级联型储能技术简介
广州智光储能科技有限公司
2019年01月
目 录
1. 传统电池储能的技术痛点 (3)
2.级联型储能方案减少电池堆电芯数量 (4)
3.级联型储能系统关键技术指标 (4)
4.级联型储能方案提升电池利用率 (5)
5.级联型储能方案降低电池一致性要求 (8)
6.级联型储能方案无滤波即保持高电能质量 (9)
7.级联型储能方案毫秒级全功率切换 (9)
8.级联型储能方案安全保护设计 (13)
9.储能系统布局 (15)
10. 关于智光储能 (16)
1.传统电池储能的技术痛点
传统电池储能电站常以500kW/1000kWh（电池安装容量1200kWh左右）为最小储能单元。每个储能单元配置一台500kW的PCS和一个安装电量1200kWh的电池堆（通过硬导线串/并联连接在一起，共用AC/DC转换设备的电池单体集合），一般设计直流电压为700V左右，交流电压不到400V，须采用变压器升压以后接入大电网。传统储能技术具有技术门槛低，配置灵活等优点，但是同时也存在供应商技术水平参差不齐，电池系统安全问题突出，电池并联数量过多，单套系统容量小等缺点。
图1-1 典型的传统电池储能系统拓扑结构
从在电网侧已经实施的大规模储能项目应用情况看，传统的电池储能方案主要存在以下技术痛点：
1）电池堆内电池单体数量庞大（数千电池单体），单体并联数量多，单体间耦合性强，单体异常时切除电量1MWh以上；
2）电池堆内单体SOC离散程度高，电池容量利用率偏低（1MWh使用容量实际需要1.2MWh以上安装容量）；
3）电池堆体积大（常规40尺集装箱体积约75m3），堆内温度难以保持一致，电池单体衰减速度差异大，SOH离散速度快；
4）堆内电池数量庞大，簇间SOH离散后，“短板效应”突出，电池系统可利用容量衰减快；
5）单系统输出电压低、功率小，变压器和高压开关柜多，系统效率偏低、占地面积较大；
6）电站内储能系统数量大，系统间协调困难，调度响应时间过长，难以满足电网紧急调度使用需求；
深入分析以上痛点可知：电池堆电池单体数量庞大是造成电池问题的根本原因；单系统输出电压低、功率小是造成设备数量庞大，调度响应速度慢的主要原因。因此，需要研究既可以减少电池堆电池单体数量，又可以提高单系统电压和功率的储能技术。
2.级联型储能方案减少电池堆电芯数量
级联型储能系统采用“能量裂解”技术，可以将大电量电池堆和大功率PCS裂解为小电量电池堆和小功率AC/DC功率单元，有效解决传统储能技术存在的技术痛点，更适用于大规模储能应用场景和电池梯次利用的场景。
级联型储能系统采用三相星形连接的级联H桥拓扑结构，可直接输出0.4-35kV三相交流电压，无变压器接入交流电网，单系统输出功率可达10MW以上。10kV级联型储能系统典型拓扑结构如图2-1所示。
图2-1 级联型高压储能系级单元拓扑结构图
由图2-1可知，级联型储能系统由多个储能单元构成，每个储能单元包括1个AC/DC 功率单元和1个独立小电池堆。每个储能单元输出几十至几百伏的交流电压，根据电压叠加原理，理论上足够数量的储能单元串联即可满足任何电压等级的输出要求。众多小功率、小电量的储能单元共同构成一套系统，可满足大功率、大电量的储能应用要求。
以满足5MW/10MWh储能应用为例，对比两种储能技术方案：采用传统储能技术，单套系统容量为500kW/1MWh，电池堆安装容量约1.2MWh，需要10套系统并联（直接并联或经变压器并联）；采用54个储能单元组成的级联型储能系统，可无变压器接入10kV 电网，电池堆安装电量约200kWh（电池堆内单体数量约传统方案的16%），单套系统容量达到5MW/10MWh，无需系统并联。
通过以上分析可知：级联型储能技术既大幅度降低了电池堆电量，减少了电池堆内电池单体数量，又大幅度提高了单套系统容量。
3.级联型储能系统关键技术指标
表3-1 级联型储能系统主要技术指标
项目参数备注
电气技术指标电网侧额定电压10KV
额定频率50 Hz
正常工作频率范围48-51.5 Hz
额定功率2-10MW
电网侧额定电流115-600A
额定电量2-10MWh
拓扑结构H桥级联式
直流侧电压范围550-1051 V
总电流波形畸变率（THDi）＜1%
总电压波形畸变率（THDv）＜3%
功率响应时间<10 ms 功率变化率可设置PCS最佳转换效率> 97.5%
控制模式就地调度模式有功/无功独立可控
远程调度模式有功/无功独立可控
自主运行模式P/f，Q/V曲线可配置自主支撑电压/频率通信类型RS232/RS485 预设电力规约转换器
结构特征防护等级IP54 可定制颜色RAL7035 可定制冷却方式空调
安装方式户外集装箱
环境条件环境温度-10℃～+45℃
相对湿度10%～90%，无凝露
海拔高度1000米以内可定制高原型系统
4.级联型储能方案提升电池利用率
传统设计方案下，单电池堆实际运行能力由堆内可用容量最小的电芯决定。表4-1对传统方案进行分析的结果表明：簇内SOC偏差不超过5.5%，簇间SOC偏差变化不超过3%的情况下，全系统有17.5%的电池容量不可利用，即实际利用容量仅82.5%，电芯间耦合
性非常强。传统设计方案下，电池安装容量一般均为使用容量的1.2倍以上，因此以上假定情况接近实际情况。
表4-1 共电池堆设计方案利用容量分析表
级联型储能系统在保持系统总输出电压和功率不变的情况下，各功率单元输出电压和功率可独立调节，因此可根据各电池堆SOC值灵活分配系统内各电池堆的运行功率。
级联型储能系统各电池堆（簇）的运行功率不同，虽然电池堆（簇）实际运行能力仍由堆（簇）内可用空间最差的电芯决定，但是由于电池簇不再并联，各电池簇运行功率独立调节，整个系统的不可利用容量为各簇不可利用容量的平均值。表4-2对级联型设计方案进行分析的结果表明：簇内SOC偏差不超过5.5%，簇间SOC偏差变化不超过3%的情况下，有5.5%的电池容量闲置，即实际利用容量提升至94.5%，比传统方案高出12%。
表4-2 级联型设计方案利用容量分析表
由于电池寿命周期内，SOH发生离散是必然的。与以上电池SOC发生离散时类似，当电池SOH发生离散时，根据各电池堆的SOH调节其运行功率，同样可以大幅提升电池的利
用容量。
级联型储能系统根据电池堆SOC（SOH）调节电池堆运行功率的策略为：在充电过程中，增大SOC低的电池簇的充电功率，减小SOC高的电池簇充电功率；在放电过程中，减小SOC低的电池簇的放电功率，增大SOC高的电池簇放电功率。与以上策略相对应：在充电过程中，SOC低的电池簇运行电流大，SOC高的电池簇运行电流小；在放电过程中，SOC低的电池簇运行电流小，SOC高的电池簇运行电流大。
图4-1 储能系统充电时B相SOC与电流关系曲线智光储能电站投入以上功能前后，电池系统SOC值的变化趋势说明PCS主动均衡可以使离散的簇间SOC迅速收敛。2月25日充满电后簇间SOC偏差最大值26%左右，充放两个循环以后，SOC偏差最大值收敛至5%左右。同时，随着功能投入，系统充电电量也大幅度提升。
图2-9 充电结束后3相SOC极值差变化趋势
图4-2 储能装置充电电度数据曲线
通过设置多组控制参数试运行，如图4-3，截至2019年1月26日，智光站5MW/3MWh 储能系统单次充电交流侧电量已经突破3MWh，全系统电池容量利用率已超过95%，簇间SOC偏差最大值已缩小到2%。
图4-3 1月26日智光站充电后数据
5.级联型储能方案降低电池一致性要求
