電化學儲能系統集成技術電化學儲能系統集成技術目錄1、行業發展概況2、集成技術難點和解決措施3、集成技術的幾點思考目錄1、行業發展概況2、集成技術難點和解決措施3、集成技術的幾點思考4行業發展概況 新型儲能是助力雙碳戰略目標實現的重要支撐“構建現代能源體系”已經成為十四五規劃的重要版圖之一儲能產業布局被列入《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》新型儲能是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》等政策逐步確立儲能在新能源體系中的基礎設施地位行業發展概況 新型儲能是助力雙碳戰略目標實現的重要支撐“構建現代能源體系”已經成為十四五規劃的重要版圖之一儲能產業布局被列入《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》新型儲能是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》等政策逐步確立儲能在新能源體系中的基礎設施地位能夠與新型電力系統各環節深度融合，突破供需時間與空間上的限制，促進源、網、荷協同發展新型儲能也是打造能源技術競爭優勢的重要路徑儲能是新一輪科技革命和產業革命的關鍵領域之一美國、歐盟、澳大利亞、日韓等國持續積極推動清潔能源發展，儲能將擁有更加廣闊的應用空間中國能建戰略目標圍繞“3060”系統解決方案“一個中心”和儲能、氫能“兩個基本點”致力于推動儲能技術與產業發展快速形成“研、投、建、營一體化”儲能業務的整體解決方案5行業發展概況 2021年全球市場中，新增電化學儲能功率裝機7536.2MW，占比57.6%，首次突破7GW，已超過抽水蓄能新增裝機。2021年國內市場中，新增電化學儲能功率裝機1844.6MW，占比24.9%，同比增長18%，累計突破5GW，2019-行業發展概況 2021年全球市場中，新增電化學儲能功率裝機7536.2MW，占比57.6%，首次突破7GW，已超過抽水蓄能新增裝機。2021年國內市場中，新增電化學儲能功率裝機1844.6MW，占比24.9%，同比增長18%，累計突破5GW，2019-2021年三年功率裝機占比80.2%。鋰離子電池在新型儲能新增裝機中占據絕對主體地位。2021年全球新增儲能裝機功率比例2021年國內新增儲能裝機功率比例6行業發展概況 全球電化學儲能應用市場國內電化學儲能應用市場從應用場景分析，?以新能源側儲能、電源側輔助服務和電網側儲能的大規模應用為主。根據《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》預測，到2025年，新型儲能裝機規模將達3000萬千瓦以上，從地方項目的實際規劃、建設進度看，新增裝機的規模超預期。新型電力系統穩步建設政策支持力度加大市場機制深入探索多領域融合逐步滲透“十四五”將成為新型儲能商業化、規模化應用發展的行業發展概況 全球電化學儲能應用市場國內電化學儲能應用市場從應用場景分析，?以新能源側儲能、電源側輔助服務和電網側儲能的大規模應用為主。根據《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》預測，到2025年，新型儲能裝機規模將達3000萬千瓦以上，從地方項目的實際規劃、建設進度看，新增裝機的規模超預期。新型電力系統穩步建設政策支持力度加大市場機制深入探索多領域融合逐步滲透“十四五”將成為新型儲能商業化、規模化應用發展的關鍵時期。7行業發展概況 新型儲能技術路線具有多樣化特征。多種新型儲能技術正逐步從示范試驗走向商業化應用，在電力系統各個環節發揮重要作用。但現狀來看，鋰電池儲能在規模化發展的新型儲能中占據絕對主導地位，短時期內缺乏可等量替代的技術路線。鋰電池原材料供應緊張導致電芯制造、系統集成成本加大、利潤降低。長時新型儲能亟待發展。新型儲能的度電成本距離抽水蓄能還有差距。??????在技術安全、成本控制、商業模式等方面各類儲能技術還存在較大的優化空間，發展全、長壽命、高可靠、低成本、易回收行業的發展趨勢。