2022年9月电化学储能系统集成技术分析报告

1、关于电化学储能系统集成技术的思考2022年09月2一、公司简介二、行业发展概况三、集成技术难点和解决措施四、集成技术的几点思考目录33能建时代（上海）新型储能技术研究院有限公司于2022年8月5日在上海徐汇区注册成立，由电 规总院控股，宁德时代、江苏省电力设计院、华东电力设计院、中能装备投资参股的国有控股合 资公司。公司定位于面向能源创新技术前沿的储能核心产品及系统解决方案供应商，主要从事储 能行业政策研究、技术创新、标准制定，储能电站系统解决方案咨询服务和产品服务。 公司简介4一、公司简介二、行业发展概况三、集成技术难点和解决措施四、集成技术的几点思考目录5行业发展概况新型储能是助力双碳 战

2、略目标实现的重要 支撑“ 构建现代能源体系” 已 经成为十四五规划的重要 版图之一储能产业布局被列入中 华人民共和国国民经济和 社会发展第十四个五年规 划和2035年远景目标纲要新型储能是支撑新型 电力系统的重要技术 和基础装备关于加快推动新型储能 发展的指导意见等政策 逐步确立储能在新能源体 系中的基础设施地位能够与新型电力系统各环 节深度融合， 突破供需时 间与空间上的限制， 促进 源、网、荷协同发展新型储能也是打造能 源技术竞争优势的重 要路径储能是新一轮科技革命和 产业革命的关键领域之一美国、欧盟、澳大利亚、 日韩等国持续积极推动清 洁能源发展， 储能将拥有 更加广阔的应用空间中国能建

3、战略目标围绕“3060”系统解决方 案“ 一个中心” 和储能、 氢能“两个基本点”致力于推动储能技术与产 业发展快速形成“ 研、投、建、 营一体化” 储能业务的整 体解决方案62021年国内新增储能装机功率比例2021年全球新增储能装机功率比例2021年全球市场中，新增电化学储能功率装机7536.2MW，占比57.6%，首次突破7GW，已超过抽水蓄能新增装机。2021年国内市场中，新增电化学储能功率装机1844.6MW，占比24.9%，同比增长18%，累计突破5GW，2019-2021年三年功率装机占比80.2%。锂离子电池在新型储能新增装机中占据绝对主体地位。行业发展概况7从应用场景分析，以

4、新能源侧储能、电源侧 辅助服务和电网侧储能的 大规模应用为主。根据关于加快推动新型储能发展的指导意见预测，到2025年，新型储能装机规模将达3000万千瓦以上，从地方 项目的实际规划、建设进度看，新增装机的规模超预期。全球电化学储能应用市场国内电化学储能应用市场新型电力系统稳步建设政策支持力度加大市场机制深入探索多领域融合逐步渗透“十四五”将成为新型储能 商业化、规模化应用发展的关键时期。行业发展概况新型储能技术路线具有多样化特征。多种新型储能技术正逐步从示范试验走向商 业化应用，在电力系统各个环节发挥重要作 用。但现状来看，锂电池储能在规模化发展的新 型储能中占据绝对主导地位，短时期内缺乏

5、可等量替代的技术路线。锂电池原材料供应紧张导致电芯制造、系统 集成成本加大、利润降低。长时新型储能亟待发展。新型储能的度电成本距离抽水蓄能还有差距。在技术安全、成本控制、商业模式等方面 各类储能技术还存在较大的优化空间，发展高安 全、长寿命、高可靠、低成本、易回收的储能是 行业的发展趋势。技术类别项目功率 规模放电时 长响应 时间综合效 率/%循环寿命/次功率型 应用容量型 应用技术成 熟度度电成 本/ 元/kWh抽水储能百MW以 上1-24hmin 级70-8015000-25000不适合完全适 合成熟0.21-0.25压缩空气储 能几十-几百 MW1-24hmin 级65-7515000-

6、25000不适合完全适 合商业化 早期0.20-0.24全钒液流电 池kW-百 MWm-hms级65-755000-15000+不适合完全适 合商业化 早期0.7-1.0氢储能kW-百MW以上NANA35-50NANA完全适 合开发阶 段50-80元/kg飞轮储能kW-几十 MWs- 30minms级90100000+完全适 合不适合商业化 早期9.2-12.7元/MW超级电容储 能kW-几十 MWs-mms级70-95100000+完全适 合不适合开发阶 段12.7-17.3元/MW铅酸（铅碳） 电池kW-几十 MWm-hms级50-85300-1500适合完全适 合成熟0.5-0.7锂电池

7、kW-几百 MWm-hms级85-956000-10000完全适 合完全适 合成熟0.6-0.8钠离子电池kW-几十 MWm-hms级803000或更高完全适 合完全适 合开发阶 段0.9-1.2注：功率型储能成本按里程成本计（飞轮储能、超级电容储能），氢储能按终端氢价格计，其他类型按度电成本计。8行业发展概况根据“十四五”新型储能发展实施方案，到2025年，系统成本要降低30%以上。为实现这一目标，需在产业链各 个环节加强技术创新，提升系统性能，加快核心元件，通过规模化、技术创新等手段降低成本。储能产业链示意图需解决的问题电芯方面，综合特性与场景的适配性有待加强；储能变流器方面，保护、控制等

