2023儲(chǔ)能電站系統(tǒng)全面解析

電化學(xué)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)全面解析

2023目錄儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景儲(chǔ)能成本分析2一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)31.1

系統(tǒng)的定義、功能、組成儲(chǔ)能技術(shù)是指利用化學(xué)或者物理的方法將一次能源產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)起來，并在需要時(shí)釋放。包括能量和物質(zhì)的輸入和輸出、能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存設(shè)備。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Battery

Energy

Storage

System，簡(jiǎn)稱BESS）是一個(gè)利用采鋰電池/鉛電池作為能量儲(chǔ)存載體，一定時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)電能和一定時(shí)間內(nèi)供應(yīng)電能的系統(tǒng)，具有平滑過渡、削峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓等功能。目前儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能單元和監(jiān)控與調(diào)度管理單元組成：儲(chǔ)能單元包含儲(chǔ)能電池組（BA）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲(chǔ)能變流器（PCS）等；監(jiān)控與調(diào)度管理單元包括中央控制系統(tǒng)（MGCC）、能量管理系統(tǒng)（EMS）等。一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.2

主要技術(shù)路線類型4一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.2

主要技術(shù)路線類型各種技術(shù)路線的主要特點(diǎn)5一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.2

主要技術(shù)路線類型鈷酸鋰磷酸鐵鋰三元（鎳鈷錳）三元（鎳鈷鋁）錳酸鋰鈦酸鋰6項(xiàng)目三元NCM磷酸鐵鋰LFP材料結(jié)構(gòu)特性層狀結(jié)構(gòu)（111）正交橄欖石型結(jié)構(gòu)理論容量＞250

mAh·g-1170mAh·g-1實(shí)際克容量160-170

mAh·g-1110-165

mAh·g-1標(biāo)稱電壓3.6

V3.2

V電壓范圍3.0-4.3

V2.8-3.65

V質(zhì)量能量密度約249

Wh/kg約135

Wh/kg循環(huán)壽命＞3000次＞5000次安全性1. 主要是由鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰三種材料組成1，. 熱穩(wěn)定性好，其晶體結(jié)構(gòu)中的氧以磷氧四面體熱穩(wěn)定性較差，220℃左右產(chǎn)生氧氣；200℃左右結(jié)構(gòu)存在，在1000℃條件下都不會(huì)釋放氧氣；發(fā)生分解，反應(yīng)劇烈；2. 800℃左右發(fā)生分解；2. 在內(nèi)短、局部高阻抗過熱、外短、擠壓、穿刺、3. 發(fā)生意外時(shí)，內(nèi)部只有可燃物（還原性氣體和碰撞等條件下內(nèi)部極芯溫度及易達(dá)到200℃-液體）和點(diǎn)火源，沒有助燃劑（氧氣），爆炸300℃，產(chǎn)生大量氧氣，易著火。可能性低。成

本成本更高成本更低小結(jié)1. 能量密度：三元鋰電池能量密度更高（層狀結(jié)構(gòu)利于鋰離子嵌入和脫出），約為同質(zhì)量磷酸鐵鋰電池的1.8倍左右，項(xiàng)目容量占地面積??；2. 循環(huán)壽命：磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命長，放電電壓平臺(tái)平穩(wěn)，充放電過程中無相變；三元電池放電平臺(tái)不平穩(wěn)，充放電過程中存在相變?cè)斐扇萘克p，循環(huán)壽命較短；3. 安全性能：磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能更好。7一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)81.3

基礎(chǔ)名詞、概念、對(duì)應(yīng)的英文單詞——系統(tǒng)組成電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BatteryEnergy

StorageSystem，BESS）電芯（BatteryCell）：?jiǎn)蝹€(gè)電池，電池的最小單元；電池模組（BatteryModule/Pack）：一系列單個(gè)電池的標(biāo)準(zhǔn)封裝；

電池架/簇（BatteryRack/Cluster）：一系列電池模組組成的儲(chǔ)能單元；電池匯流柜（Battery

Collection

Panel,

BCP）：介于電池機(jī)架和儲(chǔ)能逆變器之間,類似于光伏直流匯流箱；儲(chǔ)能變流器(Power

Conversion

System,PCS):雙向直流交流逆變器；電池管理系統(tǒng)(Battery

management

system,

BMS)：智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。能量管理系統(tǒng)(Energy

managementsystem,EMS)?暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）:通常用在電池集裝箱內(nèi)，保證電池通風(fēng)散熱和保暖；QG1一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)電芯（Battery

Cell）：?jiǎn)蝹€(gè)電池，電池的最小單元；電池模組（BatteryModule/Pack）：一系列單個(gè)電池的標(biāo)準(zhǔn)封裝；電池架/簇（Battery

