2024電化學(xué)儲能系統(tǒng)集成技術(shù)

電化學(xué)儲能系統(tǒng)集成技術(shù)電化學(xué)儲能系統(tǒng)集成技術(shù)目錄1、行業(yè)發(fā)展概況2、集成技術(shù)難點和解決措施3、集成技術(shù)的幾點思考目錄1、行業(yè)發(fā)展概況2、集成技術(shù)難點和解決措施3、集成技術(shù)的幾點思考4行業(yè)發(fā)展概況 新型儲能是助力雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)實現(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)施地位行業(yè)發(fā)展概況 新型儲能是助力雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)實現(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)用空間中國能建戰(zhàn)略目標(biāo)圍繞“3060”系統(tǒng)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(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5行業(yè)發(fā)展概況 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%，累計突破5GW，2019-行業(yè)發(fā)展概況 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。2021年全球新增儲能裝機(jī)功率比例2021年國內(nèi)新增儲能裝機(jī)功率比例6行業(yè)發(fā)展概況 全球電化學(xué)儲能應(yīng)用市場國內(nèi)電化學(xué)儲能應(yīng)用市場從應(yīng)用場景分析，?以新能源側(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，從地方項目的實際規(guī)劃、建設(shè)進(jìn)度看，新增裝機(jī)的規(guī)模超預(yù)期。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)展的行業(yè)發(fā)展概況 全球電化學(xué)儲能應(yīng)用市場國內(nèi)電化學(xué)儲能應(yīng)用市場從應(yīng)用場景分析，?以新能源側(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，從地方項目的實際規(guī)劃、建設(shè)進(jìn)度看，新增裝機(jī)的規(guī)模超預(yù)期。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)?；瘧?yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵時期。7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)正逐步從示范試驗走向商業(yè)化應(yīng)用，在電力系統(tǒng)各個環(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，短時期內(nèi)缺乏可等量替代的技術(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)展全、長壽命、高可靠、低成本、易回收行業(yè)的發(fā)展趨勢。8技術(shù)類別項目功率規(guī)模放電時長響應(yīng)時間綜合效率/%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(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MW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)正逐步從示范試驗走向商業(yè)化應(yīng)用，在電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。但現(xiàn)狀來看，鋰電池儲能在規(guī)模化發(fā)展的新型儲能中占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，短時期內(nèi)缺乏可等量替代的技術(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)展全、長壽命、高可靠、低成本、易回收行業(yè)的發(fā)展趨勢。8技術(shù)類別項目功率規(guī)模放電時長響應(yīng)時間綜合效率/%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(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MW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行業(yè)發(fā)展概況 根據(jù)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，到2025年，系統(tǒng)成本要降低30%以上。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)加強技術(shù)創(chuàng)新，提升系統(tǒng)性能，加快核心元件國產(chǎn)替代，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；儲能變流器方面，保護(hù)、控制等有待加強，IGBT國產(chǎn)化進(jìn)程有待加速；電池管理系統(tǒng)方面，采集、計算精度需加強，規(guī)范化程度低；行業(yè)發(fā)展概況 根據(jù)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，到2025年，系統(tǒng)成本要降低30%以上。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)加強技術(shù)創(chuàng)新，提升系統(tǒng)性能，加快核心元件國產(chǎn)替代，通過規(guī)?；⒓夹g(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；儲能變流器方面，保護(hù)、控制等有待加強，IGBT國產(chǎn)化進(jìn)程有待加速；電池管理系統(tǒng)方面，采集、計算精度需加強，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目錄1、行業(yè)發(fā)展概況2、集成技術(shù)難點和解決措施3、集成技術(shù)的幾點思考目錄1、行業(yè)發(fā)展概況2、集成技術(shù)難點和解決措施3、集成技術(shù)的幾點思考10集成技術(shù)難點和解決措施-初始投資成本 儲能系統(tǒng)的初始投資成本高是制約儲能商業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)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)備集成技術(shù)難點和解決措施-初始投資成本 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)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。11集成技術(shù)難點和解決措施-短板效應(yīng) 命等指標(biāo)。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(shù)難點和解決措施-短板效應(yīng) 命等指標(biāo)。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?fù)浣Y(jié)構(gòu)成組篩選集成技術(shù)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(tǒng)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(jìn)行換熱。液冷系統(tǒng)溫差3-5℃左右，保證電芯的一致性水平，液冷系統(tǒng)可具有集成技術(shù)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(tǒng)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(jìn)行換熱。液冷系統(tǒng)溫差3-5℃左右，保證電芯的一致性水平，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，設(shè)備采購液冷模塊風(fēng)冷模塊儲能液冷設(shè)備1313集成技術(shù)難點和解決措施-簇間環(huán)流 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。集成技術(shù)難點和解決措施-簇間環(huán)流 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。電池簇回路DC/DC模塊級聯(lián)型拓?fù)?414集成技術(shù)難點和解決措施-安全機(jī)理 集成技術(shù)難點和解決措施-安全機(jī)理 發(fā)火災(zāi)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(shù)難點和解決措施-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)備選型和安全運行帶來影響。PCS等減少直流側(cè)短路電流；直流側(cè)開關(guān)一般采用集成技術(shù)難點和解決措施-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)備選型和安全運行帶來影響。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)1616集成技術(shù)難點和解決措施-消防安全 消防安全仍是當(dāng)前電化學(xué)儲能行業(yè)的難點，采取“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的理念電池艙設(shè)置H2、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。集成技術(shù)難點和解決措施-消防安全 消防安全仍是當(dāng)前電化學(xué)儲能行業(yè)的難點，采取“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的理念電池艙設(shè)置H2、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。細(xì)水霧等消防設(shè)施。設(shè)置全站消防給水系統(tǒng)。1717集成技術(shù)難點和解決措施-控制通信技術(shù) 大型儲能可實現(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)控制器集成技術(shù)難點和解決措施-控制通信技術(shù) 大型儲能可實現(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)約提高通信速率和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可靠性。1818集成技術(shù)難點和解決措施-環(huán)境適應(yīng)性 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)苛的運行環(huán)境，儲能系統(tǒng)的集成需考慮高海拔、低氣溫、強風(fēng)沙、強腐蝕等環(huán)境適應(yīng)性。1919強腐蝕比距漆強風(fēng)沙密封膠集成技術(shù)難點和解決措施-環(huán)境適應(yīng)性 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