8、有待加强，IGBT国产化进程有待加速；电池管理系统方面，采集、计算精度需加强，规范化程度低；能量管理系统方面，应对复杂功能要求的能力需提升；消防装备方面，体系尚不完善；集成方面，标准化、模块化程度低，整体集成方案有待开发。需达到的目标到2025年，新型储能技术创新能力显著提高，核心技术装备自主可控水平大 幅提升，在高安全、低成本、高可靠、长寿命等方面取得长足进步。到2030年，新型储能核心技术装备自主可控，技术创新和产业水平稳居全球 前列。9行业发展概况10一、公司简介二、行业发展概况三、集成技术难点和解决措施四、集成技术的几点思考目录1111储能系统的初始投资成本高是制约储能商业化、规模化应

9、用的主要因素，通过将直流侧 最高电压由1000V提升到1500V，以单套40呎步入式电池舱（风冷）为例，直流侧输出 能量由2.5MWh提高到3.5MWh左右，非步入式直流侧输出能量最大可达5MWh左右，PCS额定功率由630kW提高到1725kW左右，极大的提高了功率和能量密度，减少设备 数量和建设成本，结合大容量电芯的使用，有效的降低初始投资成本。集成技术难点和解决措施-初始投资成本12集成技术难点和解决措施-短板效应常规集中式储能单元由大量的单体电芯串并联 而成，簇内电池的一致性和簇间环流影响储能 电站全寿命周期成本，影响储能系统安全、寿 命等指标。成组筛选拓扑结构热管理BMS管理运行方式

10、序号额定能量电芯拓扑（V）(Ah)（kWh)数量单体电芯3.22800.94320电池模块24S1P76.828021.5180电池簇360S1P1152280322.612 电池阵列360S12P115233603870.71典型案例接线额定电压额定容量1313集成技术难点和解决措施-运行温度风冷模块液冷模块温度影响电池的活性，温差过高或过低影响储能系统的可用率、寿命和效率等性能，甚至带来安全隐患，同时温 度的不均衡加深电池长期运行的一致性差异。液冷储能的趋势为采用非步入式舱体，冷却媒介一般采用乙二醇水溶液，电池的热量通过冷却液带出，并通过换 热器进行换热。液冷系统温差3-5左右，保证电芯的

11、一 致性水平，液冷系统可具有能量密度高、综合成本低、站 用电损耗低、放电深度高、电池衰减小等特点，设备采购成本略高于风冷系统，整站建设综合成本与风冷系统相当， 长期运行的成本、能效与稳定性较风冷系统有一定的优势。储能液冷设备1414级联型拓扑集成技术难点和解决措施-簇间环流电池簇回路DC/DC模块由于电池额定容量、电压、内阻和衰减特性的差异，常规集中式储能单 元电池簇间存在环流的影响，造成储 能系统的可放电能量减少，同时带来 安全隐患。储能单元拓扑一般可通过采用级联型拓扑结构或在电池簇回路增加DC/DC变流器等方式避免簇间环流。15澳大利亚维多利亚州储能事故美国亚利桑那州储能事故集成技术难点和

12、解决措施-安全机理磷酸铁锂电池为主的储能电池在发生热失控后，电池内部温度迅速升高，电池内部发 生SEI膜分解、电极材料分解等反应，并释放出H2、CO、烷烃类等可燃助燃气体，引 发火灾甚至爆炸事故。16集成技术难点和解决措施-电气安全塑壳断路器分断能力：40kA熔断器分断能力：250kA随着直流侧最高电压1500V储能系统的普及，储能电池串并联数量的增加，储能单元直流侧短路电流也急剧增加，给储能单元的直流侧设备选型和安全运行带来影响。通过减少电池的串并联、电池簇设置DC/DC、级联型或组串式PCS等减少直流侧短路电流；直流侧开关一般采用断路器或熔断器+负荷（隔离）开关的方式进行短路保护和检修隔离

13、。161717消防安全仍是当前电化学储能行业的难点，采取“预防为主、防消结合”的理念电池舱设置H2、CO可燃气体探测器，感温感 烟探测器，与BMS、空调、排风系统等联动。电池舱设置防爆型通风装置。电池舱设置水消防、七氟丙烷、全氟己酮、 细水雾等消防设施。设置全站消防给水系统。集成技术难点和解决措施-消防安全1818集成技术难点和解决措施-控制通信技术大型储能可实现一次调频、快速调压、源 网荷储紧急支撑等快速响应能力，一般通过 配置PCS协调控制器，实现多台PCS的快速和 同步控制以及毫秒级的调节功能。PCS、BMS可采用IEC104、IEC61850等 规约与站控层进行信息交互，通过统一规约

14、提高通信速率和监控网络的可靠性。1919集成技术难点和解决措施-环境适应性高海拔设备电气设备安全 净距校验保温隔热措施加热措施密封胶进出风口设置 防沙棉合理设置风道电气设备爬电 比距舱体喷涂防腐 漆在沙漠、戈壁、荒漠地区的风光大基地或海上风电配套建设储能常常面临着 严苛的运行环境，储能系统的集成需考虑高海拔、低气温、强风沙、强腐蚀 等环境适应性。高海拔低气温强风沙强腐蚀20一、公司简介二、行业发展概况三、集成技术难点和解决措施四、集成技术的几点思考目录21电化学储能集成技术迭代速度快、多专业融合度，储能系统集成应立于安全为基础，以提升运行可靠性和降低全寿命周期成本为首要目标，重视元器件的国产化；储能系统的集成技术应适应新型电力系统的特征和需求，系统化构建满足调峰、 调频、应急响应等场景的“三电架构”，加强对新型电力系统的支撑能力；电池荷电状态的参数量测、计算分析是难点，准确地荷电状态判别是电池有效控 制、保护的基础，需要在传感技术、数据分析方面继续发展。重视运行大数据的价值利用，避免掉入“数据坟墓”，有效的数据利用