Rack/Cluster）：一系列電池模組組成的儲(chǔ)能單元；9一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.3

基礎(chǔ)名詞、概念、對(duì)應(yīng)的英文單詞電池匯流柜（Battery

CollectionPanel,

BCP）：介于電池機(jī)架和儲(chǔ)能逆變器之間,類似于光伏直流匯流箱；儲(chǔ)能變流器(PowerConversionSystem,

PCS):雙向直流交流逆變器；電池管理系統(tǒng)(Battery

managementsystem,BMS)：智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）:通常用在電池集裝箱內(nèi)，保證電池通風(fēng)散熱和保暖；10一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)111.3基礎(chǔ)名詞、概念、對(duì)應(yīng)的英文單詞——性能指標(biāo)

電池容量：能夠容納或釋放的電荷Q，即電池容量（Ah）＝電流（A）x放電時(shí)間（h），單位一般為Ah（安時(shí)）。比如儲(chǔ)能電池標(biāo)注96Ah，那么在工作時(shí)電流為96A的時(shí)候，理論上可以使用1小時(shí)。電池能量：電池儲(chǔ)存的能量，單位為Wh（瓦時(shí)），能量（Wh）=電壓（V）×電池容量（Ah）。例如

3.2

V/96Ah的電池，其能量為307.2Wh，而如果我們把4節(jié)這樣的電池串聯(lián)，就組成了一個(gè)電壓是12.8V，容量為96Ah的電池組，雖然沒有提高電池容量，但總能量確提高了4倍。充放電速率（C-Rate）：放電倍率是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。即：充放電電流（A）/額定容量（Ah），其單位一般為C

(C-rate的簡(jiǎn)寫)，如0.5C，1C等一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)名詞、概念、對(duì)應(yīng)的英文單詞——性能指標(biāo)

荷電狀態(tài)（State

of

charge，SOC）荷電狀態(tài)，電池剩余容量,范圍是0~1,

1表示電池完全充滿，0表示電池完全放電；

放電深度（Depth

of

discharge，DOD）表示電池放電程度的一種量度，為放電容量與額定容量的比值，單位為％，例如，80％DOD，是指放電時(shí)放出額定容量的80％停止電池剩余容量（Endoflife，EOL），EOL

80意思是在其使用一段時(shí)間后其電池總體容量衰退至初始容量的80，對(duì)應(yīng)的有BOL，Beginningof

Life。12一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.3基礎(chǔ)名詞、概念、對(duì)應(yīng)的英文單詞——性能保證保證發(fā)電容量（Guaranteed

power

capacity，GPC）:儲(chǔ)能系統(tǒng)在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)放出的最低容量。循環(huán)效率（Round-trip

Efficiency，RTE）：考慮充放電時(shí)的設(shè)備損耗及自耗電后，電池充滿狀態(tài)下AC端放出的全部電量與AC端充滿所需的電量之比。循環(huán)壽命（Cycle

life）：電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)參數(shù)。循環(huán)壽命指的是電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。即在理想的溫濕度下，以額定的充放電電流進(jìn)行充放電，計(jì)算電池容量衰減到80時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。日歷壽命是指電池在使用環(huán)境條件下，經(jīng)過特定的使用工況，達(dá)到壽命終止條件(容量衰減到80

)

的時(shí)間跨度。一般業(yè)主可能會(huì)考核兩者的較小值。13一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.3基礎(chǔ)名詞、概念、對(duì)應(yīng)的英文單詞

自放電（Self-discharge）：電池充滿電之后，在與外電路沒有接觸和常溫放置的條件下，其電容量會(huì)自然衰減，通常，環(huán)境溫度對(duì)其影響較大，過高溫度會(huì)加速電池的自放電。電池容量衰減（自放電率）的表達(dá)方法和單位為：

/月14一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.4

主流廠家產(chǎn)品及特點(diǎn)電芯——CATL15電芯——BYD16電芯——南都電源17電芯——?；履茉?8電芯——上海電氣國軒19系統(tǒng)集成——CATL20風(fēng)冷方案系統(tǒng)集成——CATL21液冷方案系統(tǒng)集成——BYD22液冷方案系統(tǒng)集成——BYD23液冷方案外觀圖系統(tǒng)集成——深圳科陸24系統(tǒng)集成——陽光電源25系統(tǒng)集成——上能電氣26系統(tǒng)集成——上能電氣27典型集裝箱式儲(chǔ)能站28典型站房式儲(chǔ)能站29一、儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)1.4

