電化學(xué)儲能應(yīng)用趨勢研究

?2017SUNGROWConfidential報告人：陳志

日期：2017.4電化學(xué)儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢研究目錄2電化學(xué)儲能系統(tǒng)簡述01儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢02儲能系統(tǒng)應(yīng)用方向03陽光電源儲能介紹043儲能系統(tǒng)應(yīng)用方向/應(yīng)用場景儲能微電網(wǎng)輔助新能源并網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)電力調(diào)頻BillSaving四大應(yīng)用場景，細(xì)分市場初現(xiàn)雛形4儲能系統(tǒng)應(yīng)用方向/微電網(wǎng)微電網(wǎng)是目前國內(nèi)儲能系統(tǒng)的主要應(yīng)用僅有小水電地區(qū)供電能力下降地區(qū)柴油供電的地區(qū)無電海島光伏儲能系統(tǒng)儲能系統(tǒng)獨立或與其他能源配合，給負(fù)載供電，主要解決供電可靠性問題。5儲能系統(tǒng)應(yīng)用方向/輔助新能源并網(wǎng)儲能系統(tǒng)是新能源發(fā)電的“必須”有效解決棄風(fēng)棄光，提高經(jīng)濟(jì)效益；減少瞬時功率變化，減少對電網(wǎng)沖擊；跟蹤計劃調(diào)度，提高并網(wǎng)可控性；提高發(fā)電預(yù)測精度，提升并網(wǎng)友好性。6儲能系統(tǒng)應(yīng)用方向/需求側(cè)響應(yīng)BillSaving發(fā)達(dá)國家市場日趨成熟，國內(nèi)市場“等風(fēng)來”對峰谷電價差和補(bǔ)貼有較大依賴；歐美等發(fā)達(dá)國家已具備盈利模式，以工商業(yè)應(yīng)用為主，戶用儲能潛力巨大；國內(nèi)尚無落地的補(bǔ)貼政策，且峰谷電價差較小，目前仍處在摸索和零星示范階段。7儲能系統(tǒng)應(yīng)用方向/電力調(diào)頻化學(xué)電池能滿足調(diào)頻快速響應(yīng)的需求部分國家調(diào)頻市場開放，采取競價機(jī)制，電池儲能的參與度較高，但調(diào)頻市場的總?cè)萘坑邢?。國?nèi)市場，儲能主要是通過輔助火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻，提高火電調(diào)頻響應(yīng)速度。8電化學(xué)儲能系統(tǒng)簡述/電化學(xué)儲能系統(tǒng)構(gòu)成以儲能電池、儲能逆變器（PCS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、監(jiān)控平臺等核心設(shè)備為基礎(chǔ)，并集成暖通（HVAC）、消防（FFS）、通信、保護(hù)等輔助設(shè)備而構(gòu)成的“系統(tǒng)解決方案”。能量管理系統(tǒng)儲能逆變器監(jiān)控平臺系統(tǒng)集成方案儲能電池9電化學(xué)儲能系統(tǒng)簡述/電化學(xué)儲能系統(tǒng)特點特點一：電池數(shù)量多，管理難度大電動大巴電池組儲能電池系統(tǒng)例如：某電動大巴采用324kWh的鐵鋰電池系統(tǒng)（理論續(xù)航250km），分成三個獨立的電池包，每個電池包采用獨立的BMS，每個BMS管理168個單體電池；西藏雙湖微電網(wǎng)項目采用了13.6MWh的三元鋰電池，分成10個電池系統(tǒng)，分別對應(yīng)10套BMS，即每套BMS需要管理4680節(jié)電芯。相比電動大巴和乘用車電池系統(tǒng)，儲能電池系統(tǒng)的均衡更難、對BMS的要求更高。10電化學(xué)儲能系統(tǒng)簡述/電化學(xué)儲能系統(tǒng)特點特點二：應(yīng)用場景多樣化、多種電池混合低倍率應(yīng)用0.5C高倍率應(yīng)用1C~2.5C超高倍率應(yīng)用4C放電時間放電倍率放電時間放電倍率放電時間放電倍率A廠家鋰電池B廠家鋰電池混合電池系統(tǒng)電動車電池系統(tǒng)主要考慮安全性能（特別是在發(fā)送碰撞時）和續(xù)航里程；儲能電池需具備大倍率充放電的能力，以適應(yīng)不同需求的應(yīng)用場景。C廠家液流電池電動車電池系統(tǒng)均為單一供貨商的單一類型電池；儲能電池系統(tǒng)可能不僅包含不同廠家的同類型電池，還可能出現(xiàn)不同廠家的不同類型電池，大大增加了電池系統(tǒng)的復(fù)雜程度。11電化學(xué)儲能系統(tǒng)簡述/電化學(xué)儲能系統(tǒng)特點電網(wǎng)失電：離網(wǎng)運(yùn)行電網(wǎng)有電：并網(wǎng)運(yùn)行配電系統(tǒng)逆變器光伏組件風(fēng)電機(jī)柴油機(jī)負(fù)載雙向逆變器蓄電池組3/400V微電網(wǎng)構(gòu)造復(fù)雜，運(yùn)行模式多種多樣。