从提高电池利用容量、安全性等角度考虑，同一电池堆内的电池单体应该在全生命周期内保持良好的一致性。然而，电池堆内电池数量越多，所占空间越大，温度一致性越难保持，寿命期内电池的一致性越容易破坏。实际运行过程中，电池一致性变差是必然的，应该从系统设计上降低对电池一致性的要求。
减少电池堆内电池单体数量，是降低电池一致性要求的有效手段。采用级联储能方案，堆内电单体数量较传统方案大幅度减少（一般可降低到传统方案的15%左右），大幅度缩小了电池堆占用的物理空间（电池堆体积通常小于3m3）。毫无疑问，空间越小，温度一致性越容易保证，单体衰减一致性越好，利于保持堆内一致性。采用级联储能方案，各电池堆输出功率独立可调，因此无需苛求不同堆电池单体的一致性，也就无需追求不同堆间温度的高度一致性。
由以上分析可知：级联型储能方案大幅减少电池堆内占用空间，利于保持堆内一致性；电池堆输出功率独立调节，降低了对全系统电池一致性的要求。
6.级联型储能方案无滤波即保持高电能质量
智光级联型储能系统利用输出移相多重化技术消除谐波，无需增加滤波装置即可满足电网谐波指标要求。并网状态下，输出电流的畸变率低于3%，近似于完美无谐波状态；孤网状态下，输出电压的畸变率低于0.5%，电压偏差低于1%，可与低压UPS相媲美，具体测试数据如表2-5所示。
表6-1并网电能质量测试数据
7.级联型储能方案毫秒级全功率切换
图7-1 PCS解耦控制图
级联型储能系统采用如图7-1所示有功无功解耦控制算法，实现并网点功率因数自动控制。PCS主控制器接收上级传来的有功/无功指令，经dq变换后，通过对dq轴电流的解耦控制实现网侧有功无功的解耦控制。储能单元PCS主控制器与H-Cell功率单元间通过光纤进行通信，减少了通信协调的延迟，提高响应速度。储能单元通过实时四象限解耦与控制技术，有效解决了并网运行过程中有功功率和无功功率的独立控制与快速调节问题，能够快速在不同工况之间实现毫秒级切换，测试结果如表7-1和图7-2所示。
表7-1某已投运项目储能系统工况转换时间测试数据
序号 工作项目 工况转换时间
1 0功率运行转2MW充电 2ms
2 2MW充电转2MW放电 1.5ms
3 2MW放电转2MW充电 2.5ms
4 2MW充电转0功率运行 2ms
5 0功率运行转2MW放电 1ms
6 2MW放电转0功率运行 1.5ms
7 0功率运行转2Mvar吸无功 1ms
8 2Mvar吸无功转2Mvar发无功 2.5ms
9 2Mvar发无功转2Mvar吸无功 1ms
10 2Mvar吸无功转2Mvar发无功 2ms
11 0功率运行转2Mvar发无功 1ms
12 2Mvar发无功转0功率运行 2ms
a) 工况转换时间测试0功率运行转2MW充电
b) 工况转换时间测试2MW充电转2MW放电
c) 工况转换时间测试2MW放电转2MW充电
d) 工况转换时间测试2MW充电转0功率运行
e) 工况转换时间测试0功率运行转2MW放电
f) 工况转换时间测试2MW放电转0功率运行
g) 工况转换时间测试0功率运行转2Mvar吸无功
h) 工况转换时间测试2Mvar吸无功转2Mvar发无功
i) 工况转换时间测试2Mvar发无功转2Mvar吸无功
j) 工况转换时间测试2Mvar吸无功转2Mvar发无功
k) 工况转换时间测试0功率运行转2Mvar发无功
l) 工况转换时间测试2Mvar发无功转0功率运行
图7-2 储能系统工况转换时间测试图
8.级联型储能方案安全保护设计
本方案的安全设计主要从以下四个方面来保障：
（1）本系统将电池集群分散设计为54个物理空间和电路上相互独立的电池堆（簇），减小了物理上互联的电池电量和电池数量，将单个电池包的电量降低为传统方案的15%左右，实现了风险源的分散管理，从源头上降低事故影响和管控难度。
（2）集装箱内部设计了七氟丙烷自动灭火系统，消防系统动作时，EMS系统发出信号，停止系统运行，并分断系统输入开关和分相控制柜辅助电源。
（3）PCS装置配置有硬件保护和软件保护，保护功能配置完善，能确保在各种故障情况下的系统安全。
（4）BMS配置有三级电池异常告警及保护。
以下分别对PCS和BMS设置的保护进行介绍。
8.1 PCS保护配置
PCS装置的保护分瞬动保护和定时限保护两种。瞬动保护只设保护动作定值，为系统检测到紧急故障时单点动作出口，故障标志需故障清除后就地/远程复归确认。定时限保护设有动作定值和延时定值，为系统检测到严重故障，经延时定值确认后出口，封脉冲，系统转为故障状态并告警，故障标志需故障清除后手动复归确认。
除硬件故障保护外，其余各保护功能设置了相应的软压板，保护功能投退受各自软压板独立控制，对影响PCS器件安全的保护出口、检修状态设置了硬压板。PCS装置保护功能包含的主要内容如下：
（1）系统过压/欠压保护
PCS装置配置了交流电压保护，各保护设置了相应的软压板，保护功能投退受各自软压板独立控制。
（2）系统电压相序、频率异常保护
当PCS并网放电时，PCS具备一定的耐受系统频率异常的能力，在47.5Hz-51.5Hz 的范围内能够正常工作。系统发生频率异常时，PCS并网充放电状态根据实际电网运行
要求而定。
当并网处电压的相序、频率异常时，PCS会执行相应的保护。
（3）装置交流过流保护
PCS装置配置了交流电流硬件保护和软件保护，包括交流过流速断保护和定时限过流保护。各保护设置了相应的软压板，保护功能投退受各自软压板独立控制。
（4）并网充放电电流电能质量超标保护（直流分量、谐波超标保护等）
为了保证交流侧电能质量，装置配置了输出直流分量超标保护，当输出直流分量超标时发出告警信号。
为了保证交流侧电能质量，装置配置了并网电流谐波超标保护，当输出电流谐波超标时发出告警信号。
（5）主回路短路保护
PCS装置配置了相间短路保护和相对地短路保护。
（6）链节直流接入端过压/欠压保护
PCS装置配置了直流母线电压保护，包括直流母线过压保护、直流母线欠压保护。
（7）系统防雷保护
PCS配置了专用的避雷器，并采用了相应的避雷措施，可有效防雷。
（8）连接电抗器过温保护
PCS装置配置了并网连接电抗器温度保护。过温保护采用了Ⅱ段式，过温高定值保护动作后，装置封脉冲，并转为待机状态，温度恢复后故障标志自动清除。过温低定值保护动作后，启动换流器冷却系统。
（9）PCS装置链节故障保护：IGBT驱动故障、IGBT过温、电容过压保护
PCS链节功率单元配置了完整的保护，包括IGBT驱动故障、IGBT模块过温、电容过压保护等。
（10）控制器与链节之间的光纤通讯故障保护
PCS控制器会实时监测光纤通讯当控制器与链节之间的光纤通讯中断或异常时，PCS会立即保护。
8.2 BMS保护配置
BMS配置的保护见表8-2。
表8-2 电池管理系统性能参数
序号 故障描述 等级 解除条件
1 绝缘阻抗极低 1级 可恢复
2 电池单体温度极高 1级 可恢复
3 电池单体电压极高 1级 可恢复
4 电池单体电压极低 1级 可恢复
5 放电电流极大 1级 可恢复
6 充电电流极大 1级 可恢复
7 系统自检故障 1级 故障解除后，重新上电
8 单体电压较低 2级 可恢复
9 单体电压较高 2级 可恢复
10 绝缘阻抗较低 2级 可恢复
11 电池温度过高 2级 可恢复
12 SOC过低 2级 可恢复
13 通讯故障(内部网络) 1级 可恢复
14 SOC低 3级 可恢复
15 绝缘阻抗低 3级 可恢复
16 总电压不正常 1级 故障解除后，重新上电
17 电芯压差过大 3级 可恢复
18 放电电流大 3级 可恢复
19 放电温度过低 3级 可恢复
20 单体电压高 3级 可恢复
21 单体电压低 3级 可恢复
22 单体温度高 3级 可恢复
23 充电电流较大 2级 可恢复
