲能產業與企業趨勢
結論
2
- 6. 資料來源 :
發電端:
● 擴大再生能源併網應用:利用儲能系統充放電特性使再生能源裝置隨機變化的電力輸出功率調整為相對穩定的輸出,進
而滿足併網的各項技術要求。
● 減少尖載電力系統裝機容量的需求:可利用儲能系統在離峰儲電尖峰放電的運作,取代尖峰電廠。
● 參與發電端調頻與調壓,維持電網平衡:在電源調度系統中,頻率控制主要是在維持發電與負載用電隨時保持動態平衡,
確保發電與負載保持平衡,維持電網的穩定。
電網端:
● 擴大再生能源併網應用:利用儲能系統充放電特性使再生能源裝置隨機變化的電力輸出功率調整為相對穩定的輸出,進
而滿足併網的各項技術要求。
● 減少尖載電力系統裝機容量的需求:以利用儲能系統在離峰儲電尖峰放電的運作,取代尖峰電廠。
● 參與發電端調頻與調壓,維持電網平衡:在電源調度系統中,頻率控制主要是在維持發電與負載用電隨時保持動態平衡,
確保發電與負載保持平衡,維持電網的穩定。
用電端:
● 時間電價管理:因存在尖離峰價格差異,可利用儲能系統在離峰低價時購買電力並儲存,在尖峰高價時取用,能避免在
電價高時向電力公司購電,降低用電戶之電力費用。
● 提高再生能源自發自用率:將再生能源搭配智慧電表及儲能系統,便可避免電力因長途輸送造成的損耗。
儲能系統在各方面應用之簡介
6
自行整理
- 8. 資料來源 :
● IEA 在 2021 發布 2050 淨零碳排,關鍵行動方案包括:部署再生能源、提高能源效率、電氣化將取代過往化石燃料設備、
提高生質燃料應用、發展碳捕存與再利用技術(CCUS)、發展氫能或氫能為主的燃料,電力部門的轉型是此計畫之核心。
● 淨零情境下,太陽能和風能引領發展,使可再生能源在發電總量中的佔比從 2020 年的 29%,提高到 2050 年的近 90%,
與核電、氫能和 CCUS 相輔相成。
● 台灣投入高預算以提升再生能源發電占比,綠能因間歇性問題需要儲能系統以發展穩定電力,也積極打造併網後的儲能
系統,達成資源整合,預計 2025 年總建置系統 1500 MW、2030年達 5500 MW。
● 再生能源發電占比增加勢必伴隨著電網穩定與電力調度問題,須經儲能系統的調控解決,因此市場需求龐大。
台灣與世界共同邁向 2050 淨零碳排 儲能市場需求大
8
IEA、國發會
圖1-2-1:淨零排放情景下,全球不同來源的發電量 圖1-2-2:2050 淨零轉型主要計畫用於電網與儲能至 2030 年預算近 2100 億
- 9. 資料來源 :
● 全球儲能市場的主要驅動力是可再生能源部署的增加、對電網穩定性的需求以及鋰電池等儲能技術進步與成本下降。 支
持儲能的政策和激勵措施也有望推動市場增長。
○ 根據國際能源署(IEA),到 2030 年,全球儲能系統(ESS)的總裝機容量預計將達到 1095 GW。
○ BloombergNEF 預測,到2030年,全球儲能市場將累計增長到741GW,預計未來十年儲能項目的投資將達到
6200 億美元,美國和中國將是兩大主要市場,占全球儲能裝置的 54% 以上。
○ 雖然部分供應鏈受限,但全球儲能市場預計將從 2021年部署儲能 10GW,以 CAGR 為 30% 快速增長,2030 年,
全球儲能市場將增長到每年部署 58GW。
再生能源部署上升 儲能市場規模以 CAGR 30%增長
9
IEA、BloombergNEF、自行整理
圖1-2-3:2015-2030 全球儲能市場快速成長
CAGR:30%
圖1-2-4:淨零排放下,不同來源的總裝機容量與發電量
- 13. 資料來源 :
● 儲能是利用不同的介質,將多餘的電力透過物理性或化學性的方式儲存於介質中,需要電力時可即時將電能釋出。根
