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储能行业发展与工厂物流数智化升级

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-04-07  来源:世界经理人网站(www.ceconline.com)  作者:王玉  浏览次数:258
核心提示:工厂物流数智化升级,是助力储能企业打造柔性化制造模式、提高产品质量、缩短交付周期、实现提质增效的利器。随着储能行业发展,头部企业纷纷开始行动,与专业的物流系统集成商及解决方案提供商携手,围绕行业痛点、难点问题进行创新探索,形成解决方案。

随着全球能源需求不断增长和能源转型加速推进,储能已经成为各国加速清洁能源转型的必选项。在国家政策和市场需求的双轮驱动下,我国储能行业近年迎来快速发展,市场规模突飞猛进,已经成为全球储能领域的重要参与者。与此同时,我们也看到,各路资本纷纷涌入,导致储能行业产能严重过剩,价格战愈演愈烈,行业陷入无序竞争的混乱局面。

当前,淘汰落后产能的大幕已经开启。面对这场严峻的市场考验,“建设先进、高效的生产体系”“追求极致增效降本”成为储能企业提升综合竞争能力,跨越混沌周期的关键。其中,智能工厂建设以及工厂物流的数智化升级,扮演着至关重要的角色,不仅能够助力储能企业打造柔性化的制造模式、提高产品质量、缩短交付周期,提高产能,更有利于实现企业提质增效、降低成本。

储能行业概况

1.储能定义与分类

储能(energy storage),即“能量的存储”,是指通过介质或设备把能量存储起来,基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。

按照能量储存方式的不同,储能可分为:(1)物理储能,如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能;(2)化学储能,如最主流的锂离子电池,以及钠硫电池、铅酸电池、氧化还原液流电池、氢能等;(3)电磁储能,包括超导电磁储能、超级电容储能。

新型储能是指除抽水蓄能以外,以输出电力为主要形式的储能技术,主要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。

2.发展储能的意义

利用光伏、风能等可再生能源发电的新型电力系统,是我国实现能源电力清洁低碳转型的重大战略任务,是实现“双碳”目标的重要使命。储能在新型电力系统发展中发挥着不可或缺的作用。众所周知,利用光伏、风能等可再生能源发电属于“靠天吃饭”,具有很大的不稳定性。同时,新能源发电设备具有低抵抗、弱支撑性,大规模接入下系统安全稳定风险较大。而储能可以在风电、光伏资源丰富时段储存未利用能量,在资源缺乏且用电高峰时段放出能量供电,从而实现削峰填谷;也可以减少弃电,降低用电成本,及时有力地支撑电力系统安全稳定运行,具有灵活调节、快速响应、主动支撑等优势。

3.产业链概况

储能产业涉及电池储能、抽水蓄能,以及压缩空气储能、热储能、飞轮储能等细分领域,不同细分领域,产业链有所不同。例如:

抽水蓄能产业链上游为水轮机、发电机、水泵、主变压器、压缩空气系统等核心设备供应商;中游为抽水蓄能建设及运营商;下游为电网系统。

电池储能产业链上游为原材料及辅料供应商;中游为电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能电池、变流装置(PCS)等核心设备厂商,以及系统集成商,主要提供储能设备制造、系统集成、储能系统安装、储能系统运维等服务;下游为发电侧、电网侧、用户侧等应用侧企业。

储能行业发展现状

2023年,在市场需求持续增长、顶层政策助力加码、资本狂追等因素推动下,我国储能行业保持高速增长,尤其是新型储能行业发展尤为迅猛。市场竞争愈发激烈,行业疯狂内卷,头部企业产能不断扩张,腰部和尾部企业面临巨大生存和发展压力。具体特点表现为:

1.持续高速增长

2023年,我国储能市场继续保持迅猛的增长势头。根据中国能源研究会储能专委会/中关村储能产业技术联盟(CNESA)全球储能数据库的不完全统计:截至2023年底,中国已投运的电力储能项目累计装机达86.5GW,同比增长45%。

总体来看,驱动我国储能行业高速增长的因素包括:

(1)市场需求高速增长。国际能源署(IEA)近日发布的《2023年可再生能源》年度市场报告显示,2023年全球可再生能源新增装机容量达510GW,这相当于近5100万户家庭近一年的电力消耗,比2022年增长50%,装机容量增长速度比过去30年的任何时候都要快。中国是可再生能源增长最快的国家,2023年我国的光伏发电总量成倍增长,与2022年全球的总和相当,风电发电总量也较上年增长了66%。