24 充电电流大 3级 可恢复
9.储能系统布局
10MW/20MWh储能电站由两套5MW/10MWh的储能系统组成，共设置6个17.4米×2.5米×2.9米（长×宽×高）集装箱和1个12米×2.5米×2.9米（长×宽×高）主控集装箱组成。其中电池和功率变换集装箱的布局和尺寸如下图9-1所示，主控集装箱的布局和尺寸如图9-2所示。
图9-1 电池和功率变换集装箱布局图
图9-2 主控集装箱布局布局图
10MW/20MWh储能系统的布局方案，如图9-3所示，系统占地约为530平方米（集装箱间检修通道2.5米）。
图9-3 2MW/1.99MWh储能系统布局图
10.关于智光储能
广州智光储能科技有限公司是广州智光电气股份有限公司【股票代码：002169，以下简称智光电气】的全资子公司，是智光电气在综合能源技术与服务战略发展方向的重要布局。
公司凭借自身多年电力电子技术、自动化与信息化技术及智慧能源技术的研究与应用经验，并通过投资电池行业资深研究团队及与国内高校合作，拥有一批在电池PACK 技术研究与生产、BMS、EMS及PCS等领域专业的研究团队。公司为南方电网宝清电站提供的国际首台高压直挂储能PCS系统为国际领先水平。
公司致力于储能领域产业技术的研究与应用。在电化学储能、机械（飞轮）储能及超级电容器储能等技术领域为客户提供包括储能技术咨询、储能系统集成、储能设备销售等业务，可为广大储能系统集成商提供储能电池PACK集成、BMS、PCS及EMS等核心关键技术及设备，并可提供电芯及电池PACK测试技术服务。公司的储能产品序列包括电站型储能系统（高压直挂式）、需求侧储能系统（多模组分散式集成储能）及移动储能产品，可为不同应用场景的客户需求定制提供高效率、高可靠性及高安全性的储能系统技术及装备。
广州储能科技有限公司掌握了级联型储能关键技术，其技术团队已于2014年成功
实施宝清储能电站二期10kV/2MW/2MWh级联型高压直挂储能项目（室内安装,项目荣获“广东省科学技术奖励二等奖”，获得国家科技部院士专家组“国际领先”技术评价），2018年成功实施智光电气云埔厂区5MW/3MWh级联型高压直挂储能项目（集装箱安装），并正在实施广东某电厂9MW/4.5MWh级联型高压直挂储能辅助AGC服务项目和江苏某制药厂2MW/4MWh级联型高压直挂储能项目。
图10-1 技术奖励证书
碳材料在电化学储能中的应用 梁骥，闻雷，成会明，李峰* （中国科学院金属研究所先进炭材料研究部，辽宁沈阳110016） 摘要：电化学储能材料是电化学储能器件发展及性能提高的关键之一.碳材料在各种电化学储能体系中都起到 了极为重要的作用，特别是近期出现的各类新型碳材料为电化学储能的发展带来了新动力，并展现了广阔的应用前景.本文综述了碳材料，特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料，在典型电化学储能器件（锂离子/钠离子电池、超级电容器和锂硫电池等）、柔性电化学储能和电化学催化等领域的研究进展，并对碳材料在这些领域的应用前景进行了展望. 关键词：碳材料；电化学；储能；催化；锂硫；氧还原中图分类号：O646 文献标识码：A 收稿日期：2015-09-11，修订日期：2015-11-04 *通讯作者，Tel:(86-24)83970065，E-mail ：fli@https://www.doczj.com/doc/d76918184.html, 沈阳材料科学国家(联合)实验室葛庭燧奖研金项目、科技部国家重大科技研究计划项目(No.2011CB932604, 2014CB932402)、国家自然科学基金(No.51221264，No.51525206，No.51172239，No.51372253，No.U14012436)、中国科学院 战略性科技先导专项(No.XDA01020304)和重点部署项目(No.KGZD-EW-T06)资助 电化学 JOURNAL OF ELECTROCHEMISTRY 第21卷第6期 2015年12月 Vol.21No.6Dec.2015 DOI :10.13208/j.electrochem.150845 Cite this :J .Electrochem .2015,21(6):505-517 Artical ID :1006-3471(2015)06-0505-13Http ://https://www.doczj.com/doc/d76918184.html, 交通、信息等领域的高速发展，对具有高能量/功率密度、长寿命、安全、廉价以及环境友好等特性的电化学储能器件提出了愈加迫切的需求.为实现电化学储能器件的快速充放电，需提高其功率密度；为增强续航能力，需提高其能量密度；为延长使用寿命，需提高其循环性能；为实现便携性，需轻、薄、可弯折等特性，而影响这些性能的根本因素在于电化学储能材料（电极材料）的特性.因此，研究开发高性能、低成本的电极材料是电化学储能器件研发工作的核心. 目前，高性能电极材料已成为材料和电化学储能应用研究领域的热点，而针对未来的电池系统，如锂硫电池和柔性电池等，电极材料的研究具有更大的科学意义和应用潜力，并受到了广泛关注.然而电化学储能体系十分复杂，诸多热力学和动力学行为（包括化学、物理、力学等行为）在电化学过程中于不同尺度同时发生，这些行为与电极材料的结构和性质密切相关，但由于研究手段的制约，人们对这些行为的认识并不深入.尽管对于电化学储能的材料和器件的研究已经取得较大进展，但迄今尚未取得根本性的突破，目前的电化学储能材料难以满足未来新型电子器件的要求[1]. 碳材料具有结构多样、表面状态丰富、可调控性强、化学稳定性好等优点，同时具有优异的电输运特性和高活性表面，长久以来一直是各类电化学储能器件的理想材料，同时也是电化学储能体系中的关键组分，以活性物质、导电剂、包覆层、柔性基体、电催化剂（载体）等多种形式应用于电化学储能器件/体系中并发挥重要作用.特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳纳米材料，具有优异的导电性、高比表面积和可构建三维网络结构的特点，在电化学储能领域表现出巨大的应用潜力，近年来得到了快速发展[2]. 1碳材料概述 碳材料的发展不断给科学和研究拓展新的领域并带来新的方向.从上个世纪发现的富勒烯、碳纳米管到近期出现的石墨烯和石墨炔一直被广大研究人员和产业部门所关注，形成了持续热点.碳元素在自然界中广泛存在，具有构成物质多样性、特异性特点.作为单质，碳原子可由sp 1、sp 2、sp 3三种杂化方式形成结构和性质完全不同的固体.其中，sp 2杂化的碳原子构成的碳质材料形式最为多样，新型碳材料基本都是以sp 2杂化为主. sp 2杂化的碳材料由石墨片层或石墨微晶构