儲(chǔ)能系統(tǒng)電氣接線30儲(chǔ)能站電氣接線311.5

儲(chǔ)能系統(tǒng)控制架構(gòu)電池管理系統(tǒng)BMS一般包括四級(jí)SCU（

SystemSiteControlUnit）BSU（

BatteryStackControlUnit）BCU（

BatteryClusterControlUnit）BMU（

BatteryModuleMonitoringUnit）主要功能實(shí)時(shí)電壓、電流、溫度等監(jiān)控實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)SOC估計(jì)各種過充、過放、過流、過壓、欠壓、高溫、低溫等異常情況警報(bào)和保護(hù)建立BMS的各個(gè)部分與EMS的通訊321.5

儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制架構(gòu)331.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防341.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防351.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防361.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防371.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防381.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防391.6

儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防401.7

儲(chǔ)能系統(tǒng)的通風(fēng)（HVAC）模組風(fēng)扇電池簇風(fēng)扇空調(diào)+風(fēng)道空調(diào)風(fēng)冷411.7

儲(chǔ)能系統(tǒng)的通風(fēng)（HVAC）液冷421.8

儲(chǔ)能系統(tǒng)的生產(chǎn)周期、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及安裝集裝箱式43一般50MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)從合同簽訂到交貨約4~5個(gè)月站房式1.8

儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及安裝磷酸鐵鋰電池的儲(chǔ)存溫度在18-25

℃較適宜存儲(chǔ)倉庫應(yīng)保持干燥、通風(fēng)，控制濕度倉庫應(yīng)滿足9級(jí)危險(xiǎn)品存儲(chǔ)等級(jí)主要原因：

1）存儲(chǔ)條件不同，上電的要求周期會(huì)有較大差別，目前在25℃左右，不太

強(qiáng)調(diào)限定時(shí)間，但會(huì)產(chǎn)生損耗（日歷衰減）

2）留給安裝隊(duì)伍的窗口期同樣跟溫度有強(qiáng)相關(guān)，溫度適宜的情況下，停留2個(gè)月也問題不大，但溫度超過45℃，則不能超過2周，55℃到60℃，一般不能超過7天（或者更短），60℃以上存儲(chǔ)可能會(huì)失去質(zhì)保。如果存儲(chǔ)環(huán)境不理想，空調(diào)的安裝必須在設(shè)備落位后最遲兩周內(nèi)完成并空調(diào)的上電。建議要分批運(yùn)輸，防止庫存40SOC(40SOC)ESSstorage

degradation45℃For28days

1.4635℃For28days

0.7225℃For28days

0.4244、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及安裝1.8

儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)集裝箱式安裝451.8

儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及安裝站房式安裝461.9

性能考核紅海項(xiàng)目性能考核主要包括：

1）保證發(fā)電容量，GPC：注意定義，一般定義為考核點(diǎn)處全生命周期都需達(dá)到的最低容量。

但紅海項(xiàng)目要求僅并網(wǎng)時(shí)的容量，后續(xù)年份衰減不低于投標(biāo)文件時(shí)的保證值。額定容量并網(wǎng)點(diǎn)處容量

GPC 471.9

性能考核2）循環(huán)效率，RTE（注意自耗電是在儲(chǔ)能系統(tǒng)取電還是在電網(wǎng)取電）充電：RatedCapacityxDoDxGroupEffeciency/PCSlosses/MVtransformerlosses/Cablelosses

/Measurementerror+Auxiliaryconsumption（MW）xCharginghours=Charging

capacity放電：RatedCapacityxDoDxGroupEffeciencyxPCSlossesxMVtransformerlossesxCablelosses

xMeasurementerror-Auxiliaryconsumption（MW）xDischarginghours=DischargingcapacityRTE=Discharging/Charging一般85左右481.9

性能考核3）待機(jī)狀態(tài)下的自耗電

Auxiliary

Consumption

during

Standby

暖通、照明、PCS待機(jī)、MV變壓器待機(jī)、儲(chǔ)能待機(jī)等狀態(tài)下的自耗電491.9

性能考核4）設(shè)計(jì)使用壽命循環(huán)壽命和日歷壽命的較低者。例如:

每天一充一放，每年365次充放電，15年循環(huán)壽命為5475（5500）次。一般會(huì)考核15年或5500次較低者充放電的工況（一天幾次）需與業(yè)主明確5）其他可能考核的指標(biāo)：備品備件；備品庫（續(xù)提供合適的存儲(chǔ)環(huán)境）；質(zhì)保期；增補(bǔ)策略50目錄儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景儲(chǔ)能成本分析51二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景52二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景53二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景54二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景55二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景56能量型需求特點(diǎn)：深度充放電，充放電次數(shù)較少，幾個(gè)Cycle/天，工商業(yè)儲(chǔ)能最大可進(jìn)行3Cycle/天，光、風(fēng)儲(chǔ)等2Cycle/天深度充放電，平均充放電容量大于50%SOC一般采用1C以下充放電倍率的電池單次充放電時(shí)間較長，至少1小時(shí)響應(yīng)速度要求不高，小于10秒多數(shù)無過載能力要求容量從100kWH~上百M(fèi)WH功率型需求特點(diǎn)：淺充淺放，充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)頻繁，每天0次~百次不等淺充淺放，平均充放電容量小于50%SOC對(duì)充電倍率要求較低，一般大于1C，對(duì)放電要求較高，一般在2C以上（現(xiàn)在基本不再應(yīng)用2C系統(tǒng)，采用1C超配滿足要求）單次充放電時(shí)間短，不超過15分鐘響應(yīng)速度要求很高，小于100ms一般要求1.2倍的短時(shí)過載能力容量從100kWH~幾十MWH二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景57二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景58二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景光伏出力59儲(chǔ)能放電儲(chǔ)能充電電網(wǎng)調(diào)度二、儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景風(fēng)電+儲(chǔ)能解決方案60目錄儲(chǔ)能基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景儲(chǔ)能市場(chǎng)與成本分析61三、儲(chǔ)能市場(chǎng)與成本分析儲(chǔ)能市場(chǎng)現(xiàn)狀截至2019年2月，各地區(qū)和國家的兆瓦級(jí)儲(chǔ)電項(xiàng)目概況（包括在運(yùn)項(xiàng)目和計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目）如下圖所示。其中，美國領(lǐng)先，其次是歐盟各國（尤其是英國、德國）、澳大利亞、日本、中國和韓國）。62三、儲(chǔ)能市場(chǎng)與成本分析儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展展望全球儲(chǔ)能市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)量將從2019年的11GW/22GWh增至2050年1,676GW/5,827GWh，未來三十年間全球投資額預(yù)計(jì)達(dá)6620億美元。目前到2050年，全球儲(chǔ)能市場(chǎng)以18%的年復(fù)合增長率增長。到2050年，中國、美國和印度的儲(chǔ)能部署累計(jì)規(guī)模占比約36%。其他領(lǐng)先的

、儲(chǔ)能市場(chǎng)包括東南亞、日本、澳大利亞、德國伊比利亞、韓國和英國市場(chǎng)，到2050年，全球電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目占比約70%，其余約四分之一為居民及工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能。63三、儲(chǔ)能市場(chǎng)與成本分析儲(chǔ)能成本分析——電芯成本64三、儲(chǔ)能市場(chǎng)與成本分析儲(chǔ)能項(xiàng)目成本差異較大，主要受項(xiàng)目規(guī)模、配置要求、復(fù)雜程度、冗余度及當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)的影響。放電時(shí)間為

4小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)平均成本為370美元/kWh，而放電時(shí)間為0.5小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)平均成本為633美元/kWh。其主要差別在于不同功率能量比的系統(tǒng)，在同等電池量的條件下所需的PCS量不同，功率越高需要的PCS越多，相應(yīng)成本越高。此外，功率越高的儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于電芯性能要求也越高，相應(yīng)的電芯成本會(huì)顯著增加。20018215514813011395585046423937202020203520201816152013201212982702372252031418316205010015020025030035005010015020025030035020192020 2021PCS能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2022202320242025USD/kWh1h（1C

）能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)成本分析電池模組變壓器EMS能量管理系統(tǒng)#REF!27024522019517114612196138135131125119110103996060606060276026236021382037194645266045432542405415114824484153773423110100200300400500600010020030040050060020182019 2020PCS能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)20212022 2023EMS能量管理系統(tǒng)20242025USD/kWh0.5h（2C

）功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)成本分析電池模組變壓器其他費(fèi)用65三、儲(chǔ)能市場(chǎng)與成本分析2020年上半年已開標(biāo)的5個(gè)1C儲(chǔ)能項(xiàng)目價(jià)格匯總?cè)缦拢@五個(gè)項(xiàng)目中，廠家的平均投標(biāo)價(jià)格約為245.1USD/kW，低于此前彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)期的270

USD/kW，主要原因由于彭博統(tǒng)計(jì)的項(xiàng)目包括眾多海外項(xiàng)目，成本價(jià)格略高。而國內(nèi)已開標(biāo)項(xiàng)目的最低價(jià)已經(jīng)達(dá)到203.9

USD/kW，未來還有進(jìn)一步下降空間。200

1h（1C

）能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)成本分析 1821551481301139558504642393735