據國際電工委員會(International Electrotechnical Commission, IEC)依能量儲存形式將儲能系統概分為五大類別:
機械、電化學、電磁、化學及熱能儲能,以前三者為主要;後兩者為次要。
● 其中儲能技術以機械儲的抽蓄水力能最具規模;其他新型電化學、氫能、壓縮空氣等儲能方式都是目前發展中的儲能
技術。化學儲能中鋰離子電池,因電動載具及儲能系統對於高電壓、高能量密度的需求,最具前景。
儲能系統分為五種 下分不同儲能技術
13
維基百科、綠學院
儲能系統 儲能技術 應用
機械儲能 抽蓄水力、壓縮空氣、飛輪 調峰/調頻、日負載調節、系統備用
電化學儲能
蓄電池(鉛酸、鎳鉻、鎳氫
、鋰、鈉硫)、液體電池
頻率控制、電壓控制、備用電源、平滑
再生能源功率波動
電磁儲能 超級電容、超導磁儲能 輸配電穩定,頻率控制、電壓控制
化學儲能 氫儲能、合成天然氣、燃料電池 交通運輸、再生能源儲存、工業過程
熱能儲能 熱泵、熔岩、液態空氣 空調和供暖、再生能源儲存、工業過程
表 2-1-1:儲能系統整理 圖 2-1-2:常見儲能技術放電時間、功率整理
1W 10kW 100KW 1MW 10MW 100MV
分
鐘
秒
最
大
放
電
時
間
功率
小
時
抽蓄水力
壓縮空氣
鉛酸電池
飛輪
超級
電容
鈉硫電池
液流電池
鋰電池
- 14. 資料來源 :
● 機械能儲種類:抽蓄水力儲能(Pumped Hydroelectric Storage)、壓縮空氣儲能(Compressed Air Energy
Storage)及飛輪儲能(Flywheel Energy Storage)為主。
● 抽蓄水力儲能:一種特別的水力發電,反向過來作為儲能裝置,供電力調度之用,可以說是一個天然電池,抽蓄水力
儲能,技術成熟、儲能容量大、規模最大、已具備商業化規模,因此短期來看它的主導地位不會改變;但相當依賴天
然地形,無太大的成長潛能,2016 年以來全球抽蓄水力機組裝機量僅成長 0.6%。
● 壓縮空氣儲能、飛輪儲能:壓縮空氣儲能利用電力壓縮空氣,儲存在礦井、油氣井、儲氣井、海底、鹽洞,需要時與
天然氣混合,加熱燃燒推動渦輪機發電。飛輪儲能利用電力將碳纖維圓柱體在真空中加速,動能形式儲存。
機械儲能的抽蓄水力最具規模 短期地位不變
綠學院、經濟部技術處
機械儲能
典型額定
功率(kW)
額定功率
放電時間
備注
抽蓄水利 10萬~200萬 10小時 都需要其他電力系統輔助。
如抽蓄水利的發電機由火力、
核能電廠提供;壓縮空氣的
渦輪機由火力發電廠提供;
飛輪需要額外電流提供轉子
加速
壓縮空氣 1 萬 ~ 30 萬 20小時
飛輪 5 ~ 1 萬 半小時
圖 2-1-4:抽蓄水力儲能示意圖
表 2-1-3:機械儲能比較
- 15. 資料來源 :
• 電磁儲能種類:超級電容(Super Capacitor, SC)、超導磁儲能(Superconducting Magnetic Energy Storage,
SMES)為主。
• 超級電容:由活性碳包覆電解液,離子、電子和空孔相對排列,使電極表面積增加幾萬倍,從而產生巨大電容量,充
放電速度快、可循環使用次數高、穩定性佳,應用於以超級電容取代電池的公車、列車,能夠在加速時快速放電,刹
車時回收能量。IDTechX 預估超級電容可以取代 10% 的鋰電池與取代大部分鉛酸電池的應用。
• 超導磁儲能:利用超導線圈,因電磁感應,電流進入時產生磁場,讓強磁場將電網過剩的能量存起來,需要時再通過
整流器回饋電網,可做為發電廠與城市之間電力輸送;然而為了達到無電力損失的電阻,超導材料在低於其臨界溫度