8技術類別項目功率規模放電時長響應時間綜合效率/%循環壽命/次功率型應用容量型應用技術成熟度本/元/kWh抽水儲能百MW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65-7515000-25000不適合完全適合商業化早期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化早期0.7-1.0氫儲能kW-百MW以上NANA35-50NANA完全適合開發階段50-80元/kg飛輪儲能kW-幾十MWs-30minms級90100000+完全適合不適合商業化早期9.2-12.7元/MW行業發展概況 新型儲能技術路線具有多樣化特征。多種新型儲能技術正逐步從示范試驗走向商業化應用，在電力系統各個環節發揮重要作用。但現狀來看，鋰電池儲能在規模化發展的新型儲能中占據絕對主導地位，短時期內缺乏可等量替代的技術路線。鋰電池原材料供應緊張導致電芯制造、系統集成成本加大、利潤降低。長時新型儲能亟待發展。新型儲能的度電成本距離抽水蓄能還有差距。??????在技術安全、成本控制、商業模式等方面各類儲能技術還存在較大的優化空間，發展全、長壽命、高可靠、低成本、易回收行業的發展趨勢。8技術類別項目功率規模放電時長響應時間綜合效率/%循環壽命/次功率型應用容量型應用技術成熟度本/元/kWh抽水儲能百MW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65-7515000-25000不適合完全適合商業化早期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化早期0.7-1.0氫儲能kW-百MW以上NANA35-50NANA完全適合開發階段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階段0.9-1.2行業發展概況 根據《“十四五”新型儲能發展實施方案》，到2025年，系統成本要降低30%以上。為實現這一目標，需在產業鏈各個環節加強技術創新，提升系統性能，加快核心元件國產替代，通過規模化、技術創新等手段降低成本。儲能產業鏈示意圖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；儲能變流器方面，保護、控制等有待加強，IGBT國產化進程有待加速；電池管理系統方面，采集、計算精度需加強，規范化程度低；行業發展概況 根據《“十四五”新型儲能發展實施方案》，到2025年，系統成本要降低30%以上。為實現這一目標，需在產業鏈各個環節加強技術創新，提升系統性能，加快核心元件國產替代，通過規模化、技術創新等手段降低成本。儲能產業鏈示意圖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；儲能變流器方面，保護、控制等有待加強，IGBT國產化進程有待加速；電池管理系統方面，采集、計算精度需加強，規范化程度低；能量管理系統方面，應對復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，標準化、模塊化程度低，整體集成方案有待開發。需達到的目標到2025年，新型儲能技術創新能力顯著提高，核心技術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步。到2030年，新型儲能核心技術裝備自主可控，技術創新和產業水平穩居全球前列。9目錄1、行業發展概況2、集成技術難點和解決措施3、集成技術的幾點思考目錄1、行業發展概況2、集成技術難點和解決措施3、集成技術的幾點思考10集成技術難點和解決措施-初始投資成本 儲能系統的初始投資成本高是制約儲能商業化、規模化應用的主要因素，通過將直流側最高電壓由1000V提升到1500V，以單套40呎步入式電池艙（風冷）為例，直流側輸出能量由2.5MWh提高到3.5MWh左右，非步入式直流側輸出能量最大可達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，減少設備集成技術難點和解決措施-初始投資成本 儲能系統的初始投資成本高是制約儲能商業化、規模化應用的主要因素，通過將直流側最高電壓由1000V提升到1500V，以單套40呎步入式電池艙（風冷）為例，直流側輸出能量由2.5MWh提高到3.5MWh左右，非步入式直流側輸出能量最大可達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，減少設備數量和建設成本，結合大容量電芯的使用，有效的降低初始投資成本。11集成技術難點和解決措施-短板效應 命等指標。