Рынок электрохимического хранения энергии

Обзор рынка

Ожидается, что рынок электрохимического хранения энергии будет расти среднегодовыми темпами в 14,6% в период с 2023 по 2031 год.

Электрохимическое хранение энергии превращает электрическую энергию в химическую и сохраняет ее для последующего использования. Оно включает в себя использование электрохимических реакций для хранения и высвобождения электрической энергии в устройстве или системе. Существуют два основных типа систем, использующих электрохимию для хранения энергии.

Аккумуляторы — это устройства, хранящие энергию, которые преобразуют электрическую энергию в химическую энергию и обратно в электричество при необходимости.

Они состоят из одной или нескольких электрохимических ячеек с положительными и отрицательными электродами и среды, которая позволяет ионам перемещаться между электродами, когда батарея заряжается или разряжается. Электрохимические устройства, называемые суперконденсаторами, хранят энергию в виде электрических зарядов в точке, где встречаются электрод и жидкость. Батареи физически разделяют положительные и отрицательные заряды, а не хранят энергию с помощью химических процессов. Суперконденсаторы обладают высокой плотностью мощности для быстрой зарядки и разрядки. Это делает их подходящими для применений, где требуются быстрые всплески энергии, например, рекуперативное торможение в автомобилях или обеспечение питания при высоком спросе. Батареи и суперконденсаторы обладают уникальными качествами, которые делают их подходящими для различных применений. Батареи обычно имеют более высокую плотность энергии, что означает, что они могут хранить больше энергии на единицу массы или объема. Это делает их лучшими для пользователей, которым необходимо хранить энергию в течение длительного времени. С другой стороны, суперконденсаторы имеют более высокую плотность мощности, что означает, что они могут быстро отдавать энергию, но не могут хранить столько же энергии, как батареи.

Динамика рынка

Драйверы рынка

• Растущий спрос на хранение энергии

Изменение спроса и предложения приводит к тому, что энергетические сети становятся более сложными. Хранение энергии является важным компонентом поддержания стабильности сети. Электрохимические системы хранения энергии могут быстро реагировать на изменения спроса на энергию, что помогает поддерживать сбалансированность сети. Они могут заботиться о сглаживании пиков, выравнивании нагрузки и поддержке сети, что делает энергосистему более надежной и эффективной как целостную систему. Все больше людей хотят ездить на электромобилях, поэтому им требуются более совершенные аккумуляторные системы. В электромобилях используются литий-ионные аккумуляторы, которые являются типом электрохимического хранения энергии, используемого в качестве их основной технологии. Спрос на электрохимическое хранение энергии растет вместе со спросом на электромобили. Эти приложения и рост хранения энергии стимулируют спрос на рынке электрохимического хранения энергии.

• Технологические достижения

Одной из основных целей технологических достижений является создание устройств хранения энергии, содержащих больше энергии. Более высокая плотность энергии означает, что больше энергии может храниться в том же пространстве. Это позволяет батареям и суперконденсаторам служить дольше и быть более мощными. Это улучшение особенно важно, когда требуется, чтобы хранилище энергии было небольшим и легким, как в электромобилях и портативных гаджетах. Большинство новых технологий пытаются сократить количество энергии, теряемой во время зарядки и разрядки. Когда эффективность повышается, меньше энергии тратится впустую, что означает, что вся система работает более эффективно, стоит меньше и имеет меньшее глобальное влияние. Технологические достижения могут снизить затраты на создание электрохимических систем хранения энергии за счет изменения материалов, методов производства и конструкции.

Ограничения рынка

• Высокие затраты

Расходы могут стимулировать вкладывать деньги в исследования и разработки, чтобы сделать электрохимические системы хранения энергии более эффективными и экономичными. По мере того, как потребность в хранении энергии растет, компании и правительства все больше готовы тратить средства на исследования и разработки, чтобы найти новые способы снижения затрат и сделать хранение энергии более экономически доступным. Традиционные источники энергии могут создать на рынке электрохимического хранения энергии потребность в технологиях, поскольку со временем они становятся более конкурентоспособными и экономичными. По мере того, как цены на ископаемое топливо и другие способы хранения энергии растут или правила становятся более строгими, электрохимическое хранение энергии может стать более чистым и дешевым вариантом.

Объем рынка

Сегментный анализ

Сегмент по типу

• Поток жидкости

Жидкостные проточные батареи — это устройства, которые используют электрохимию для хранения энергии. Они предлагают уникальный способ хранения и передачи электроэнергии путем хранения жидких электролитов в резервуарах вне батареи. В обычных батареях количество энергии, которое может быть сохранено, ограничено для электродов. Жидкостные проточные батареи, разделяют мощность и энергетическую емкость, что упрощает увеличение количества энергии, которое может быть сохранено. В жидкостной проточной батарее электролиты хранятся в разных резервуарах вне самой батареи, а не внутри. Большую часть времени эти электролиты представляют собой жидкие растворы с активными частицами, которые могут принимать участие в обратимых окислительно-восстановительных процессах.