详解电化学储能在发电侧的应用 随着国家环境保护力度的不断加强，新能源发电装机占比逐渐攀升，我国能源结构正在逐步转型。储能系统因其响应速率快、调节精度高等特点，成为能源行业中提升电能品质和促进新能源消纳的重要支撑手段，受到越来越多的重视。并且由于储能技术的进步、产品质量的提高及成本的不断降低，储能技术已具备商业化运营的条件，尤其是多种电化学储能技术的发展逐步扩展了储能的应用领域。 除了技术的进步，国家政策法规的颁布、电力市场改革的不断深化，也促进了电化学储能技术的应用推广。本文从数据的角度概要分析了储能在全球电力行业中的应用现状，对国内电化学储能产业政策和标准的发展进行了总结，并介绍了电化学储能的种类、技术路线以及系统集成关键技术。除此之外，针对发电侧，重点从功能、政策和应用项目等方面论述了电化学储能技术在大规模新能源并网、辅助服务及微电网等有商业价值的应用场景。最后对电化学储能技术在未来能源系统中的前景和发展趋势做了展望，并在促进储能商业化运营及推广方面对储能企业提出了发展建议。 目前，我国电力生产和消费总量均已居世界前列，且保持高速增长的趋势。国家统计局发布的数据显示，2018年1～12月份，全国规模以上发电企业累计完成发电量67914 kW·h，同比增长6.8%，全国全社会用电量68449 kW·h，同比增长8.5%。而在电能供给和利用方面我国却还存在结构不合理、综合利用效率较低、新能源渗透率较低、电力安全水平亟待提升等问题[1]，因此如何保障经济发展中电力生产与供应的安全，同时又实现节能减排与环境保护，是我国电力行业发展的重大战略任务。近年来飞速发展的储能技术为解决以上问题提供了可行性。储能成本和性能的改进、全球可再生能源运动带来的电网现代化与智能化，以及电力市场改革带来的净电量结算政策的淘汰、参与电力批发市场、财政激励、FIT（太阳能发电上网电价补贴政策）等因素的驱动，使得储能在全球掀起了一场发展热潮。储能使电能具备时间空间转移能力，对于保障电网安全、改善电能质量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意义。基于储能
储能产业发展的几大技术方向 发表于：2018-06-01 09:32:58 来源：计鹏新能源作者：贾婧 目前全球和中国储能累计装机中，抽水蓄能最高，占比超过90%，熔融盐储热第二，电化学储能排名第三;从发展速度来看，电化学增长较快，截至2016 年底，全球电化学储能装机规模达1756.5MW，近 5 年复合增长率27.5%，其中以锂离子电池累计规模最大，超过50%以上。
电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势，是当前储能产业发展和研究的热点，主要应用在电网辅助服务、可再生能源并网、电力输配、分布式发电及微网领域。从我国已投运的电化学储能项目来看，分布式发电及微网领域的装机规模最大，其余依次为可再生能源并网领域、电力辅助服务领域和电力输配领域。 从技术方向来分类，主流电化学储能技术包括先进铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池等。 传统铅酸蓄电池凭借其安全可靠、容量大、性价比高等优点，在储能领域仍具有稳固的地位。特别近年来，以铅炭电池为代表的新兴铅酸技术的出现，大大弥补了传统铅酸电池比能量低、寿命短等缺点，使其在大规模储能领域的应用成为可能。 锂离子电池由正负电极、隔膜、电解液组成，具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等诸多优点，目前在国内已广泛应用于各类电子产品、新能源车和电化学储能等领域。特别受下游新能源车动力电池需求增长拉动，产业规模和技术发展加速，技术和产业链正在进一步成熟。 液流电池具有充放电性能好、循环寿命长的特点，适合大规模储能应用。目前较为成熟的液流电池体系有全钒、锌溴、铬铁、多硫化钠-溴等双液体系，目前应用和研究最广的为全钒液流电池，但由于成本过高、体积密度低等原因，产业还处于起步阶段。锌溴、铬铁、多硫化钠等电池的技术或被垄断、或处于研发阶段，未能实现产业化。 钠硫电池以单质硫和金属钠为正负极，β-氧化铝陶瓷为电解质和隔膜，其工作温度在300-350 摄氏度之间，具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、成本相对低等优点，其规模约占全球电化学储能总装机量的30-40%，仅次于锂离子电池。但由于技术垄断，目前在国内无法大规模推广。 从技术成熟度、经济性、安全环保性等来看，锂电池是我国发展较快、有望率先带动储能商业化的电化学储能技术。
2021年电化学储能行业分析报告 2021年2月
目录 一、锂电储能应用广泛，装机规模持续提升潜力巨大 (6) 1、抽水蓄能装机规模最大，锂电储能快速发展 (7) 2、电化学储能产业链：上游材料、中游核心部件制造、下游应用 (9) 二、五年三千亿市场空间可期，能源革命是核心驱动力 (10) 1、能源结构转型对电网的冲击是发输配电侧储能的底层逻辑 (10) （1）全球脱碳趋势明确，高比例可再生能源结构转型加速 (10) （2）可再生能源波动性与电网稳定性的根本性矛盾催生储能需求 (12) （3）发电侧与输配电侧储能的本质作用基本相同，未来5年需求约131GWh (16) 2、多因素作用推动用电侧储能快速发展，未来5年需求约93GWh (18) （1）欧美主要国家用电成本高昂，分布式光伏系统快速发展为储能提供市场基础18 （2）上网补贴（FIT）和净计量（NEM）政策到期或削减，分布式搭配储能有望得到推广 (19) （3）部分国家电力供应稳定性较差，不同规模的停电事件时有发生，储能接受度提升 (19) （4）2010-2019年锂电池价格下降87%，带动系统成本快速下降，储能经济性逐渐显现 (21) （5）未来5年用电侧的储能系统需求约93GWh，年均复合增速95% (21) 3、5G基站建设周期带动后备电源需求大幅提升 (22) （1）5G建设加速，2019-2028年宏基站需求近500万个 (22) （2）5G基站功耗大幅提升2.5-4倍，带动后备电源扩容需求大幅增加 (23) （3）磷酸铁锂电池成为5G基站后备电源的主流技术路线 (24) （4）未来5年5G基站的储能系统需求近35GWh (25) 4、汽车电动化转型加速，光储充模式有望推广 (26) （1）汽车电动化转型加速，未来5年充电设施有望新增约440万台 (26) （2）光储充一体化充电站模式有望推广，未来5年国内储能系统需求约6.8GWh . 27
电化学储能体系的特点及其未来发展的思考 摘要：电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。 关键词：电化学储能铅酸电池氧化还原液流电池钠硫电池超级电容器锂离子电池 正文：电能是现代社会人类生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展,，人们对电的需求越来越高。电力需求昼夜相差很大，但发电厂的建设规模必须与高峰用电相匹配，投资大利用率较低。另一方面，随着化石能源的不断枯竭，人们对风能、水能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛。为了满足人们生产及生活的用电需求，减少发电厂的建设规模，减少投资，提高效率，以及保证可再生能源系统的稳定供电，开发经济可行的储能(电)技术，使发电与用电相对独立极为重要。目前储能技术应用最为广泛的是电化学储能，电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。下面分别介绍这几种储能电池的特点。 铅酸电池：自从1859年法国人普兰特发明了铅酸电池，至今已有140多年的历史。在这一百多年来以来，人们对它进行不断的研究和改进，是铅酸电池得到了极大的发展，目前主流的是阀控式铅酸电池。铅酸电池由于材料来源广泛，价格低廉，性能优良，目前应用比较广泛。 铅酸电池的优点：