典型案例\24S1P360S1P額定電壓（V）3.276.8額定容量280280280額定能量（集成技術難點和解決措施-短板效應 命等指標。典型案例\24S1P360S1P額定電壓（V）3.276.8額定容量280280280額定能量（kWh)0.921.5322.6432018012序號電池簇電池陣列 360S12P 3360 3870.7 1 12運行方式BMS管理熱管理拓撲結構成組篩選集成技術難點和解決措施-運行溫度 溫度影響電池的活性，溫差過高或過低影響儲能系統的可用率、壽命和效率等性能，甚至帶來安全隱患，同時溫度的不均衡加深電池長期運行的一致性差異。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，并通過換熱器進行換熱。液冷系統溫差3-5℃左右，保證電芯的一致性水平，液冷系統可具有集成技術難點和解決措施-運行溫度 溫度影響電池的活性，溫差過高或過低影響儲能系統的可用率、壽命和效率等性能，甚至帶來安全隱患，同時溫度的不均衡加深電池長期運行的一致性差異。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，并通過換熱器進行換熱。液冷系統溫差3-5℃左右，保證電芯的一致性水平，液冷系統可具有能量密度高、綜合成本低、站用電損耗低、放電深度高、電池衰減小等特點，設備采購液冷模塊風冷模塊儲能液冷設備1313集成技術難點和解決措施-簇間環流 由于電池額定容量、電壓、內阻和衰減特性的差異，常規集中式儲能單元電池簇間存在環流的影響，造成儲能系統的可放電能量減少，同時帶來安全隱患。儲能單元拓撲一般可通過采用級聯型拓撲結構或在電池簇回路增加DC/DC變流器等方式避免簇間環流。集成技術難點和解決措施-簇間環流 由于電池額定容量、電壓、內阻和衰減特性的差異，常規集中式儲能單元電池簇間存在環流的影響，造成儲能系統的可放電能量減少，同時帶來安全隱患。儲能單元拓撲一般可通過采用級聯型拓撲結構或在電池簇回路增加DC/DC變流器等方式避免簇間環流。電池簇回路DC/DC模塊級聯型拓撲1414集成技術難點和解決措施-安全機理 集成技術難點和解決措施-安全機理 發火災甚至爆炸事故。澳大利亞維多利亞州儲能事故美國亞利桑那州儲能事故15集成技術難點和解決措施-電氣安全 塑殼斷路器分斷能力：40kA熔斷器分斷能力：250kA隨著直流側最高電壓1500V儲能系統的普及，儲能電池串并聯數量的增加，儲能單元直流側短路電流也急劇增加，給儲能單元的直流側設備選型和安全運行帶來影響。PCS等減少直流側短路電流；直流側開關一般采用集成技術難點和解決措施-電氣安全 塑殼斷路器分斷能力：40kA熔斷器分斷能力：250kA隨著直流側最高電壓1500V儲能系統的普及，儲能電池串并聯數量的增加，儲能單元直流側短路電流也急劇增加，給儲能單元的直流側設備選型和安全運行帶來影響。PCS等減少直流側短路電流；直流側開關一般采用斷路器或熔斷器+負荷（隔離）開關1616集成技術難點和解決措施-消防安全 消防安全仍是當前電化學儲能行業的難點，采取“預防為主、防消結合”的理念電池艙設置H2、可燃氣體探測器，感溫感煙探測器，與BMS、空調、排風系統等聯動。集成技術難點和解決措施-消防安全 消防安全仍是當前電化學儲能行業的難點，采取“預防為主、防消結合”的理念電池艙設置H2、可燃氣體探測器，感溫感煙探測器，與BMS、空調、排風系統等聯動。電池艙設置防爆型通風裝置。細水霧等消防設施。設置全站消防給水系統。1717集成技術難點和解決措施-控制通信技術 大型儲能可實現一次調頻、快速調壓、源網荷儲緊急支撐等快速響應能力，一般通過配置PCS協調控制器集成技術難點和解決措施-控制通信技術 大型儲能可實現一次調頻、快速調壓、源網荷儲緊急支撐等快速響應能力，一般通過配置PCS協調控制器，實現多臺PCS的快速和同步控制以及毫秒級的調節功能。PCS、BMS可采用IEC104、IEC61850等規約與站控層進行信息交互，通過統一規約提高通信速率和監控網絡的可靠性。1818集成技術難點和解決措施-環境適應性 在沙漠、戈壁、荒漠地區的風光大基地或海上風電配套建設儲能常常面臨著嚴苛的運行環境，儲能系統的集成需考慮高海拔、低氣溫、強風沙、強腐蝕等環境適應性。1919強腐蝕比距漆強風沙密封膠集成技術難點和解決措施-環境適應性 在沙漠、戈壁、荒漠地區的風光大基地或海上風電配套建設儲能常常面