如何解决储能系统的五大挑战(1).docx

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1、如何解决储能系统的五大挑战目录前言11 .挑战一：安全12 .挑战二：经济性43 .挑战三：准确的电池监控84 .挑战四：电芯和电池组的平衡能力95 .挑战五：标准化106 .结论11前言光伏和风电为电网带来了可再生能源，其最主要的限制是供需不平衡，既中午光伏充足时，需求并不高，而当早晨或夜晚用电尖峰时，却不能发电，无法最大化利用新能源。适用于公用事业规模、住宅以及商业和工业场景的储能系统（ESS）应用在白天从光伏和风能等可再生能源中捕获能量，并在需求或电网电价较高时输送这些电能。通过存储能源以供高峰时段使用，ESS可以稳定电网并降低能源成本。也正因此，电池储能系统（BESS）如今变得非常流行

2、，但也产生了很多设计挑战，具体包括安全使用；准确监测电池电压、温度和电流；电芯和电池组之间的平衡。1 .挑战一：安全第一个挑战是在BESS的整个使用寿命（通常超过10年）内保持电池安全。BESS应用通常使用锂离子（1i-ion电池，特别是磷酸铁锂（1iFePO4）电池。如果电压、温度和电流超过其最大限制，锂离子电池很容易冒烟、起火或爆炸，因此电池的电压、温度和电流数据监测和保护非常重要。因此，应该考虑并分析电池故障和电池管理系统故障的可能性。图1展示了BESS架构。T1用于储能系统的可堆叠电池管理单元参考设计描述了一个可堆叠电池管理单元（BMU）,该单元使用BQ79616来检测冗余数据测量。储

3、能系统的电池控制单元参考设计则展示了一个电池控制单元（BCU）,带有确保系统安全的开关。图1BESS架构根据不完全统计，近十年全球储能安全事故发生60余起。2023年全球储能市场爆发，大规模储能项目越来越多，单个储能项目规模越来越大，储能安全隐患也随之增大。其中，有两个关注点1）一是安全事故多发于锂离子电池，一旦发生，通常事故等级高，损失惨重。例如2018年7月2日，韩国一风力发电园区内ESS储能设备发生重大火灾事故，造成706由规模电池建筑和3500块以上锂电池全部烧毁。2）二是多事故发生在电站投运一段时间后，储能全生命周期的安全问题引发重视。表1部分储能电站爆炸事故详情国事/地区容量(MW

4、h)用途形态事触类型储能技术事故日期使用时间日本/需求管理组装式充电中辆硅电池2011.09/美国20风电集装雨充电中铝酸电池2012.086个月美国/亚利桑酮州2需求管理集片箱/三元2019.042年比利时/集袋箱/理电池2017.11/中国/1h西/我率集装箱充电后休止三元20175/中国/江苏/需求管理集装箱/碉酸铁锂2018/中国/北京2用户例集装箱运行维护中锂电池2019.051年8个月中EB/北京25光储充海发土安装调试磷酸铁理2023XM/国/全北146风力集之箱安装中（保管）三元2017D8/依国/庆北8.6续率集装箱修理检查中三元2018.051年10个月精国/全南14风力组

5、建式面板修理检查中三元2018.062年5个月特国/全南18.965太阳靛组建式面板充电后休止三元2018.066个月代国/全南2.99太阳能组建式面板充电后休止三元201877个月仲国/庆南9.7风力组建式面板，三元2018.071年7个月M目/世宗18需求管理组建式面板安装中（施工）三元2018.07Z蚓国/田北5.989太阳能组建式面板充电后休止三元2018.098个月忠南6太阳能蛆建式面板安装中（施：D三元2018.09/特国/济州0.18太阳能港及土充电中三元2018.094年特国曲般17.7频率集装箱修理检查中三元2018.102年7个月储能电站建设全流程涉及的标准均尚未落地储能正

6、处于由研发示范向商业化过渡的关键时期，迫切需要建立健全储能技术标准为产业发展保驾护航。实际上，储能标准涉及设计、运输、安装、验收、投运、运维、灾后处理、电池回收等多个环节。但在电化学储能技术统一规范、并网调度规则、产品检测认证等方面仍无明确标准；储能系统运输、安装、调试、运维方面的安全性标准尚不成熟；对储能消防要求、环保、社会经济效益等方面的评价标准仍是空白。在光伏强制配储的背景下，缺乏电网公司对储能系统调度频次、充放电次数等的明确规定，储能产品的质量和安全无法保证。表2储能全流程涉及六类标准设计标准规定项目选址、规划、布局，电器接线要求等.保证对环境的安全和结构安全生产控制标准对生产车间的原

7、材料进行把关.目前国家标准电力储能用锂离子电池监造导则正在起草,将来根据此类标准对锂离子电池生产过程进行控制，实现有标准可依0此外，生产控制标准还为施工现场管理监督提供依据，但目前储能行业无此标准到货验收标准通过对主要到货部件进行抽样验收，保证出厂、运输过程中没有损坏竣工验收标准通过对系统安装过程以及整体进行验收,保证项目文件、消防安全、电气安全等质量并网调试标准模拟电网异常时.接入电网的电站对电网的支撑性测试，包括电能质量、高低电压穿越、功率控制等日常运行维护为了保障电站安全运营与收益标准类型具体内容资料来源：索比储能网.华安证券.EnergyTrend储能安全总责环节向专业化过渡道阻且长一