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先进介电储能材料 通过陈国华老师的先进介电储能材料讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。 目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。基陶瓷。SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入 BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质
损耗小，击穿场强高的特点。陶瓷。TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm 的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。 问题： 1.先进的储能材料有哪些？ 2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么？ 3.反铁电材料的储能原理是什么？ 韦振明（11） 2015年7月4日星期六
电化学储能在电力调频系统中的应用 一、发展背景 随着中国风电和光伏的发展，在积极消纳清洁能源、特高压电网加快建设、“两个细则”全面实施的背景下，火电机组调峰调频性能的提升是目前发电集团和电网共同关注的问题，火电机组不仅随着中国北方风电和光伏的发展，在积极消纳清洁能源、特高压电网加快建设、“两个细则”全面实施的背景下，火电机组调峰调频性能的提升是目前发电集团和电网共同关注的问题。火电机组不仅承载电网的基本调峰负荷的重任，更需在调峰和调频方面的电力市场辅助服务中具有一定的竞争力，同时也需权衡机组长期运行安全性和整体稳定性的需求。 2009 年1 月，国家电监会印发了《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》和《发电厂并网运行管理规定》（简称“两个细则”），要求各地电监局和省电监办结合本区特点,依照电监会两个文件精神，制定本区域的并网发电厂辅助服务和运行管理实施细则。华北电监局及时制定了《华北区域发电厂并网运行管理实施细则(试行)》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则(试行)》，并在并网协议中规定对发电机组提供的辅助服务按效果进行处罚和奖励。 2014 年4 月，国家能源局召开了“辅助服务补偿机制深度试点工作启动会”，明确储能为试点工作内容。2016 年6 月，国家能源局发布《国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务
补偿（市场）机制试点工作的通知》(国能监管［2016］ 164 号)。上述政策不仅对不满足一次调频和二次调频等要求的机组执行相应的处罚，对提供较多较好辅助服务的机组也有一定的补偿，实质上已经建立了初步的发电辅助服务市场机制。提高机组运行质量、增强机组调频能力、减少考核处罚、争取辅助服务收益已经成为发电企业一个新型盈利方向。 电网电源结构以大型火电机组为主，ACE 调频电源几乎全部为火电机组，优质调频电源稀缺。因火电机组ACE 调频能力较弱，故电网整体ACE 调频能力有限。同时，随着风电、光伏等新能源电站的大量建设和入网，风电穿透率不断提高，风电和光伏等具有间歇性、不可控性，新能源的大规模并网将显著增加电网的ACE调频需求，特别是在冬季风电大发时期，由于大量火电机组进入供热期运行，使得电网的调频能力进一步下降，进而将对风电的开发利用形成严重制约，电力系统运行安全存在潜在隐患。此外，大量的火电机组长期承担繁重的ACE调频任务，造成了发电煤耗增高、设备磨损严重，机组排放超标等一系列负面影响。 目前，一些储能技术开始逐步成规模的进入调频市场，在过去的10年内，全球范围内各种新型储能技术和产品获得了突破，在储能产品的使用寿命、功率和容量、系统可靠性等方面都有了长足的发展，已经完全能够满足电网的需求。
电化学储能电站施工及验收规范 Code for construction and acceptance of electrochemical energy storage station 一、大纲编制的基本思路 1、编制内容的边界范围 一般情况下，工程建设活动有规划、勘察、设计、施工（包括安装）与监理、验收、运行、维护、拆除等组成。 本标准内容范围将集中在储能电站施工、设备安装、验收这三个环节，且应与正在编制国家标准《电化学储能电站设计规范》保持内容上的相互支撑、补充与衔接，与未来将会制定有关运维与拆除环节的标准相衔接。 2、标准的构成格式 本次大纲主要针对正文部分和补充部分。本标准要严格按照住建部出版的《工程建设标准编制指南》规定的格式。 ●前引部分（封面、扉页、公告、前言、目次）、正文部分（总则、术语、 技术内容）、补充部分（附录、标准用词说明、引用标准名录） 3、技术内容重点 ●土建工程施工的通用性技术要求； ●土建工程施工中针对储能装置等特殊需求的专业技术要求 ●储能电站中通用电气设备的安装与调试的通用技术要求； ●电化学储能装置安装与调试的专用技术要求； ●储能电站整体系统调试的技术要求； ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对环境与水土保持的技术要求； ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对的安全与职业健康技术管理 规定； ●设备及储能电站的整体验收技术要求。 4、需要开展研究的工作 目前，根据查询，国际上尚没有发布关于电化学储能电站施工与验收方面的技术标准。储能电站建设案例并不是很多，在运行的储能电站数量少、运行时间短，此外，储能电站建设中
引入了许多新技术、新设备等，还处于不断进步与完善过程中。因此，编制标准的征求意见阶段需要安排必要的调研工作、技术测试与试验工作以及专题论证工作。 大纲准备阶段，应对上述情况给予重视。 5、参编单位的结构 为确保高质量完成标准的编制，参编单位中尽可能包含具有以下属性的单位：1、具有储能电站建设业绩的业主单位；2、具有储能电站建设施工业绩与经验的工程施工单位，3、具有储能电站设计业绩与经验的设计单位，4、储能电站核心设备与新技术装置的研发与生产单位，5、具有参与储能电站系统调试与试运经验的科研（或技术业务）单位，6、参与国家标准《电化学储能电站设计规范》编制的单位等。 二、规范编制大纲 本规范根据住房和城乡建设部《关于印发<2013年工程建设标准规范制订修订计划的通知>(建标[2013]6号)的要求，由中国电力企业联合会和中国电力科 学研究院会同有关单位共同编制完成。 牵头单位：中国电力企业联合会中国电力科学研究院 参编单位：（建议）上海电力设计院、冀北电力公司、北京输变电工程公司、浙江电力公司、福建电力公司、上海电力公司、许继集团有限公司、深圳比亚迪股份有限公司、宁德时代新能源科技有限公司、大连融科储能技术发展有限公司、北京普能世纪科技有限公司 目的：为保证电化学储能电站的工程质量，促进工程施工及验收技术水平的提高，确保电化学储能电站建设的安全可靠，制定本规范。 适用范围：本规范适用于新建、改建和扩建的固定式电化学储能电站，不适用于移动式储能电站工程。
