飞轮储能行业研究

2024-09-20

飞轮储能基本概念

飞轮储能是一种物理储能方式，由真空磁悬浮条件下高速旋转的飞轮转子来储存能量，本体由高速飞轮和同轴的电动/发电机构成。

飞轮储能具有安全、瞬时、高效、高频次、大功率充放电特性，是目前在电网调频、新能源电站调频、轨道交通能量回收、石油钻井能量回收、大功率工业电源切换、大功率UPS、军工特种电源等领域唯一的功率型储能技术。

从结构上来看，飞轮储能包括三个核心部分：飞轮、电动/发电机、电力电子变换装置。其中，飞轮是整个产品的核心部件，直接决定着储存能量的多少；电力电子变换装置决定了输入输出能量的大小。

图1：飞轮储能原理示意图

图片来源：3060公众号，恒旭资本整理

飞轮储能产业链

飞轮储能的产业链上游包括钢铁制造、碳纤维、变流器、磁体材料、高速电机、IGBT、芯片、控制技术等。

产业链下游主要是各类应用场景，如UPS不间断电源、充电桩、轨道交通制动能量吸收装置、电网调频等。

图2：飞轮储能产业链

图片来源：恒旭资本整理

飞轮储能成本大幅下降，商业化应用将至

飞轮储能是一门多学科交叉的综合性技术，早期用于军事航空，代表了一个国家高端装备制造领域的先进水平。核心技术难点包括磁悬浮的支撑和控制技术、大功率高精度电机充放电控制技术等，作为一套软硬件一体化的复杂系统，需要在实践过程中长期运行、不断迭代优化改进，长期的研发投入和技术积累非常重要。

随着飞轮储能逐步普及商用，从2016年到2022年，飞轮的成本从人民币100万元/kwh发展到了5000元/kwh，单体功率从1mw发展到了4mw，储电能力从16kwh发展到了1000kwh，展现了商业化价值潜力。

飞轮储能的储电能力主要靠转子的动能决定，动能与转动惯量和转速成正相关，转动惯量大小和转速快慢受限于材料特性和材料密度。如何选择高密度、高韧性的材料是未来飞轮降本的关键，这有赖于材料学科的逐步突破，并在未来规模商业化后实现降本。

图3：储能相关技术成熟度曲线

图片来源：恒旭资本整理

飞轮储能下游应用场景

飞轮储能适用于充放电频次高、响应速度快、功率大，且放电时间短的应用场景，主要包括电网调频、不间断电源、地铁能量回馈三大领域。其中，飞轮储能调频市场规模预计到2025年可达300亿元以上。

图4：飞轮储能主要应用及性能优势

图片来源：科尔尼咨询，恒旭资本整理

新能源装机驱动电网调频需求飞轮储能具有调频优势

风光天然的间歇性波动增加了电网不稳定风险，随着风电、光伏装机的增加，电力系统需搭配的可调节资源需求逐渐增加。电网平衡管理是一个重要课题，据了解，新能源接入比例超20%以后，电网灵活性调度资源将面临紧缺问题，增补高效、长时的可调节资源对于提升电网稳定性和新能源消纳有重要意义。

图5：中国能源结构及预测

图片来源：壳牌中国《中国能源体系2060碳中和报告》，恒旭资本整理

图6：新能源渗透率越高，系统频率跌落深度越大

图片来源：CAA发电自动化

我国的调频资源匮乏，主要是依靠火电机组和抽蓄电站，但由于其响应时间长，调频速率低，只适合幅度较大，方向较单一的调频情形，在一次调频中响应效果较差，未来满足一次调频需求的储能主要为功率型设备。

飞轮储能较其他储能在调频有明显优势，其调频效率是燃煤机组的30~40倍；较锂电响应速度更快、爬坡能力更强，具备瞬间调节、精确输出、快速折返等性能，AGC跟踪曲线几乎与AGC指令曲线重合。此外，飞轮储能也可辅助抽水蓄能和电化学储能等长时储能装置进行调峰、调频，提高机组的使用寿命。

图7：不同储能技术的优势区间

图8：火电调频示意图

火电调频存在反向调节和响应偏差、时延等问题

图9：储能调频示意图

配套储能调频能做到精准调节

图片来源：新能源前沿战队等，恒旭资本整理

飞轮储能用于调频为蓝海行业，市场空间广阔

飞轮储能适用于电网调频服务，未来具有发展潜力：

（1）政策对于新能源并网的硬性要求：随着新能源并网发电比例增高，以及国家标准GB38755-2019《电力系统安全稳定导则》对于“电源（指接入35kV及以上电压等级电力系统的风力发电、光伏发电及储能电站等）均应具备一次调频、快速调压、调峰能力”的规定，调频需求在中短期会迅速增长。

（2）商业化落地情况最优，近3年来已有飞轮储能企业与全国各地电网侧知名企业合作的储能＋飞轮调频项目。

（3）调频市场潜在市场空间广阔。根据公开数据测算，飞轮储能电网调频潜在市场规模于2025年可达326亿元。

图9：市场空间测算

图片来源：北极星储能网、国家能源局、中金公司等，恒旭资本整理

恒旭投资观点

飞轮储能具备安全、瞬时、高效、高频次、大功率充放电等特性，是目前在电网调频、新能源电站调频、轨道交通能量回收、石油钻井能量回收、大功率工业电源切换、大功率UPS、军工特种电源等领域唯一的功率型储能技术。

飞轮储能的特性适用于电网调频服务，未来新能源装机增多驱动电网调频需求增加，伴随地方电网如山西电网等陆续出台调频服务的市场规则，飞轮储能用于电网调频的市场空间将快速提升；下游的市场化需求增长带来飞轮产品规模成本的下降，将进一步提升飞轮储能的经济价值。

关注拥有长期技术研发能力的飞轮集成商或飞轮新材料的开发商；关注各地电网调频市场的开放进度，飞轮储能凭借其良好的响应能力可收获较高的电站投资价值，值得另类业务投资布局。

关于恒旭资本

恒旭资本（中基协备案号：P1070270）于2019年成立。作为上海汽车集团股份有限公司（简称“上汽集团”，600104.SH）金融平台上海汽车集团金控管理有限公司（简称“上汽金控”）旗下私募股权投资机构，依托上汽集团整体产业优势和上汽金控高效协同赋能，恒旭资本努力为上汽集团创新产业链的发展和出行生态圈的完善做出贡献。恒旭资本股权投资板块致力于布局绿色出行、出行生态、健康生态战略新兴产业，另类投资板块重点关注光伏和储能领域的优质资产。公司愿景是让投资人获得良好收益的同时，实现环境、社会、治理（“ESG”）协同发展，并致力于成为受人尊敬的优秀产业资本和受人信赖的一流投资机构。

恒旭资本累计管理规模已超过400亿元，投资人包括产业龙头、金融机构、国家政府、市场机构等。核心团队有丰富的产业资源，在项目管理、基金管理方面拥有丰富的经验，主导了宁德时代、地平线、捷氢科技、通行宝、清陶能源、芯旺微、亚虹医药、帅克宠物等数十个优质企业投资，陪伴企业成长为细分市场的龙头企业。

上一篇：铝塑膜行业浅析及发展趋势

下一篇：低空经济行业研究

Address：5th Floor, Building N3, New Bund Square City, No. 2, Lane 131, Qiantan Avenue, Pudong New District, Shanghai

Email：scir@hengxucapital.com