柴油機(jī)、風(fēng)機(jī)、光伏等多種能源的協(xié)調(diào)控制；并離網(wǎng)運(yùn)行及無縫切換；微電網(wǎng)穩(wěn)定性控制等；地形、氣候等因素對系統(tǒng)的影響等。“因地制宜、科學(xué)設(shè)計”是系統(tǒng)集成的精髓。特點三：系統(tǒng)集成需要“因地制宜、科學(xué)設(shè)計”12電化學(xué)儲能系統(tǒng)簡述/電化學(xué)儲能系統(tǒng)特點特點三：系統(tǒng)集成需要“因地制宜、科學(xué)設(shè)計”目前全球無電地區(qū)海拔最高（平均海拔5000米）、規(guī)模最大、電氣設(shè)計要求高，施工難度最高的光儲柴微電網(wǎng)電站；新能源高滲透率下，微電網(wǎng)電能質(zhì)量管理與控制是難題：需考慮新能源阻抗模型及穩(wěn)定性；基于阻抗制定諧波、諧振抑制技術(shù)多個鋰電池儲能系統(tǒng)能量管理與協(xié)同控制技術(shù)；基于多組逆變器并聯(lián)的虛擬電機(jī)組網(wǎng)技術(shù)，兼容柴電機(jī)組等旋轉(zhuǎn)發(fā)電設(shè)備。西藏雙湖光儲柴微電網(wǎng)電站陽光照亮“生命禁區(qū)”13儲能電池的選擇/電化學(xué)儲能市場現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源：CNESA、Researchinchina自2011年起，電力化學(xué)儲能穩(wěn)步增長，年復(fù)合增長率26%；2016年全球投運(yùn)儲能項目的裝機(jī)規(guī)模1756.5MW，同比增長48%。NCM、NCA等三元電池增長迅速，已經(jīng)成為全球市場的主流材料。2000年~2016年電化學(xué)儲能裝機(jī)容量和增長曲線全球電池材料出貨量統(tǒng)計14儲能電池的選擇/電化學(xué)儲能市場現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源：GTMResearch2016年美國儲能市場，新裝機(jī)儲能中鋰電池占比高達(dá)97%以上；該報告還預(yù)測，未來五年，鋰電池新裝機(jī)容量都會維持在95%以上。2013~2016年美國市場季度儲能裝機(jī)容量占比15特斯拉：三元鋰電池（松下）寶馬i3、i8：三元鋰電池（SDI）北汽EV200日產(chǎn)LeafBYD宋江淮IEV5：三元鋰電池奇瑞PHEV儲能電池的選擇趨勢一：綜合性能突出的三元鋰電池會將受“青睞”16儲能系統(tǒng)考慮要素度電成本是關(guān)鍵全壽命周期度電成本計算方法（靜態(tài)投資）：

=[PCS+BMS成本/與電池的壽比+電池成本—電池殘值]/電池額定容量/DOD/循環(huán)次數(shù)/儲能逆變器效率（雙向）/電池的充放電效率17儲能系統(tǒng)考慮要素投資考量的要素用電容量≠電池容量在計算電池容量時，要考慮到電池的效率、DOD等因素，而不同的電池的效率、DOD特性不同。因此對于特定容量的項目，不同類型電池的配置容量不同。初始投資≠總投資假設(shè)電池系統(tǒng)一天一次充放電，三元鋰電池可以使用16年（1C1C，DOD100%，EOL80%），節(jié)省了更換電池的費用。度電成本決定性價比綜合考慮循環(huán)壽命、放電深度、能量密度等因素，三元鋰電池度電成本有競爭優(yōu)勢。從度電成本計算方法可知，初始投資成本與度電成本是兩個不同概念，影響收益的是度電成本。18儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢充放電次數(shù)的“條件”各廠家采取的電池壽命測試方法各不相同，可比性不強(qiáng)。電池循環(huán)次數(shù)影響因子放電倍率運(yùn)行溫度充放電深度均衡能力測試條件充電倍率放電倍率DODEOL循環(huán)次數(shù)A電池1C1C100%80%5000A電池1C1C80%80%12000B電池0.3C0.5C80%60%5000在同等測試條件下，三元鋰電池的循環(huán)壽命更長。19儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢三元鋰電池具有更高的能量密度。以三元鋰電池為例，一臺40尺集裝箱可最多放置4.8MWh鋰電池，并且集成HVAC、FFS、BMS、通訊保護(hù)等輔助單元。能量密度能有效降低使用成本20儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢趨勢一：綜合性能突出的三元鋰電池會將更受“青睞”國內(nèi)各大電池廠商紛紛轉(zhuǎn)投三元鋰電池。