2022年9月電化學(xué)儲能系統(tǒng)集成技術(shù)分析報(bào)告

1、關(guān)于電化學(xué)儲能系統(tǒng)集成技術(shù)的思考2022年09月2一、公司簡介二、行業(yè)發(fā)展概況三、集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施四、集成技術(shù)的幾點(diǎn)思考目錄33能建時(shí)代（上海）新型儲能技術(shù)研究院有限公司于2022年8月5日在上海徐匯區(qū)注冊成立，由電 規(guī)總院控股，寧德時(shí)代、江蘇省電力設(shè)計(jì)院、華東電力設(shè)計(jì)院、中能裝備投資參股的國有控股合 資公司。公司定位于面向能源創(chuàng)新技術(shù)前沿的儲能核心產(chǎn)品及系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，主要從事儲 能行業(yè)政策研究、技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)制定，儲能電站系統(tǒng)解決方案咨詢服務(wù)和產(chǎn)品服務(wù)。 公司簡介4一、公司簡介二、行業(yè)發(fā)展概況三、集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施四、集成技術(shù)的幾點(diǎn)思考目錄5行業(yè)發(fā)展概況新型儲能是助力雙碳 戰(zhàn)

2、略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要 支撐“ 構(gòu)建現(xiàn)代能源體系” 已 經(jīng)成為十四五規(guī)劃的重要 版圖之一儲能產(chǎn)業(yè)布局被列入中 華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和 社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī) 劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要新型儲能是支撐新型 電力系統(tǒng)的重要技術(shù) 和基礎(chǔ)裝備關(guān)于加快推動新型儲能 發(fā)展的指導(dǎo)意見等政策 逐步確立儲能在新能源體 系中的基礎(chǔ)設(shè)施地位能夠與新型電力系統(tǒng)各環(huán) 節(jié)深度融合， 突破供需時(shí) 間與空間上的限制， 促進(jìn) 源、網(wǎng)、荷協(xié)同發(fā)展新型儲能也是打造能 源技術(shù)競爭優(yōu)勢的重 要路徑儲能是新一輪科技革命和 產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵領(lǐng)域之一美國、歐盟、澳大利亞、 日韓等國持續(xù)積極推動清 潔能源發(fā)展， 儲能將擁有 更加廣闊的應(yīng)用空間中國能建

3、戰(zhàn)略目標(biāo)圍繞“3060”系統(tǒng)解決方 案“ 一個(gè)中心” 和儲能、 氫能“兩個(gè)基本點(diǎn)”致力于推動儲能技術(shù)與產(chǎn) 業(yè)發(fā)展快速形成“ 研、投、建、 營一體化” 儲能業(yè)務(wù)的整 體解決方案62021年國內(nèi)新增儲能裝機(jī)功率比例2021年全球新增儲能裝機(jī)功率比例2021年全球市場中，新增電化學(xué)儲能功率裝機(jī)7536.2MW，占比57.6%，首次突破7GW，已超過抽水蓄能新增裝機(jī)。2021年國內(nèi)市場中，新增電化學(xué)儲能功率裝機(jī)1844.6MW，占比24.9%，同比增長18%，累計(jì)突破5GW，2019-2021年三年功率裝機(jī)占比80.2%。鋰離子電池在新型儲能新增裝機(jī)中占據(jù)絕對主體地位。行業(yè)發(fā)展概況7從應(yīng)用場景分析，以

4、新能源側(cè)儲能、電源側(cè) 輔助服務(wù)和電網(wǎng)側(cè)儲能的 大規(guī)模應(yīng)用為主。根據(jù)關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見預(yù)測，到2025年，新型儲能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)3000萬千瓦以上，從地方 項(xiàng)目的實(shí)際規(guī)劃、建設(shè)進(jìn)度看，新增裝機(jī)的規(guī)模超預(yù)期。全球電化學(xué)儲能應(yīng)用市場國內(nèi)電化學(xué)儲能應(yīng)用市場新型電力系統(tǒng)穩(wěn)步建設(shè)政策支持力度加大市場機(jī)制深入探索多領(lǐng)域融合逐步滲透“十四五”將成為新型儲能 商業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。行業(yè)發(fā)展概況新型儲能技術(shù)路線具有多樣化特征。多種新型儲能技術(shù)正逐步從示范試驗(yàn)走向商 業(yè)化應(yīng)用，在電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作 用。但現(xiàn)狀來看，鋰電池儲能在規(guī)?；l(fā)展的新 型儲能中占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，短時(shí)期內(nèi)缺乏

5、可等量替代的技術(shù)路線。鋰電池原材料供應(yīng)緊張導(dǎo)致電芯制造、系統(tǒng) 集成成本加大、利潤降低。長時(shí)新型儲能亟待發(fā)展。新型儲能的度電成本距離抽水蓄能還有差距。在技術(shù)安全、成本控制、商業(yè)模式等方面 各類儲能技術(shù)還存在較大的優(yōu)化空間，發(fā)展高安 全、長壽命、高可靠、低成本、易回收的儲能是 行業(yè)的發(fā)展趨勢。技術(shù)類別項(xiàng)目功率 規(guī)模放電時(shí) 長響應(yīng) 時(shí)間綜合效 率/%循環(huán)壽命/次功率型 應(yīng)用容量型 應(yīng)用技術(shù)成 熟度度電成 本/ 元/kWh抽水儲能百M(fèi)W以 上1-24hmin 級70-8015000-25000不適合完全適 合成熟0.21-0.25壓縮空氣儲 能幾十-幾百 MW1-24hmin 級65-7515000-