下,價格昂貴且維護複雜,大多為實驗性的電網應用。
電磁儲能目前以超級電容具商用發展趨勢
15
綠學院、經濟部技術處、Rutronik
圖 2-1-5:超級電容充電示意圖 圖 2-1-6:
超導磁儲能示意圖
- 16. 資料來源 :
電化學儲能種類多元 又以鋰電池最具前景
16
維基百科、綠學院、Batteryuniversity
● 電化學能儲種類:蓄電池(依據正負極材料不同,常見有鉛酸、鎳鉻、鎳氫、鋰離子、鈉硫)、液流電池。
● 蓄電池:使用可逆的電化學反應來儲存電能,又稱二次電池。蓄電池應用於鈕扣電池到的電網儲能系統。其中又以
鋰離子電池(後稱鋰電池)體積小、能量密度最高、壽命長、充放電速度快、耐熱耐寒、安全性高、達商業化規模
的特性最具前景,廣泛用於行動裝置、車用電池、綠能發電的蓄電系統。
● 液流電池:利用兩個化學溶液透過薄膜作離子交換,需要較大空間存放電解液;在常溫常壓下反應,熱量也可透過
電解液流動而排出,因此安全性高,適合長期儲能,如電網備用電力。常見的種類有釩液流電池。
蓄電池種類 單一額定電壓 應用場景 備注
鋰離子(Li-ion) 3.6~4.2V 行動裝置、EV、綠能 無記憶效應、低自放電
鉛酸(Pb) 1.8V~2.3V 汽車啟動電源、備用電源 發明最早、曾達市佔率最高
鎳鉻(Ni-Cd)/
鎳氫(Ni-MH)
1.2V 行動裝置、EV、HEV
有記憶效應、高自放電。鎘
具有毒性,2004 年歐盟禁
止後由鎳氫取代。
鈉硫(Na-S) 2V 電網、綠能 300°C操作場景、具腐蝕性
表 2-1-7:常見蓄電池種類比較 圖 2-1-8:常見蓄電池放電時間、功率整理
0 50 100 150 200 250
(WH/kg)
400
300
200
100
0
固態
(鋰離子)
(W/kg)
鉛
酸
鎳鉻
鎳氫
鋰離子
更長使用時間
更高電壓
- 18. 資料來源 :
● 鋰電池全名是鋰離子二次電池(Lithium Ion Secondary Battery),二次電池表示可重複充放電,是一種蓄電池。
● 鋰電池靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。電池在充電時,帶正電的鋰離子將電流中的電子移向陽極;放電時,
鋰離子放出電子產生電能,並通過隔離膜回到陰極。
鋰電池結構
18
TechNews
名稱 用途
➊ 正極
鋰電池內儲存鋰離子的地方,材料特性直接影響了電池的能量密
度、安全性、壽命等各項關鍵指標,也是廠商主要開發重點。
➋ 負極
負極材料傳統以碳材料為主,目前也有開放石墨烯、鈦酸鋰、矽
碳複合材料等負極,以提升電導率、能量密度、穩定性。
➌ 隔離膜
多孔性結構的材料,以高分子量的聚乙烯和聚丙烯為主,於電芯
內部的正負極之間,為隔離正負極板,防止電池內部短路。
➍ 電解液 鋰電池內部電池內正負極間傳導的液體介質,包含溶劑與鋰鹽。
圖 2-2-1:鋰動力電池放電示意圖 表 2-2-2:鋰電池重要部件整理
➊
➋
➌
➍
- 19. 資料來源 :
各國補助研發提升鋰電池未來成長動能
19
Yole Developpement、富果
● Yole Developpement 報告預估,2026 年全球鋰電池市場規模將達 1056 億美元。其中鋰電池的主要成長動能有兩類:
鋰動力電池、綠電儲能系統。電動車市場占比最高達 88%,2026 年市場規模將達 860 億美元。
● 鋰動力電池方面:各國持續以購買補貼、降稅等政策推動電動車發展,據 BloombergNEF 預估,電動汽車發電總量