• Литий

Электрохимическое хранение энергии на основе лития имеет литий-ионные батареи для хранения и высвобождения электроэнергии путем прохождения обратимых электрохимических процессов. Литий-ионные батареи являются одним из наиболее часто используемых способов хранения энергии, поскольку они обладают высокой плотностью энергии и длительным сроком службы и могут использоваться во многих отраслях промышленности. В большинстве случаев литий-ионные батареи используются для хранения электроэнергии. Фосфат железа используется в качестве электрода в литий-железо-фосфатных батареях, которые являются типом литий-ионных батарей. Батареи LFP известны своей безопасностью и эффективной работой в местах с высокими температурами.

• Свинцово-кислотный

Свинцово-кислотные аккумуляторы — это электрохимический метод хранения энергии, который используется уже давно. Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов состоят из положительных и отрицательных электродов, изготовленных из свинцовых и диоксидсвинцовых пластин, которые погружены в разбавленный раствор серной кислоты. Большую часть времени пластины помещаются в пластиковый или другой подходящий контейнер. Существует два типа свинцово-кислотных аккумуляторов. Стартовые (SLI) аккумуляторы и аккумуляторы глубокого цикла. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются во многих местах, например, в качестве стартовых аккумуляторов для автомобилей, систем бесперебойного питания (ИБП), накопителей солнечной и ветровой энергии, резервного питания для телекоммуникаций, электроскутеров и многих других портативных и стационарных источников энергии.

Сегмент по применению

• Сторона пользователя

Электрохимические системы хранения энергии могут использоваться для многих целей на стороне пользователя. Они могут использоваться для хранения энергии и обеспечения питания, которое может быть резервным. Потребители и предприятия используют эти приложения, которые важны для улучшения энергосбережения, стабильности сети и возможности использования возобновляемых источников энергии. Устройства хранения энергии на основе литий-ионных аккумуляторов могут использоваться в домах для хранения дополнительной электроэнергии, вырабатываемой солнечными панелями в течение дня. Эту сэкономленную энергию можно использовать ночью или когда нет большого количества энергии от солнца, что делает менее необходимым использование сети. Электромобили хранят энергию в литий-ионных аккумуляторах, что позволяет им хранить и использовать электричество для питания электродвигателя. Аккумуляторы обеспечивают электромобилям запас хода и производительность, позволяя перейти на более чистые и устойчивые способы передвижения.

• Сторона сетки

Электрохимические системы хранения энергии могут быстро реагировать на изменения в количестве необходимой и доступной мощности. Это помогает стабилизировать частоту сети и поддерживать ее стабильность. Добавляя или убирая мощность по мере необходимости, эти системы могут поддерживать баланс сети и гарантировать, что электроэнергии всегда достаточно. Системы, которые хранят энергию, могут хранить дополнительную мощность, когда спрос низкий, и использовать ее, когда спрос высокий. Такое перемещение нагрузки помогает сети работать лучше и снижает стресс. Электрохимическое хранение энергии дает таким важным организациям, как больницы, центры обработки данных, резервные источники питания в случае сбоя в работе сети. Хранение энергии может помочь увеличить пропускную способность сети, откладывая необходимость в дорогостоящих изменениях в инфраструктуре сети.

• Возобновляемая энергия, подключенная к сети

Электрохимическое хранение энергии является очень важным фактором, упрощающим использование и интеграцию возобновляемых источников энергии в системы, подключенные к сети. Справляясь с нерегулярной и изменчивой природой возобновляемой энергии, устройства хранения энергии помогают поддерживать стабильность сети и позволяют использовать возобновляемую энергию более надежно и эффективно. Возобновляемая энергия может производиться в разное время путем сохранения энергии электрохимическим способом. Когда производится много энергии, дополнительная энергия может быть сохранена и использована, когда ее нет. Системы хранения энергии могут помочь сети, регулируя частоту.

• Вспомогательная электрическая служба

Возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, могут вызывать изменения напряжения в сети. Электрические вспомогательные услуги, такие как компенсация реактивной мощности, помогают поддерживать уровни напряжения в допустимых пределах, регулируя их. Это гарантирует, что источник питания всегда будет стабильным и надежным. Частота сети может меняться при изменении количества зеленой энергии. Электрические вспомогательные услуги, такие как способность систем хранения энергии и других гибких ресурсов реагировать на колебания частоты, помогают поддерживать частоту сети в ограниченном диапазоне, чтобы электроснабжение было стабильным и надежным. В случае отключения сети или отказа системы электрические вспомогательные услуги, такие как потенциал черного запуска от систем хранения энергии.