“十四五”制约电化学储能发展的难点 2018年我国电化学储能出现爆发式增长，2019年增速又出现了急剧降低，2020年地方政府推动储能发展的意愿更加强烈。“十四五”时期，储能是否能够迎来发展机遇，这需要正视储能面临的问题，以疏通制约储能发展的瓶颈。 “十三五”时期我国电化学储能 发展历程及市场动态 我国电化学储能装机持续增长，但是增速却呈波浪式前进。2015~2019年，我国电化学储能装机从106兆瓦增至1709兆瓦，增加了15倍。从增速看，2015~2019年，我国电化学储能增速分别为25%、130%、64%、169%以及59%。值得注意的是，2019年我国电化学储能增速大幅下降，凸显出发展动能不足。 政策对储能有着至关重要的影响。从2017~2019年的政策看，2017年10月份，国家发改委等5部门联合发布了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，为行业发展树立了信心，进而推动了2018年电化学储能的爆发式增长。然而，2019年上半年，国家发改委、能源局印发了《输配电定价成本监审办法》，明确提出抽水蓄能电站、电储能设施不得计入输配电定价成本。两大电网公司也相继跟进，严格限制企业内部储能投资，导致2019年电化学储能增速大幅回落。可以看到，我国推动储能发展的市场模式并未形成，储能产业政策依赖性非常强烈。 2020年，地方政府（电网）正在推动“新能源+储能”的发展模式。今年3月23日，国网湖南省电力有限公司下发了《关于做好储能项目站址初选工作的通知》，明确提出：“经多方协调,已获得28家企业承诺配套新能源项目总计建设388.6兆瓦/777.2兆瓦时储能设备,与风电项目同步投产”。3月24日，内蒙古能源局发布了《2020年光伏发电项目竞争配置方案》，明确优先支持光伏+储能建设。若普通光伏电站配置储能系统，则应保证储能系统时长为1小时及以上，配置容量达到项目建设规模的5%及以上。3月30日，新疆发改委印发了《新疆电网发电侧储能管理办法》征求意见稿，明确提出，鼓励光伏、风电等发电企业、售电企业、电力用户、独立辅助服务提供商等投资建设电储能设施，要求充电功
史上最全储能系统优缺点梳理 谈到储能，人们很容易想到电池，但现有的电池技术很难满足电网级储能的要求。实际上，储能的市场潜力非常巨大，根据市场调研公司Pike Research 的预测，从2011年到2021年的10年间，将有1220亿美元投入到全球储能项目中来。而在大规模储能系统中，最为广泛应用的抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和创新。今天，无所不能(caixinenergy)为大家推荐一篇文章，该文章分析了目前全球的储能技术以及其对电网的影响和作用。 现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了127GW，占总储能容量的99%，其次是压缩空气储能，总装机容量为440MW，排名第三的是钠硫电池，总容量规模为316MW。 全球现有的储能系统 1、机械储能 机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。 (1)抽水蓄能：将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3，具有日调节能力，用于调峰和备用。 不足之处：选址困难，及其依赖地势;投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗+线路损耗;现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国80%以上的抽蓄都晒太阳，去年八月发改委出了个关于抽蓄电价的政策，以后可能会好些，但肯定不是储能的发展趋势。 (2)压缩空气储能(CAES)：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞
先进介电储能材料 通过陈国华老师的先进介电储能材料讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。 目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。基陶瓷。SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入 BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质损耗小，击穿场强高的特点。陶瓷。TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。问题： 1.先进的储能材料有哪些 2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么 3.反铁电材料的储能原理是什么 韦振明（11）
电化学储能技术分类和抽蓄性能对比电化学储能技术主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠系高温电池和金属-空气电池等体系。电池的工作原理大致相同：从能量转化角度看，电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，电池是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。 一、技术分类 电化学储能技术主要包括种类繁多的二次电池，这里主要介绍应用较多的铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。这些电池多数技术上比较成熟，近年来成为电力系统应用关注的重点并有较多的实际应用。 1、铅酸电池 （1）工作原理 铅酸电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板、槽和盖等组成，其基本结构如图1-1所示。正极活性物质是二氧化铅PbO2，负极活性物质是海绵状金属铅Pb，电解液是硫酸，开路电压为2V。
图1-1铅酸电池的基本结构 铅酸电池的正、负两极活性物质在电池放电后都转化为硫酸铅(PbSO4)，铅酸电池单体的额定电压为2V。实际上，铅酸电池的开路电压与硫酸浓度存在着密切关系，而与铅、二氧化铅以及硫酸铅的量无关。铅酸电池在充电终止后，端电压很快下降至2.3V左右，放电终止电压为1.7-1.8V，若在继续放电，将影响电池寿命。铅酸电池的充电温度范围为-20℃~40℃，放电温度范围-20℃~40℃，能量转换效率为70-85%。 铅酸电池的优点：1）投资成本低；2）开路电压与放电深度基本呈线性关系，易于充放电控制；3）单体容量从几十~几千Ah，串并联后用于MW级储能电站时安全可靠；4）回收技术成熟，利用率高。 铅酸电池的缺点：1）比能量低，一般为30~50Wh/kg；2）循环寿命短，一般为500-2000次；充电速度慢，一般>4小时；3）生产过程中会产生含铅的重金属废水，且成酸性，易产生污染。 （2）技术分类