作为新型电力系统稳定、安全运行的保障,我国储能市场需求高速增长。与此同时,近年各省纷纷颁布并推进新能源配储政策实施,要求新能源电站通过自建或租赁的方式,按装机容量10%~20%的比例配置储能设备,也使储能需求进一步扩大。

(2)密集出台相关政策。国家和地方层面密集出台利好政策,有力推动储能行业发展。据不完全统计,2023年我国共发布657项储能相关政策,其中国家层面政策75项,地方政策582项,广东、浙江、山东和江苏发布政策数量较多。利好政策涵盖储能补贴、储能规划、新能源配储、电价与市场交易等各方面。

2.新型储能势头强劲

CNESA 统计数据显示,我国的抽水蓄能累计装机达51.3GW,占比从2022年77.1%降至59.4%;新型储能累计装机达到34.5GW/74.5GWh,占比从2022年的21%增长到2023年的将近40%,其中新型储能的新增装机达21.5GW/46.36GWh,相当于2022年的3倍,首次超过抽水蓄能新增投运近四倍之多。根据此前国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,到2025年,新型储能装机规模为3000万kW以上。可见,截至2023年末,我国新型储能已提前完成2025装机目标。

其中,锂电储能是新型储能核心技术之一,占据新型储能最大比重。2023年我国锂电储能占比进一步提高,从2022年的94%提升至97.3%。

3.高度内卷,竞争进一步加剧

储能行业的火热发展,吸引了众多资本涌入。据相关统计,过去一年间,储能行业相关领域的融资事件近300起,融资金额累计超700亿元,其中融资金额超1亿元的超100起,占比达30%以上。与此同时,更多新玩家纷纷加入这一赛道,除宁德时代、中创新航、国轩高科等很早便已经开始布局储能业务的企业以外,碧桂园、五粮液、宏基、富士康、三一集团、浪莎股份、报喜鸟、小米、国药控股等不少来自房地产、食品、电子、机械、纺织服装、互联网、医药等其他行业的巨头企业也纷纷布局储能。企查查的数据显示,目前国内涉及储能业务的企业有超过16万家,仅是2023年新注册成立的储能企业就有超过7万家。

储能行业不可避免地进入了“结构性产能过剩”“疯狂内卷”和“价格战”的发展阶段。据一位业内人士向记者透露,仅过去一年时间,280电芯价格就从1元/Wh左右降至0.4元/Wh左右;2小时储能EPC中标均价从2023年初的1.57元/Wh,一路跌至12月的均价1.25元/Wh,2024年1月份报价较2023年初跌幅接近腰斩。目前,储能行业已经进入洗牌期,高度价格内卷一定程度上会伤害部分企业的可持续发展,但经过洗牌之后,泡沫和泥沙散去,行业集中度会提升,优质企业会得到可持续发展。

工厂物流智能化发展

面对生死挑战,对于储能行业企业来说,除要具备核心技术创新研发和提升能力以外,保证稳定的产品性能、具备强大的交付能力和持续降本增效能力是脱颖而出的关键。而打造这些关键竞争力的核心之一,就是要建设高效、柔性、智能的生产基地,以及智能物流系统。

近几年,我们看到越来越多的储能行业中上游企业,尤其是各个细分领域的头部企业,都在积极推进智能工厂建设和物流管理升级,实现增效降本,助力产品质量提升。储能行业工厂数字化、智能化、无人化的物流体系正在初步建立,开始出现一批行业示范工程,主要包括:

1.电池储能领域

一大批智慧生产基地项目落地,配套建有高效的数智化智能物流系统。例如,宁德时代储能电池出货量和储能电芯产品均排名全球第一。公开资料显示,作为行业龙头企业代表,宁德时代智能制造战略已经迈向 “数字化+智能化”阶段。其智能化建设包括:数字孪生技术实现全局产品设计与仿真、智能化物流管理提升生产效率、基于物联网进行远程监测、借力大数据和人工智能技术实现创新私单方面,其中在智能物流系统方面,宁德时代根据锂电池生产的特点,使用AGV、机器人、立体仓库、RFID等智能化技术,提高了物流系统的自动化、信息化、智能化水平,有效提高了生产线效率。在整个物流体系中,形成极片车间立体仓库、装配段物流线、烘烤炉段智能物流线、原材料仓的智能立库,及成品仓库的智能立库等特色应用。