6、25000不適合完全適 合商業(yè)化 早期0.20-0.24全釩液流電 池kW-百 MWm-hms級65-755000-15000+不適合完全適 合商業(yè)化 早期0.7-1.0氫儲能kW-百M(fèi)W以上NANA35-50NANA完全適 合開發(fā)階 段50-80元/kg飛輪儲能kW-幾十 MWs- 30minms級90100000+完全適 合不適合商業(yè)化 早期9.2-12.7元/MW超級電容儲 能kW-幾十 MWs-mms級70-95100000+完全適 合不適合開發(fā)階 段12.7-17.3元/MW鉛酸（鉛碳） 電池kW-幾十 MWm-hms級50-85300-1500適合完全適 合成熟0.5-0.7鋰電池

7、kW-幾百 MWm-hms級85-956000-10000完全適 合完全適 合成熟0.6-0.8鈉離子電池kW-幾十 MWm-hms級803000或更高完全適 合完全適 合開發(fā)階 段0.9-1.2注：功率型儲能成本按里程成本計(jì)（飛輪儲能、超級電容儲能），氫儲能按終端氫價(jià)格計(jì)，其他類型按度電成本計(jì)。8行業(yè)發(fā)展概況根據(jù)“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案，到2025年，系統(tǒng)成本要降低30%以上。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需在產(chǎn)業(yè)鏈各 個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提升系統(tǒng)性能，加快核心元件，通過規(guī)?；?、技術(shù)創(chuàng)新等手段降低成本。儲能產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D需解決的問題電芯方面，綜合特性與場景的適配性有待加強(qiáng)；儲能變流器方面，保護(hù)、控制等

8、有待加強(qiáng)，IGBT國產(chǎn)化進(jìn)程有待加速；電池管理系統(tǒng)方面，采集、計(jì)算精度需加強(qiáng)，規(guī)范化程度低；能量管理系統(tǒng)方面，應(yīng)對復(fù)雜功能要求的能力需提升；消防裝備方面，體系尚不完善；集成方面，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化程度低，整體集成方案有待開發(fā)。需達(dá)到的目標(biāo)到2025年，新型儲能技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提高，核心技術(shù)裝備自主可控水平大 幅提升，在高安全、低成本、高可靠、長壽命等方面取得長足進(jìn)步。到2030年，新型儲能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球 前列。9行業(yè)發(fā)展概況10一、公司簡介二、行業(yè)發(fā)展概況三、集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施四、集成技術(shù)的幾點(diǎn)思考目錄1111儲能系統(tǒng)的初始投資成本高是制約儲能商業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)

9、用的主要因素，通過將直流側(cè) 最高電壓由1000V提升到1500V，以單套40呎步入式電池艙（風(fēng)冷）為例，直流側(cè)輸出 能量由2.5MWh提高到3.5MWh左右，非步入式直流側(cè)輸出能量最大可達(dá)5MWh左右，PCS額定功率由630kW提高到1725kW左右，極大的提高了功率和能量密度，減少設(shè)備 數(shù)量和建設(shè)成本，結(jié)合大容量電芯的使用，有效的降低初始投資成本。集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-初始投資成本12集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-短板效應(yīng)常規(guī)集中式儲能單元由大量的單體電芯串并聯(lián) 而成，簇內(nèi)電池的一致性和簇間環(huán)流影響儲能 電站全壽命周期成本，影響儲能系統(tǒng)安全、壽 命等指標(biāo)。成組篩選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)熱管理BMS管理運(yùn)行方式

10、序號額定能量電芯拓?fù)洌╒）(Ah)（kWh)數(shù)量單體電芯3.22800.94320電池模塊24S1P76.828021.5180電池簇360S1P1152280322.612 電池陣列360S12P115233603870.71典型案例接線額定電壓額定容量1313集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-運(yùn)行溫度風(fēng)冷模塊液冷模塊溫度影響電池的活性，溫差過高或過低影響儲能系統(tǒng)的可用率、壽命和效率等性能，甚至帶來安全隱患，同時(shí)溫 度的不均衡加深電池長期運(yùn)行的一致性差異。液冷儲能的趨勢為采用非步入式艙體，冷卻媒介一般采用乙二醇水溶液，電池的熱量通過冷卻液帶出，并通過換 熱器進(jìn)行換熱。液冷系統(tǒng)溫差3-5左右，保證電芯的