储能技术现状与未来发展方向 上一篇文章交谷太阳能小编和大家分享了光伏发电的未来发展趋势，今天和大家探讨一下太阳能储能技术的发展方向。众所周知，太阳能发电是个好东西，但是受到光照和发电成本的影响，一直没有成为主力能源。那么，这其中最大的一块成本就是储能，尤其是离网系统，大型电站如果解决了储能的成本，对于整个光伏行业来说将是不可估量的巨变。 可再生能源发电和电动汽车的快速发展，给储能产业带来了新的发展机遇。未来能源的焦点在能效、可再生能源、储能和可插入电动汽车。智能电网是新能源经济的实施者。智能电网被定义为广义的优化能源链的解决方案，是未来可支撑能源的基础。 储能技术是智能电网的重要环节，是智能电网关键支撑技术之一 大量可再生能源应用(包括分布式电源和集中式电源)，特别是风力发电和太阳能光伏发电都具有随机性、间歇性和波动性，大规模接入将给电网调峰、运行控制和供电质量等带来巨大挑战。储能技术能够有效提升电网接纳清洁能源的能力，解决大规模清洁能源接入带来的电网安全稳定问题。 储能技术的应用有利于优化系统的能量管理，提高系统效率和设备利用率。 储能技术发展是保障清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键。储能技术可以在电力系统中增加电能存储环节，使得电力实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，特别是平抑大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性，提高电网运行的安全性、经济性、灵活性。储能技术一般分为热储能和电储能，未来应用于全球能源互联网的主要是电储能。 电储能技术主要分为物理储能、电化学储能和电磁储能等三大类。 物理储能 抽水蓄能是目前最为成熟的储能技术，储能成本较低，已经实现大规模应用。目前世界上抽水蓄能机组总装机容量超过1亿千瓦，日本、美国和中国的装机规模处于前三位。全球水电资源丰富，通过合理利用地形，可以建设较大容量的抽水蓄能机组，更好地保障电网供电安全。 压缩空气储能是利用电力系统低谷时的剩余电量，带动空气压缩机，将空气压入大容量储气室，即将电能转化成可存储的压缩空气势能，当系统发电容量不足时，将压缩空气与油或天然气混合燃烧，推动燃气轮机做功发电，满足系统调峰需要。压缩空气储能具有容量大、使用寿命长、经济性好等优点，但发电时需要消耗化石能源，产生污染和碳排放。 电化学储能 电化学储能是目前最前沿的储能技术。近年来，钠硫电池、液流电池和锂离子电池储能等电化学储能技术发展较快，发展潜力巨大，应用前景广阔，有望率
电化学储能专题研究报告
正文目录 一、应用场景多元，多技术路线并存 (5) 1.1 广泛应用于电力系统，重点关注五大场景 (5) 1.2 多技术路线幵存，重点关注电化学储能 (7) 二、全球储能蓬勃发展，政策是重要推手 (10) 2.1 全球电化学储能快速发展，2012-2016年复合增速32% (10) 2.2 美国：补贴、强制采购等政策助推储能发展 (13) 三、国内蓄势待发，储能将迎机遇期 (15) 3.1 国内储能规模尚小，发展潜力大 (15) 3.2 有利因素积聚，国内储能发展有望换挡提速 (18) 3.3 各应用场景大项目井喷，国内储能发展即将提速 (22) 四、投资建议 (24)
图表目录 图表1储能技术在电力行业的主要应用场景和功能 (5) 图表2储能调频系统原理 (6) 图表3用户侧储能：谷价、平价阶段充电，峰价阶段放电 (7) 图表4铅炭电池原理图 (8) 图表5全钒液流电池原理图 (9) 图表6全钒液流储能系统布置图 (9) 图表7钠硫电池工作原理 (10) 图表8钠硫电池单电池内部结构 (10) 图表9四种电化学储能技术经济指标对比 (10) 图表10截至2016年底全球电化学储能累计装机规模1.77GW (11) 图表11截至2015年底全球电化学储能项目技术类型占比 (11) 图表12截至2015年底全球储能项目应用场景占比 (12) 图表13截至2015年底全球储能项目区域分布 (12) 图表142015年7月~2016年12月全球新增的规划储能装机达2.5GW (12) 图表15美国年度储能新增装机预测（MW） (13) 图表16美国储能产业链主要的供应商 (14) 图表172016年CPUC对SGIP改革的主要内容，储能预算占比75% (14) 图表18SGIP对于每瓦时储能系统的补贴基准 (14) 图表19加州三大公用事业公司储能采购目标与时间表（MW） (15) 图表20截至2016年我国电化学储能累计装机规模243MW (16) 图表21截至2015年底各应用场景储能项目占比 (16) 图表22截至2015年底的国内储能项目技术分类 (16) 图表232016年国内新增投运储能项目装机规模TOP10 (17) 图表24我国储能产业发展三个阶段 (17) 图表25到2020年国内电储能累计装机规模有望达2GW (18) 图表26东北地区已开展电力辅助服务试点 (18) 图表27东北地区电试行储能与火电机组联合调峰按照深度调峰管理 (19) 图表28国内近年发布的与储能相关的主要政策文件 (19) 图表29截至2016年国内累计风电装机规模148.6GW (20) 图表302016年全国弃风率达17% (20) 图表31新电改主要政策文件 (20) 图表32锂电储能电池系统平均成本快速下降 (21) 图表33江苏省普通工业用户峰谷分时销售电价表（元/度电） (21)
电化学储能项目 可行性研究报告 xxx实业发展公司
电化学储能项目可行性研究报告目录 第一章项目总论 第二章项目必要性分析 第三章产业研究分析 第四章建设内容 第五章项目建设地分析 第六章土建工程方案 第七章工艺可行性 第八章环保和清洁生产说明 第九章项目职业安全 第十章风险防范措施 第十一章节能评价 第十二章进度方案 第十三章项目投资估算 第十四章经济评价 第十五章招标方案 第十六章总结评价
第一章项目总论 一、项目承办单位基本情况 （一）公司名称 xxx实业发展公司 （二）公司简介 公司坚持以科技创新为动力，建立了基础设施较为先进的技术中心，建成了较为完善的科技创新体系。通过自主研发、技术合作和引进消化吸收等多种途径，不断推动产品技术升级。公司主导产品质量和生产工艺居国内领先水平，具有显著的竞争优势。 公司根据自身发展的需要，拟在项目建设地建设项目，同时，为公司后期产品的研制开发预留发展余地，项目建成投产后，不仅大幅度提升项目承办单位项目产品产业化水平，为新产品研发打下良好基础，有力促进公司经济效益和社会效益的提高，将带动区域内相关行业发展，形成配套的产业集群，为当地经济发展做出应有的贡献。 贯彻落实创新驱动发展战略，坚持问题导向，面向未来发展，服务公司战略，制定科技创新规划及年度实施计划，进行核心工艺和关键技术攻关，建立了包括项目立项审批、实施监督、效果评价、成果奖励等方面的技术创新管理机制。 （三）公司经济效益分析
上一年度，xxx集团实现营业收入8712.21万元，同比增长14.72%（1118.19万元）。其中，主营业业务电化学储能生产及销售收入为7036.80万元，占营业总收入的80.77%。 根据初步统计测算，公司实现利润总额2464.09万元，较去年同期相比增长508.41万元，增长率26.00%；实现净利润1848.07万元，较去年同期相比增长261.77万元，增长率16.50%。 上年度主要经济指标
光伏发电及化学储能研究现状简介 一、光伏发电 光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。 1、光伏电池的分类 （1）单晶硅光伏电池 单晶硅光伏电池是开发较早、转换率最高和产量较大的一种光伏电池。目前单晶硅光伏电池转换效率在我国已经平均达到14.5％至15.5%,而实验室记录的最高转换效率超过了24.7%。这种光伏电池一般以高纯的单晶硅硅棒为原料，纯度要求99.9999%。 单晶硅光伏电池又分为普通单晶硅光伏电池和背接触式单晶硅光伏电池，背接触硅太阳电池是指电池的发射区电极和基区电极均位于电池背面的一种硅太阳电池。背接触电池有很多优点：①效率高。由于降低或完全消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率，有报道称某新型背接触单晶硅光伏电池效率高达21%。②易组装。采用全新的组件封装模式进行共面连接，既减小了电池片间的间隔，提