其他核心企业也在积极实施智能制造。2023年10月26日,纬景储能宣布位于珠海斗门区的锌铁液流电池“超G工厂”全面投产,这也是全球首个已投产、产能达到GW级的液流电池智能制造工厂,年产能6GWh,占地面积约18.52万平方米,目前规划有4座厂房及15条自动化产线,是一座集标准化、高自动化、数字化等特点于一身的智能制造工厂。该智慧工厂的极板生产、电堆生产、系统总装等12道核心工艺实现全自动化;300+机器人参与精密、繁重作业,生产效率提升数十倍;生产数据采集、传输、处理和分析流程实现100%数字化、实时化,帮助工厂实现产业协同、数据实时。生产流程的数字化率已达到100%,并配有独创大智慧数字仓库提升物流效率。

2.抽水蓄能领域

南网储能对广蓄公司仓库进行了全面的智能化升级改造,该项目于2023年11月正式投入使用,使仓储物流效率提升50%,是抽水蓄能行业仓储数智化转型升级的标杆。电厂内不少物资的体积大、重量大,难以上架,而重型设备的库存空间也存在不足,仓库利用率亟待提升。为更好地提升仓内空间利用率,南网储能通过堆垛机、智能升降货柜、料箱AGV等智能设备实现仓库升级,最大程度利用场地空间,建设超万个储位,储位最高可放置重量达1000公斤的物资。与此同时,还全面利用人脸识别技术,语音播报、灯光指引、智能墨水屏、重力式感应货架等硬件,部署智能软件系统,实现24小时无人化值守,提高领料效率,确保安全生产。

3.飞轮储能领域

国机重装二重装备“飞轮储能技术装备基地”是目前国内自动化程度最高的飞轮储能装配车间,成功实现单台套飞轮储能装置产品从零部件装配到成品测试的生产制造全过程智能生产任务功能。工厂结合生产工艺流程和精益物流管理思路,采用岛式单元布局,装配线以AGV为转运载体,以桁架机械手、关节式机械手为主要装配方式,采用MOM系统与产线PLC智能交互控制,实现产品的智能装配。结合控制中心的搭建,实现测试的现场化和远程化智能控制融合,有效保证了产品质量的可靠性和一致性。

当然,以上提到的储能行业智能制造与物流升级标杆项目仅是冰山一角。据星球储能所不完全统计,2023年储能行业的超百亿投资项目(仅限年内宣布签约、拟建的新项目或投资过百亿的二期工程)共计58起,总金额超过7850亿元人民币,其中38个项目已完成签约。我们相信,越来越多的现代化生产体系将会出现,储能行业整体生产水平以及工厂物流智能化水平都将会不断提升。

工厂物流与解决方案

伴随储能行业智能工厂建设及物流数智化提升需求的增长,以中机六院、先导智能、今天国际、昆船智能、新松、磅旗科技等为代表的规划与设计研究院、智能工厂整体解决方案提供商、物流系统集成商等都在积极进入储能行业,探索储能行业智能工厂与智慧物流规划与建设,围绕工厂物流场景及作业痛点,推出高效的数智化解决方案,为行业发展助力。

1.工厂物流痛点及需求

当前,储能行业的工厂物流主要存在以下三大痛点问题:

一是缺少顶层设计。储能行业企业对于整厂物流系统的认识还不够充分,其工厂物流大多缺少顶层设计和统筹规划,这是造成智能工厂建成后运营效率低和未来发展受限的重要原因。整厂物流系统的规划设计,要以系统思维从全局角度考虑,完美匹配生产工艺流程要求,并且结合未来发展充分考虑柔性化。

二是存在大量人工作业,效率低且安全性差。储能工厂物流的诸多环节,目前依然离不开人员的参与。例如在锂电生产物流中,物料搬运需大量人工完成,导致作业效率较低;在化成分容工艺环节,会因人员操作不当,造成人身伤害和环境设备的损坏。在储能柜装配场景中,仍普遍采取人工装配模式,存在电池组搬运与装配困难、装配作业空间局限、生产安全隐患大等痛点问题;此外,“通讯靠群、叫料靠@”的现象广泛存在,中间环节大量依靠人工介入非拉动式生产,自动化率低。