在 2020-2030 年 CAGR(年複合成長率)達 29%,而因鋰動力電池是電動車的核心動力來源。
● 儲能系統方面:美國政府於 2021 年底通過「重建美好未來法案」(Build Back Better Plan)將再生能源投資稅收抵
免,預計儲能裝置在 2030 年達到 100GW。中國也宣布在 2025 年前達到裝置規模達到 30 GW 的目標,中美兩大國
帶動綠電儲能系統需求。
圖 2-2-4 :2015 年至 2030 年電動載具出貨量
1056億美元
CAGR:31%
圖 2-2-3:2020 年至 2026 年鋰電池市場規模(億美元)
806 億美元
(EV)
- 20. 資料來源 :
● 鋰動力電池:以正極分成三類,鈷酸鋰 (LCO)、磷酸鐵鋰 (LFP) 與三元材料 (NMC)。近年因電動車成為市場重點。
● LCO:發展最早、最成熟;但近年鈷價大漲,加上電池效能遇到瓶頸,逐漸被 LFP、NMC 取代。
● LFP:壽命長、安全性高、成本低廉,能量密度低。隨著包碳技術發展,目前在充放電效率上 LFP 跟NMC沒有顯著差
別的。無法準確預估 LFP 剩餘電量的問題,也透過電源管理技術(BMS)的進步解決。
● NMC:壽命短、安全低、成本高(LFP 兩倍)、能量密度高,因此用於要求續航力的行動裝置、電動車。
鋰動力電池以 LFP 和 NCM 為主流
富果、Researcher and Research
類別 鈷酸鋰 磷酸鐵鋰 三元材料
簡稱 LCO LFP
NCM532、NCM622、
NCM811、NCA
成分 鋰、鈷 鋰、鐵、磷酸 鋰、鎳、鈷、錳(鋁)
循環壽命 500 次 3500 次 2000 次
續航里程數 - 350~500 公里 600~800 公里
應用 家電、行動裝置
儲能系統、EV
UPS(不斷電系統)
行動裝置、EV
表 2-2-5:鋰動力電池比較 圖 2-2-6:鋰動力電池中各種類別電池市占率
20
- 21. 資料來源 :
● 電池儲能系統 (Battery Energy Storage System, BESS) :電網接收電力加以儲存,在用電峰值將電能注回電網的蓄
電池系統,確保再生能源順利轉換的特性。多使用壽命長、安全性高的磷酸鐵鋰 (LFP) 鋰電池。
● 鋰電池儲能具有很好的環境適應性、回應快速、高功率和能量密度等特點,且近年受益於技術和規模驅動成本快速下
降,截至 2018 年全球儲能裝機中鋰電池占達 60%。
● BESS 經預計,可望由 2022 年的 108.8 億美元成長至 2029 年的 312.0 億美元,年複合成長率為 16.3%。
鋰電池在綠電儲能系統中扮演調節電網角色
FSP Group、財富商業洞察、Frost & Sullivan
圖 2-2-7:截至 2018 年,BESS 電池種類統計
BESS 總發電量
6144 MWh
圖 2-2-8:BESS 示意圖
儲能系統以儲能貨櫃
為一單位運作
21
- 26. 資料來源 :
• 電池原材料佔電池全部製造成本約 60% ,而電極(正極與負極)佔原材料成本的 26%,原材料成本會直接影響電池
的整體製造成本,因此上游材料的商機最大、毛利最高。
• 代表企業:康普(4739)
• 用於製作鋰電池正極材料的硫酸鈷及硫酸鎳品質穩定,獲日、韓系電池前軀體與電池芯大廠認證採購。因高度仰賴國
外進口之鎳金屬及鈷金屬,原料市場價格波動易影響產品毛利。
上游:正極材料
26
財報狗、年報、自行整理
用途 專用於電動車的動力電池中技術較成熟的鋰離子電池
應用
1. 鋰離子電池中:三元系鋰鈷鎳鋁電池(NCA)、三元系鋰鈷鎳錳電池(NCM)