• Транспортное средство на новой энергии

Подключаемые электромобили имеют двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель, аккумуляторную батарею и разъем для зарядки батарей. Электрохимическая система хранения энергии, литий-ионная батарея, помогает автомобилю работать только на электричестве на более короткие расстояния, экономя топливо и уменьшая загрязнение. Некоторые NEV, особенно те, у которых небольшие батареи, могут использовать электрохимическое хранение энергии, чтобы проехать больше миль на одной зарядке. Добавление небольшой аккумуляторной батареи в автомобиль может увеличить полностью электрический запас хода, или может быть добавлена дополнительная мощность в ситуациях с высоким спросом. Это делает двигатель внутреннего сгорания менее важным.

Региональный анализ

Северная Америка

Ожидается, что рынок свинцово-кислотных аккумуляторов в Северной Америке будет расширяться со среднегодовым темпом роста 5,2%. Раздел SLI-аккумуляторов является частью североамериканского рынка аккумуляторов с самым быстрым ростом. Из-за большого количества автомобилей в стране многие свинцово-кислотные аккумуляторы продаются для SLI, т. е. для запуска, освещения и зажигания. Соединенные Штаты являются одним из самых значимых рынков в мире для промышленных аккумуляторов, поскольку имеют сильную промышленную инфраструктуру, растущее число проектов по хранению энергии на основе аккумуляторов и растущую инфраструктуру для зеленой энергии. Это указывает на более высокий спрос на рынок электрохимического хранения энергии в североамериканском регионе.

Европа

Поскольку автомобильная промышленность быстро растет, ожидается, что сегмент аккумуляторов SLI станет ведущим рынком электрохимического хранения энергии в течение следующих нескольких лет. Ожидается, что больше денег, вкладываемых в автономные солнечные установки, даст компаниям по производству свинцово-кислотных батарей в Европе большие возможности. Солнечная энергия устраняет выбросы углерода и поощряет использование возобновляемых источников энергии. Из-за большого количества компаний в Германии ожидается, что страна станет лидером на европейском рынке свинцово-кислотных батарей. Это указывает на то, что спрос на свинцово-кислотные батареи будет продолжать расти, что может привести к рынку электрохимического хранения энергии для хранения электрохимической энергии в Европе.

Азиатско-Тихоокеанский регион

Ожидается, что рынок литий-ионных аккумуляторов в Азиатско-Тихоокеанском регионе будет расти со среднегодовым темпом роста около 15,8%. В будущем автомобильная промышленность, вероятно, станет одним из крупнейших рынков для литий-ионных аккумуляторов. Ожидается, что электромобили будут развивать бизнес литий-ионных аккумуляторов по мере их роста популярности. Многие жители Азиатско-Тихоокеанского региона не имеют доступа к электроэнергии и полагаются на традиционные виды топлива, такие как керосин и дизельное топливо, для освещения своих домов и зарядки своих телефонов. Из-за технических преимуществ и снижения стоимости литий-ионных аккумуляторов, системы хранения энергии, использующие литий-ионные аккумуляторы, вероятно, будут использоваться все чаще. Ожидается, что Китай станет крупнейшим игроком на рынке электрохимического хранения энергии в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Это связано с тем, что все больше людей переезжают в города, тратят деньги и покупают электромобили.

Южная Америка

Рынок потребительских аккумуляторов в Южной Америке продолжит быстро расти. Рынок электрохимического хранения энергии, который был взят, в основном обусловлен улучшением экономики региона и снижением цен на литий-ионные аккумуляторы. Но в странах Южной Америки высокие налоги на телекоммуникации, и они не инвестируют много в сектор телекоммуникаций. Ожидается, что это замедлит рынок электрохимического хранения энергии, поскольку телекоммуникации являются крупнейшим конечным потребителем. Источники литий-ионов, вероятно, будут найдены в будущем в таких местах, как Чили. Таким образом, ожидается, что страна внесет большой вклад. Цены на литий-ионные аккумуляторы значительно снизились, поскольку технологии улучшились, и теперь они производятся в больших количествах, что называется экономией масштаба.

Ключевые игроки

1. Тесла Моторс
2. Гринсмит Энерджи
3. S&C Электрическая Компания
4. ЛГ ЦНС
5. Энергетические решения NEC
6. ООО «Флюенс Энерджи»
7. Передовые решения для микросетей
8. Конвергентная энергия и мощность LP
9. Корпорация Duke Energy
10. NextEra Энергия
11. Источник питания Zhejiang Narada
12. Шэньчжэнь Clou Электроникс
13. Энергия ЕВА
14. Мощность Sungrow

Последние события

18 мая 2021 г. Исследователи из Гарвардского университета сообщили о разработке долговечной твердотельной литиевой батареи, которую можно заряжать и разряжать не менее 10 000 раз при сильном токе. В батарее используется многослойная структура, которая контролирует и сдерживает рост литиевых дендритов, которые являются основной причиной нестабильности и короткого замыкания в литий-металлических батареях.