三是工序间物料难协同。虽然储能行业企业已普遍认识到物流数智化升级的价值,但大都会选择局部改善,缺乏全局视角,因此单点自动化、智能化改善项目实施较多,信息孤岛现象严重,设备与数据之间不连通,上下游工序因存在数据断电而无法联通等现象普遍存在。工序间物流无法实现智能协同,严重影响作业效率提升和整厂数字化升级。 

除以上痛点问题外,储能工厂的物流系统还需满足以下要求:工厂产能要求高,需要物流系统能够连续、稳定、高效地运行;柔性要求高,物流系统需要兼容多种工艺路线,同时生产不同品规的产品;此外,空间利用率要求非常高,需要利用有限的空间实现高效存储和物流作业。

2.整厂物流规划要点

面对以上需求和痛点问题,储能行业企业在智能工厂与物流系统的规划建设中要注意以下几方面:

第一,要明确建设目标,对中长期发展有清晰的认知,做到统筹规划、分步实施,从工厂整体的功能布局、车间布局,再到产线与设备布局,都要基于精益原则统筹进行考虑。

第二,要选择国内领先、业界知名的智能工厂或智能物流系统集成商进行合作,规划成熟的智能工厂及物流解决方案,并制定适合自己的实施路径和阶段计划。

第三,项目落地实施阶段涉及工艺、建筑、结构、暖通、消防、设备、物流、信息化等不同专业的协同工作,同时业主方、设计方、施工方、物流设备商或集成商、生产设备商、第三方服务机构、软件开发商、政府相关部门等多方参与其中,如何精准、高效地处理实施过程中的常见问题,对方案的成功落地和项目的高效运营都至关重要。

3.核心系统及解决方案

储能智能工厂的核心物流系统,包括智能仓储系统、输送分拣系统、移动机器人系统、数字化物流系统等几大部分。

(1)智能立体库系统。主要包括智能仓储立体货架、堆垛机系统、多层穿梭车系统、智能货柜等。在储能行业企业中,存在大量物料存储场景。例如,电池储能工厂的原材料/辅料存储系统、前工序线边仓、料卷库/缓存架、正负极卷库/仓、后工序线边仓、电芯仓、模组/PACK线边仓、模组库/PACK仓;在抽水蓄能企业电厂端仓库中,不少物资的体积大、重量大,也需要利用智能立体库系统来提升存储效率。当然,根据各环节的物料特性,需要采取不同的智能化立体库系统。

(2)输送系统分拣系统。在储能工厂仓库中存在工序与工序之间的物料输送和分拣作业,通常会需要智能输送和分拣系统的应用。

(3)移动机器人搬运系统。在储能工厂中,存在大量的物料搬运、生产工序上下料能环节作业,对移动机器人的需求不断增长。目前,已有不少移动机器人企业进入储能行业,并推出多样化产品与解决方案,例如潜伏机器人、料箱机器人、叉取机器人、悬臂AMR、柔性PACK装配机器人、重载移动机器人等。

同时,储能行业移动机器人的需求变化,还突出表现在从轻载向重载转移。以锂电池储能为例,从电芯到PACK基本采用移动机器人在主机设备间进行运输,载重量也较小。当PACK集中起来到达储能集装箱时,移动机器人的承载重量也从2~3吨提升为30~40吨,甚至70~80吨的集装箱输送。

(4)数字化平台物流系统。除与智能立体库、输送分拣线、移动机器人等配套的WMS系统、WCS系统、AGV调度系统,以及中控系统、智能看板系统等软件系统外,还需要融合数字孪生、物联网、人工智能、大数据等创新技术应用的数字化平台系统,打通设备与设备、系统与系统、设备与系统的平台系统,以帮助解决单场景减人、断点自动化、消除信息孤岛等问题,实现整厂智能管理,以及辅助决策,甚至实现智能决策。

总体来说,未来一段时间内,我国储能行业仍会保持高速发展,而随着行业洗牌式发展,行业集中度会进一步提升,头部企业的产能继续扩大,智能工厂和物流系统的数智化升级需求也将会持续增长。与此同时,将有越来越多的智能工厂解决方案提供商、物流系统集成商、机器人及其他物流设备厂商进入储能行业,对相关物流需求及痛点问题进行探索,推出更多先进产品及解决方案,助力储能行业高质量发展。

———— 物流技术与应用 ————

 
 
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