2. NCM 因能量密度較高,用於高能量電動車,如高階乘用車、超跑
全球佈局 中國浙江寧波、福建漳州、泰國羅勇
營運發展
1. 今年 Q1 將於越南設立電池材料廠以取得出口日、歐關稅減免優勢並分散供應鏈風險
2. 配合市場發展,鎳、鈷、錳各種不同配比之氫氧化學物開發計劃
3. 多元化鈷鎳金屬回收技術及製程開發,以提升回收產量、效率及品質
後市展望 電動車市場每年以 10~20% 成長,電池材料需求增加,有助鎳、鈷系材料銷售
- 27. 資料來源 :
• 代表企業:美琪瑪(4721),以氧化觸媒及動力電池為主要營運面向,電池則供應中高階電動車使用。
• 主要客戶:日本三井住友化學,與日系廠商關係良好,逾半數產品直接銷售給日商,與下游客戶合作穩定。
• 近年研發降低電池製程母液雜質的製程改善技術,不良率從 30% 大幅降至 5% ,減少重工率、成本。
• 研發出三元電池材料電子級硫酸鎳,將試產及量產 SOP 化,並開發美、日、韓新客戶。
上游:正極材料
27
年報、自行整理
用途 專用於電動車的動力電池中技術較成熟的鋰離子電池
應用產品 消費性電子(筆記型電腦、手機)、油電混合車、純電動車、機車
製程技術 硫酸鎳、硫酸鈷
全球佈局 中國浙江杭州、泰國、印尼、南韓、馬來西亞
營運發展
1. 發展電動車廢電池回收技術,提高毛利與兼顧環境保護,朝鋰電池回收發展
2. 短期將持續拓展海外生產基地,就近供應產品、擴大生產規模
3. 長期為就近服務各地客戶,與日韓大廠合作,並發展全方面解決方案、循環經濟
- 28. 資料來源 :
• 代表企業:杉杉股份(600884.SH),人造負極材料市占率全球第一(2021)。
• 92% 的負極材料由中國向全球供應,日、韓系電芯廠( LG 化學、松下、三星 SDI )也以中國供貨為主。
• 2022 年將正極材料全數股權賣予巴斯夫,並預計退出電解液市場,專注於負極材料與偏光片。
上游:負極材料
28
東吳證券
市場分析 主要競爭對手:貝特瑞、紫宸、凱金、日立化成、三菱化學
產品技術
1. 目前主流為人造石墨,而矽碳負極是未來發展方向
2. 負極分為碳系負極、鈦酸鋰和矽碳負極,碳系負極性價比、性能較好,為市場主流
3. 人造石墨容量較天然石墨略低,但具循環壽命優勢,高低溫性能較佳,因此為主流產品
4. 主力為中低端人造石墨,因放電量及容量較低,價格較低,因原料成本低,毛利率與高端石墨差距不大
5. 廠房導入 MES、ERP、LIMS 和 ECM 等智能化系統,達到生產流程的數據化管理
全球佈局 中國上海、寧波、湖州、湖南郴州、寧德、內蒙包頭、四川眉山、昆明
營運發展
1. 將八地十廠的生產基地建立為核心,推動組織升級,打造強大產研管理平台
2. 佈局矽碳負極,逐步量產,提高盈利空間
- 29. 資料來源 :
上游:隔離膜
29
年報、自行整理
• 代表企業:明基材(8215),目前生產乾式隔離膜為主,未來將快入純電動車使用的濕式隔離膜。
• 2021年成功開發之產品:混合動力車用低內阻、高強度鋰離子電池隔離膜。
• 未來年度研發技術重點:次世代鋰離子動力電池用薄膜、功能性塗層材料。
用途 讓電池的鋰離子可以穿透充電
產品應用 美歐日系油電混合車,東南亞供應電動大巴、電動船,高階筆電
製程技術 卷對卷、高分子結構、押出、塗佈
全球佈局 雲林斗六廠、中國蕪湖場、中國蘇州廠
營運發展
1. 穩固既有台灣、中國華南/華東、東南亞及日本車用動力電池市場,並拓展歐洲及韓國市場業務, 達
到布局全球並提高市場份額
2. 藉由自有技術進行整合上游原材料至下游電芯廠、車廠的合作模式
3. 加強對日本、歐洲及美洲市場的推進與銷售能量