財政部、科技部、工信部、發(fā)改委2016年底頒布的新能源汽車補(bǔ)貼政策中要求電池能量密度不低于90Wh/kg，對于高于120Wh/kg的給予1.1倍補(bǔ)貼。政策推動、市場的日漸成熟，三元鋰電池未來發(fā)展前景看好。21趨勢二：電池系統(tǒng)電壓更高儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢目前國內(nèi)電池系統(tǒng)電壓450V~850V，陽光電源1MWPCS可以達(dá)到1100V，歐美市場已經(jīng)出現(xiàn)1300V的應(yīng)用，今年還會有1500V的電池系統(tǒng)面世。儲能系統(tǒng)效率更高、集裝箱利用率更高每組電池串聯(lián)的電芯增加，容量增加，充分利用了集裝箱的高度，集裝箱能量密度增加；更高壓的電池系統(tǒng)還可采用橫排布置。與之匹配的PCS電壓相應(yīng)升高，效率提升。占地面積小，造價低電池系統(tǒng)集裝箱體積或數(shù)量減小，節(jié)約占地面積。更高的系統(tǒng)電壓可以適配更大功率的PCS，從而降低PCS和變壓器的投資。22趨勢三：系統(tǒng)集成越來越重要儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢系統(tǒng)集成不是堆積木，進(jìn)行簡單的“拼湊”；而是在對儲能產(chǎn)品充分理解的基礎(chǔ)上，針對特定需求提出的最優(yōu)化解決方案。電池包溫度專業(yè)的熱仿真技術(shù)，可以模擬出電池系統(tǒng)在特定的工況下的發(fā)熱情況，結(jié)合自動溫控系統(tǒng)，保證電芯的環(huán)境溫差不超過4℃。目的使電池的壽命更長23越勢三、系統(tǒng)集成越來越重要儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢先進(jìn)的電池應(yīng)用仿真技術(shù)。借助大數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，電池運(yùn)營參數(shù)，可以精確、可靠地仿真出電池壽命曲線，有效配置電池數(shù)量，節(jié)省初始投資成本。24趨勢三、系統(tǒng)集成越來越重要儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢EMS實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制微網(wǎng)能量穩(wěn)定控制綜合優(yōu)化管理策略25趨勢四、梯次利用前景廣闊，但挑戰(zhàn)很大儲能系統(tǒng)應(yīng)用趨勢“到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬輛、累計產(chǎn)銷量超過500萬輛”。----《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》篩選難管理難成本優(yōu)勢難確定不同電動車的電池狀態(tài)不同，篩選時需要考慮到容量、內(nèi)阻、電壓等多種因素的一致性。且一個MWh級的儲能系統(tǒng)可能需要篩選幾十臺電動大巴的電池，工作量巨大。篩選后的電池組成儲能電池系統(tǒng)后，需要拆掉外殼，重新設(shè)計BMS和封裝，且電池的一致性差，電池的均衡難度變得更大，電池的有效利用和安全也存在隱患。梯次利用涉及到回收成本、拆解成本、二次封裝成本、BMS成本等投入，且目前的BMS技術(shù)很難保證梯次利用的有效循環(huán)次數(shù)，度電成本高低也是未知數(shù)。26陽光電源儲能介紹/儲能業(yè)務(wù)介紹可提供包括儲能逆變器、能量管理系統(tǒng)，蓄電池組等系統(tǒng)解決方案SC50/100SC250SC500TLSC1000TL監(jiān)控、運(yùn)營平臺APP能量管理單元鋰電池27陽光電源儲能介紹/研發(fā)實力介紹公司注重選拔、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，并長期與合肥工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國電科院等多家科研院所合作，著力為研發(fā)等技術(shù)型人才提供健康的科研、學(xué)習(xí)型組織氛圍

研發(fā)人員占員工總數(shù)35%以上28陽光電源儲能介紹/研發(fā)實力介紹一流的科研裝備3MW光伏實驗電站CNAS、TUV、UL認(rèn)可的實驗室3MW儲能微網(wǎng)測試平臺電池系統(tǒng)測試平臺大中小各種環(huán)境試驗箱35kV16MW高壓實驗室29陽光電源儲能介紹/案例展示全球400+個儲能系統(tǒng)應(yīng)用項目及1000+MWh鋰電池裝機(jī)容量30甘肅敦煌1MW5MWh國電光儲平滑