11、一 致性水平，液冷系統(tǒng)可具有能量密度高、綜合成本低、站 用電損耗低、放電深度高、電池衰減小等特點(diǎn)，設(shè)備采購成本略高于風(fēng)冷系統(tǒng)，整站建設(shè)綜合成本與風(fēng)冷系統(tǒng)相當(dāng)， 長期運(yùn)行的成本、能效與穩(wěn)定性較風(fēng)冷系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢。儲能液冷設(shè)備1414級聯(lián)型拓?fù)浼杉夹g(shù)難點(diǎn)和解決措施-簇間環(huán)流電池簇回路DC/DC模塊由于電池額定容量、電壓、內(nèi)阻和衰減特性的差異，常規(guī)集中式儲能單 元電池簇間存在環(huán)流的影響，造成儲 能系統(tǒng)的可放電能量減少，同時(shí)帶來 安全隱患。儲能單元拓?fù)湟话憧赏ㄟ^采用級聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或在電池簇回路增加DC/DC變流器等方式避免簇間環(huán)流。15澳大利亞維多利亞州儲能事故美國亞利桑那州儲能事故集成技術(shù)難點(diǎn)和

12、解決措施-安全機(jī)理磷酸鐵鋰電池為主的儲能電池在發(fā)生熱失控后，電池內(nèi)部溫度迅速升高，電池內(nèi)部發(fā) 生SEI膜分解、電極材料分解等反應(yīng)，并釋放出H2、CO、烷烴類等可燃助燃?xì)怏w，引 發(fā)火災(zāi)甚至爆炸事故。16集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-電氣安全塑殼斷路器分?jǐn)嗄芰Γ?0kA熔斷器分?jǐn)嗄芰Γ?50kA隨著直流側(cè)最高電壓1500V儲能系統(tǒng)的普及，儲能電池串并聯(lián)數(shù)量的增加，儲能單元直流側(cè)短路電流也急劇增加，給儲能單元的直流側(cè)設(shè)備選型和安全運(yùn)行帶來影響。通過減少電池的串并聯(lián)、電池簇設(shè)置DC/DC、級聯(lián)型或組串式PCS等減少直流側(cè)短路電流；直流側(cè)開關(guān)一般采用斷路器或熔斷器+負(fù)荷（隔離）開關(guān)的方式進(jìn)行短路保護(hù)和檢修隔離

13、。161717消防安全仍是當(dāng)前電化學(xué)儲能行業(yè)的難點(diǎn)，采取“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的理念電池艙設(shè)置H2、CO可燃?xì)怏w探測器，感溫感 煙探測器，與BMS、空調(diào)、排風(fēng)系統(tǒng)等聯(lián)動。電池艙設(shè)置防爆型通風(fēng)裝置。電池艙設(shè)置水消防、七氟丙烷、全氟己酮、 細(xì)水霧等消防設(shè)施。設(shè)置全站消防給水系統(tǒng)。集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-消防安全1818集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-控制通信技術(shù)大型儲能可實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻、快速調(diào)壓、源 網(wǎng)荷儲緊急支撐等快速響應(yīng)能力，一般通過 配置PCS協(xié)調(diào)控制器，實(shí)現(xiàn)多臺PCS的快速和 同步控制以及毫秒級的調(diào)節(jié)功能。PCS、BMS可采用IEC104、IEC61850等 規(guī)約與站控層進(jìn)行信息交互，通過統(tǒng)一規(guī)約

14、提高通信速率和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可靠性。1919集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施-環(huán)境適應(yīng)性高海拔設(shè)備電氣設(shè)備安全 凈距校驗(yàn)保溫隔熱措施加熱措施密封膠進(jìn)出風(fēng)口設(shè)置 防沙棉合理設(shè)置風(fēng)道電氣設(shè)備爬電 比距艙體噴涂防腐 漆在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)的風(fēng)光大基地或海上風(fēng)電配套建設(shè)儲能常常面臨著 嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，儲能系統(tǒng)的集成需考慮高海拔、低氣溫、強(qiáng)風(fēng)沙、強(qiáng)腐蝕 等環(huán)境適應(yīng)性。高海拔低氣溫強(qiáng)風(fēng)沙強(qiáng)腐蝕20一、公司簡介二、行業(yè)發(fā)展概況三、集成技術(shù)難點(diǎn)和解決措施四、集成技術(shù)的幾點(diǎn)思考目錄21電化學(xué)儲能集成技術(shù)迭代速度快、多專業(yè)融合度，儲能系統(tǒng)集成應(yīng)立于安全為基礎(chǔ)，以提升運(yùn)行可靠性和降低全壽命周期成本為首要目標(biāo)，重視元器件的國產(chǎn)化；儲能系統(tǒng)的集成技術(shù)應(yīng)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的特征和需求，系統(tǒng)化構(gòu)建滿足調(diào)峰、 調(diào)頻、應(yīng)急響應(yīng)等場景的“三電架構(gòu)”，加強(qiáng)對新型電力系統(tǒng)的支撐能力；電池荷電狀態(tài)的參數(shù)量測、計(jì)算分析是難點(diǎn)，準(zhǔn)確地荷電狀態(tài)判別是電池有效控 制、保護(hù)的基礎(chǔ)，需要在傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析方面繼續(xù)發(fā)展。重視運(yùn)行大數(shù)據(jù)的價(jià)值利用，避免掉入“數(shù)據(jù)墳?zāi)埂?，有效的?shù)據(jù)利用