4. 進行新領域之產品開發,追隨未來新能源之發展趨勢及各種應用
- 31. 資料來源 :
• 代表企業:寧德時代,儲能電池產量 2021 市占率達全球第一、BMS 出貨量 2020 市占率18.4% 達中國第一。
• 受上游原物料價格及下游新車需求波動影響,以全球化佈局、提升研發能力、財務穩健為首要目標。
中游:電池管理系統
31
自行整理
用途 監控電池和可能的故障情況,防止電池出現性能下降、容量衰減甚至可能損害使用者或周圍環境的情況
功能
1. 預估動力電池的荷電狀態,防止過度充電或放電而損害電池
2. 在充放電過程中,動態監測電池的各項數據,輔助建立剩餘電量預測模型
3. 為單體電池均衡充電,使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態
技術 技術難度高,須與電動車協同設計,各車廠多自行設計
全球佈局
研發中心:
福建、江蘇、上海、廈門、
德國
生產基地:
中國十一省市、德國、匈牙利
子公司:
美國底特律、法國巴黎、日本橫濱、德國、
加拿大
營運發展
1. 積極增產,2022 年增加洛陽、濟寧基地,規劃匈牙利基地,產能為前者之 125%
2. 受上游原料價格波動影響,以低庫存規避價格波動風險,高效庫存管理以強化盈利能力
- 35. 資料來源 :
• 知名企業: Fluence ,主要為設計、建造和營運大型電網,提供三種儲能裝置。
A. Gridstack™,電網規模的工業級儲能系統,專為要求苛刻的市場應用而設計,具有行業領先的可靠性、可擴展
性和安全性。
B. Sunstack™:旨在優化太陽能捕獲和傳輸。
C. Edgestack™:商業儲能系統,可在需要時放電以平整設施的能量、負載配置文件,降低需求費用。
下游:系統集成
35
官網、自行整理
用途 將組件和技術整合在一起以部署電池儲能項目
優勢
1. 為Siemens和愛依斯電力公司(AES,全球最大的電力公司之一)合資成立的公司,是儲能技術解決
方案和服務方面的全球市場領導者,優勢是能結合兩家企業的專業知識、願景和財力支援的優勢組合
2. 全球最大的能源供應商之一,部署了 0.9 GW 的儲能資產,簽約了 1.8 GW,以及前身公司擁有 13 年
的經驗記錄。
供應鏈
不擁有或經營自己的製造基地,Fluence 專注於頂級製造商來完成製造生產,並將產品提供給包括電力公司、
項目開發商和最終用戶客戶。
- 38. 資料來源 :
• 在台營運發展:台達電為台灣最早投入儲能應用研發與製造的廠商,從 2017 年完成台電示範系統起,至今已完成電力交
易輔助服務、傳統電緊急備援、微電網、太陽光電廠、工業用電大戶、電動車充電站等多元應用型態,建置經驗完整。
• 主打一站式的能源解決方案:以電力電與電池技術為核心,發展軟硬體研發、生產製造、品管、系統整合,包含規劃初期
的模擬預測工具、功率調節系統(PCS)、電池儲能系統(BESS)、與能源管理系統(EMS)等。
台達電儲能業務主打一站式的能源解決方案
38
自行整理
能源解決方案 營運模式與優勢
功率調節系統 PCS
優化電網級儲能應用效益、精準且高效的電力控制與頻率調節,可短時間內提供適當的電力輸
出、啟動削峰填谷
電池儲能系統(BESS) 提供開放式與戶外型鋰電池儲能機櫃,具有高壓輸出,可提高能源管理效率。
能源管理系統(EMS)
與場域控制器
1. 提供能源與設備管理功能,透過雲端管理優化能源使用效率,可整合太陽能、儲能等系
統並利用圖形化介面即時顯示能源數據
2. DeltaGrid 能源管理平台:基於AIoT技術,以軟體賦能加值能源基礎設施系統與設備,
並以數位化優化設備監控、可用度與營運效益。