1、蘇麟-關于電化學儲能系統集成技術的思考（蘇改）0907.pdf

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1、2022年09月關于電化學儲能系統集成技術的思考能建時代（上海）新型儲能技術研究院有限公司蘇麟2一、公司簡介二、行業發展概況三、集成技術難點和解決措施四、集成技術的幾點思考目 錄33能建時代（上海）新型儲能技術研究院有限公司于2022年8月5日在上海徐匯區注冊成立，由電規總院控股，寧德時代、江蘇省電力設計院、華東電力設計院、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新技術前沿的儲能核心產品及系統解決方案供應商，主要從事儲能行業政策研究、技術創新、標準制定，儲能電站系統解決方案咨詢服務和產品服務。公司簡介4一、公司簡介二、行業發展概況三、集成技術難點和解決措施四、集成技術的幾點思考

2、目 錄5行業發展概況新新型型儲儲能能是是助助力力雙雙碳碳戰戰略略目目標標實實現現的的重重要要支支撐撐“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年遠景目標綱要新新型型儲儲能能是是支支撐撐新新型型電電力力系系統統的的重重要要技技術術和和基基礎礎裝裝備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、荷協同發展新新型型儲儲能能也也是是打打造造能能源源技技術術競競爭爭優優勢勢的的重重要要路路徑徑儲能是新一輪科技革

3、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中國國能能建建戰戰略略目目標標圍繞“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62021年國內新增儲能裝機功率比例2021年全球新增儲能裝機功率比例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，2019-2

4、021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。行業發展概況7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。全球電化學儲能應用市場國內電化學儲能應用市場 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?；瘧冒l展的關鍵時期。行業發展概況8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

5、，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?；l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，發展高安全、長壽命、高可靠、低成本、易回收的儲能是行業的發展趨勢。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度電成本/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

6、.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

7、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注：功率型儲能成本按里程成本計（飛輪儲能、超級電容儲能），氫儲能按終端氫價格計，其他類型按度電成本計。行業發展概況9 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?；?、技術創新等手段降低成本。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

8、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。需解決的問題 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。需達到的目標儲能產業鏈示意圖行業發展概況10一、公司簡介二、行業發展概況三、集成技術難點和解決措施四、集成技術的幾點思考目 錄1111儲能系統的初始投資成本高

9、是制約儲能商業化、規?；瘧玫闹饕蛩?，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。集成技術難點和解決措施-初始投資成本12集成技術難點和解決措施-短板效應常規集中式儲能單元由大量的單體電芯串并聯而成，簇內電池的一致性和簇間環流影響儲能電站全壽命周期成本，影響儲能系統安全、壽命等指標。成成組組篩篩選選拓拓撲撲結

10、結構構熱熱管管理理B BM MS S管管理理運運行行方方式式序號接線拓撲額定電壓（V）額定容量(Ah)額定能量（kWh)電芯數量單體電芯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1313集成技術難點和解決措施-運行溫度風冷模塊液冷模塊u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。u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

11、，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，設備采購成本略高于風冷系統，整站建設綜合成本與風冷系統相當，長期運行的成本、能效與穩定性較風冷系統有一定的優勢。儲能液冷設備1414級聯型拓撲集成技術難點和解決措施-簇間環流電池簇回路DC/DC模塊u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。u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。15澳大利亞維多

12、利亞州儲能事故美國亞利桑那州儲能事故集成技術難點和解決措施-安全機理磷酸鐵鋰電池為主的儲能電池在發生熱失控后，電池內部溫度迅速升高，電池內部發生SEI膜分解、電極材料分解等反應，并釋放出H2、CO、烷烴類等可燃助燃氣體，引發火災甚至爆炸事故。1616塑殼斷路器分斷能力：40kA熔斷器分斷能力：250kA集成技術難點和解決措施-電氣安全u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。u通過減少電池的串并聯、電池簇設置DC/DC、級聯型或組串式PCS等減少直流側短路電流；u直流側開關一般采用斷路

13、器或熔斷器+負荷（隔離）開關的方式進行短路保護和檢修隔離。1717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u 電池艙設置H2、CO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。u 電池艙設置防爆型通風裝置。u 電池艙設置水消防、七氟丙烷、全氟己酮、細水霧等消防設施。u 設置全站消防給水系統。集成技術難點和解決措施-消防安全1818集成技術難點和解決措施-控制通信技術u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。uPCS、BMS可采用IEC104

14、、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。1919集成技術難點和解決措施-環境適應性高海拔 高海拔設備 電氣設備安全凈距校驗低氣溫 保溫隔熱措施 加熱措施強風沙 密封膠 進出風口設置防沙棉 合理設置風道強腐蝕 電氣設備爬電比距 艙體噴涂防腐漆在沙漠、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。20一、公司簡介二、行業發展概況三、集成技術難點和解決措施四、集成技術的幾點思考目 錄21u電化學儲能集成技術迭代速度快、多專業融合度，儲能系統集成應立于安全為基礎

15、，以提升運行可靠性和降低全壽命周期成本為首要目標，重視元器件的國產化；u儲能系統的集成技術應適應新型電力系統的特征和需求，系統化構建滿足調峰、調頻、應急響應等場景的“三電架構”，加強對新型電力系統的支撐能力；u電池荷電狀態的參數量測、計算分析是難點，準確地荷電狀態判別是電池有效控制、保護的基礎，需要在傳感技術、數據分析方面繼續發展。u重視運行大數據的價值利用，避免掉入“數據墳墓”，有效的數據利用可以為電站運維、設備技術的迭代升級帶來最直接的共贏價值。集成技術的幾點思考22u變流技術是實現電池均衡、功率控制、系統支撐的關鍵，應綜合各個技術路線的優劣勢以全局目標最優的方式發展進步。u電池熱管理技術是主動安全、長壽命、高能效的基礎，應結合技術、成本、運維方便性綜合考慮。u電芯質量與系統集成同等重要，系統集成細節的差異性較大，需逐步總結運行經驗，建立精細化的行業標準，并在理念上從關注“建設成本”向全面關注“全壽命周期綜合成本“轉變。集成技術的幾點思考匯匯 報報 完完 畢畢 謝謝謝謝！