高了封装密度，又简化了制作工艺，降低了封装难度。③更美观。电池的正面均一、美观，满足了消费者的审美要求。 图1 单晶硅电池 （2）多晶硅光伏电池 多晶硅光伏电池是以多晶硅材料为基体的光伏电池。由于多晶硅材料多以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，因而生产时间缩短，制造成本大幅度降低。再加之单晶硅硅棒呈圆柱状，用此制作的光伏电池也是圆片，因而组成光伏组件后平面利用率较低。与单晶硅光伏电池相比，多晶硅光伏电池就显得具有一定竞争优势。目前实验室最高光电转换效率为20.3%，商业化批量生产效率为14%至14.5%。
2021 年电化学储能行业分析报告 2021 年2 月
目录 一、锂电储能应用广泛，装机规模持续提升潜力巨大 (6) 1、抽水蓄能装机规模最大，锂电储能快速发展 (7) 2、电化学储能产业链：上游材料、中游核心部件制造、下游应用 (9) 二、五年三千亿市场空间可期，能源革命是核心驱动力 (10) 1、能源结构转型对电网的冲击是发输配电侧储能的底层逻辑 (10) （1）全球脱碳趋势明确，高比例可再Th能源结构转型加速 (10) （2）可再Th能源波动性与电网稳定性的根本性矛盾催Th储能需求 (12) （3）发电侧与输配电侧储能的本质作用基本相同，未来5 年需求约131GWh (16) 2、多因素作用推动用电侧储能快速发展，未来5 年需求约93GWh (18) （1）欧美主要国家用电成本高昂，分布式光伏系统快速发展为储能提供市场基础18 （2）上网补贴（FIT）和净计量（NEM）政策到期或削减，分布式搭配储能有望得到推广19 （3）部分国家电力供应稳定性较差，不同规模的停电事件时有发Th，储能接受度提升19 （4）2010-2019 年锂电池价格下降87%，带动系统成本快速下降，储能经济性逐渐显现 (21) （5）未来5 年用电侧的储能系统需求约93GWh，年均复合增速95% (21) 3、5G 基站建设周期带动后备电源需求大幅提升 (22) （1）5G 建设加速，2019-2028 年宏基站需求近500 万个 (22) （2）5G 基站功耗大幅提升2.5-4 倍，带动后备电源扩容需求大幅增加 (23) （3）磷酸铁锂电池成为5G 基站后备电源的主流技术路线 (24) （4）未来5 年5G 基站的储能系统需求近35GWh (25) 4、汽车电动化转型加速，光储充模式有望推广 (26) （1）汽车电动化转型加速，未来5 年充电设施有望新增约440 万台 (26) （2）光储充一体化充电站模式有望推广，未来5 年国内储能系统需求约6.8GWh .27
我国电化学储能技术分布现状 什么是储能? 广义来讲，储能即能量存储，是指通过一种介质或设备，把一种能量形式用同一种或转换成另一种能量形式存储起来，需要以特定能量形式释放出来的循环过程。 狭义而言，储能是针对电能的存储，是指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放的一系列技术和措施。 从定义我们可知，广义储能是指所有能量的存储，包括储热和储电。而狭义的储能仅指电能的存储，本文讨论的“储能”即取其狭义。 储能技术分类 储能分为物理储能和化学储能，这两者的技术特点如下： 物理储能：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。 特点：采用水、空气等作为储能介质，储能介质不发生化学变化。 电化学储能：铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、镍氢电池等。 特点：利用化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。 物理储能和化学储能的区别在于，储能介质是否发生化学变化。业内机构的统计数据显示，从2000年至2016年，我国储能市场累计装机规模各种储能方式中，蓄水储能占比最大，但增长缓慢。而以锂离子电池为代表的电化学储能却增长迅速，占比不断增加，电化学储能市场极具增长潜力。 电化学储能市场技术分布 据中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2017》统计数据显示，2016年，我国新增投运的电化学储能项目几乎全部使用锂离子电池和铅蓄电池，两类技术的新增装机占比分别为62%和37%。 2016年，在我国新增投运装机规模的同比增速方面，锂离子电池以256%的增速占据首位;此外，锂离子电池在可再生能源并网领域中的新增装机占比最大，高达70%;铅蓄电池在分布式发电及微网领域的新增装机占比最大，达69%。 从各技术的分布地域来看，锂离子电池在各地区均有分布，其中在东北、华中、华南、西北和西南占比最大;铅蓄电池在华北和华东地区占比最大;液流电池主要分布在东北地区。 但是从全球范围来看，2016年，新增投运的电化学储能项目主要采用锂离子电池、钠硫电池和铅蓄电池等储能技术，三种技术的新增装机规模共占全部新增项目装机规模的
中国电化学储能行业概况研究 随着新一代能源革命的到来，可再生能源在电力能源供给中的比重越来越 大，同时能源消费也出现了巨大变化，如新能源汽车的普及等。无论是发电侧、 输配电还是用户侧，对储能的需求都越来越大。 电化学储能受益于电池技术进步和成本下降，正在成为越来越重要的储能方 式。而物理储能和电磁储能受限于自身条件的限制，已难以满足市场的需求。随 着电池技术的迅速发展，电池成本大幅下降，如锂离子电池成本自2010 年以来 下降了接近80%，根据国家于2017 年11 月发布的《节能与新能源汽车技术路线 图》，到2020 年锂电系统成本将降至1 元/Wh 以下，且随着退役动力电池进入 梯次利用领域，电化学储能成本将会进一步下降，将推动电化学储能行业进入快 速发展期。
（1）储能的分类及作用 储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、 化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、纳硫电池、锂离子电池等）和电磁 储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）。 储能对新能源的利用具有重大意义，是能源革命的重要环节。随着储能成本 逐年下降，储能技术不断进步，储能在全球范围内越来越受到重视。 储能的应用场景
率、输配电侧改善电能质量并提高可再生能源的利用率、用户侧消峰填谷等。
（2）电化学储能系统的构成 电化学储能系统主要由四个部分组成，即由电池、电池管理系统（BMS）、 储能变流器（PCS）以及对整个系统进行监控以及通讯的系统。 储能变流器（PCS）可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的能量变 换，也可以在无电网情况下直接为交流负荷供电。按输入储能双向变流器的电能 形式分，储能双向变流器可以分为直流储能双向变流器、交流储能双向变流器。 直流储能双向变流器主要适用如光伏发电形成的直流电存储场景，能够减少了电 能变换环节，提高系统转换效率并降低投资成本；交流储能双向变流器适用的存 储场景较多，如用于电网的调频、调峰电能存储场景等。