8、般来说，中游的储能系统集成环节是安全问题“第一责任人中游储能系统集成具备标准化机架式设备，组装难度低。一般地，下游客户对上游元器件的要求较高，而对集成商的品牌关注度较低，因此“低毛利、高营收的特性吸引了众多企业入局，内卷激烈。而下游的所有权、使用权和收益权分化，权责不明晰，均无法对全链条安全问题负责。由于储能集成系统是对上游元器件的耦合，成为唯一能对整个储能系统产品的安全负责的环节。未来集成商将向专业化过渡，例如必须熟悉上游三大核心技术，因此向上游环节拓展是一大路径，但集成商向上游拓展难。而上游各环节要么技术壁垒高，要么规模效应明显，进入壁垒高。另外，上游竞争格局稳定，未来将朝着市场细化演进，

9、而各细分市场的龙头企业已具备边际优势，保护壁垒难以打破，集成商专业化道阻且长。2 .挑战二：经济性国内电力市场的交易模式和地区政策不完善国内电力市场盈利模式尚不完善。从现货市场来看，与国外相比，我国的现货市场以发电侧单边交易为主，价格信号无法传导到用户侧形成有效激励引导，商业模式未形成闭环。从中长期交易市场来看，美国电力整体市场通过竞争性拍卖进行发电资源交易；零售市场允许消费者自主选择供电商；中国电力市场以计划调度和双边协商为主，市场化程度相对较低。虽然各地出台了一些辅助服务政策，但交易品种单一，难以覆盖储能投资成本。另外，各地市相关辅助服务政策不一，部分地区没有长效政策机制，缺乏稳定性，投资

10、风险较大，一定程度上制约了投资者的参与积极性。图22019年美国电力市场结构图片来源：IS0RT0Counci1,华安证券研究所（注：彩色部分代表已经进行了市场化改革的区域电网）储能电站参与电力市场中长期或日前充放电量电价、调峰补偿电价报量报价，储能电站独立组织电量双边协商或集中竞价报量报价,与其他电源统一组织日前容量、调节里程集中竞价容量补偿、里程补偿储能投资成本高导致供应商低价竞争当前，储能电站建设成本较高。储能电站成本分为技术成本和非技术成本，其中技术成本高主要是因为储能尚未规模化应用，电池、PCS、EMS等设备成本高。非技术成本高，主要是储能电站开发、土地、接入、并网验收、融资成本高。

11、如若市场出现低价竞争，会忽视质量与安全。根据毕马威新型储能助力能源转型报告，当前新能源企业配储成本主要由企业自身承担，压力较大。例如，一座光伏电站配建装机量20%、时长2小时的储能项目，其初始投资将增加8%-10%;而风电场配建同样容量的储能项目，其初始投资成本将增加15%-20%,内部收益率降低0.5%2%不等。因此，发电企业出于经济性考虑，会更倾向于选择低成本储能项目，相对忽视性能和安全问题，传导到储能供应方就会引发低价竞争问题，甚至导致劣币驱逐良币。表3风电渗透率越高，储能建设成本越高资料来源：电力储能经济性分析与综合评价方法研究，华安证券成本手（万美元）/风电*逢率（）0%S%10%1

12、5%20%燃料成本0.72-1.55-0.474.2515.15启动成本27.6720.5632.1222.2423.13备用服务成本1.631.671J42440.52启停补偿00000深度调峰00.030.171161.25环保成本0.70.740.670.460.84网损成本-1.32-0.53-9.513。2628.7总成本29.420.9224.1343.8169.59储能电站市场参与度、收益性和贡献率较低目前储能度电成本约为0.8元/kWh,而大多调峰价格均低于0.8元/kWh,不具备经济性，市场参与积极性不高。根据中电联数据，中国当前电化学储能项目平均等效利用系数仅为12.2%。

13、个别项目存在仅部分储能单元被调用、每月平均充放2次、甚至基本不调用的情况。目前运维成本高于预期，以AGC储能调频为例，按照设计寿命，电池组深浅组合充放需保障3年以上。但部分电站实际运行中，由于电池充、放电过于频繁，容量衰减过快，投运半年就需要大规模更换电池，质量隐患高，原有的全周期投资收益逻辑不成立，运维成本高。早期储能构网能力不足：很多储能项目在前期论证阶段，都按照电网中新能源最大弃电规模进行调用情况测，放大了电网的调用需求。另外，早期的储能只有充放电功能，不具备稳定支撑等构网型能力，同时单体规模较小，对调峰弃电、断面受限等问题的解决贡献度偏低，限制了应用范围。3 .挑战三：准确的电池监控准

14、确的电池数据可确保安全并最大限度地提高能量的存储能力。考虑到1iFePO4充电和放电曲线的宽而平坦的区域，微小的电池电压测量误差可能会导致巨大的剩余容量误差，因此准确的电池电压和电池组电流测量对于准确的充电状态估计非常重要。准确的充电状态信息是避免电池错误平衡的关键，其中过度充电和过度放电可能会破坏电池的健康。另一个重要的测量是温度。大多数电池起火、爆炸事故都是由电池热失控引起的。图5显示了TI的可堆叠电池管理单元参考设计，该设计使用BQ79616电池监视器在-20。C至65范围内实现了3mV电池电压误差。对于住宅系统，设计人员可以选择使用BQ76952电池监视器，该监视器可以在-20至65范围内实现5mV电池电压误差。多路复用器开关扩展了温度测量通道，以确保监控每个电池芯和电源总线连接器的温度。可堆叠电池参考设计保留了额外的温度通道，用于多路复用器开关的诊断检查。图5可堆叠电池管理单元参考设计准确可靠的电流测量解决方案对于ESS充电状态监控也是必要的。BQ79731-Q1电压和电流传感器集成了双24位电流感