储能定义与技术路线(超详细).docx

储能定义与技术路线（超详细），水般机械类储貌-rSC*二） tt 二储能分类超级电容器超导储能卜电气类储能铅电一离子电池电化学类储解一 液流电池其他二次电池储能在电力系统中的应用配套大规模可再生能源并网 延缓新建装机 降低发电成本延缓输配电投资 缱解城路堵塞oLJ配套分布式电源 提羽供电可靠性 能凝容度电费 分时/Ift谷套利辅助服务调整.调筑,基用.无功调节，鼎启动（一）储能定义储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程。其通过灵活的充放电控制，实现产能和用能在时间和空间的匹配，是灵活性的依仗。储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备。能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段；储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术；储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同，是构建能源互联网，推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。Illl储能电池图1微网储能系统图（二）储能的技术路线按照能量的储存方式，储能可分为机械储能、电磁储能、电化学储能、热储能、氢储能五类，其中机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等；电磁储能主要包括超级电容器、超导磁储能；电化学储能主要包括锂离子电池、铅酸电池、液流电池、钠硫电池等。机械储能储能分类图2储能的分类按应用场景功能需求分为四大类：容量型储能技术、能量型储能技术、功率型储能技术以及备用型储能技术。一般容量型（24h）、能量型（约l2h）、功率型（W30min）和备用型（215min）四类。6lXh分钟级 杪级二一飞轮储能一时间微电M用户侧电网配电网大型电站超级电容超丽贮IKWIOKW100KWIMWIoMWI（M）MWIGW图3储能各技术路线的适用场景储能技术类型丰富，适合场景各有侧重，以下为各种储能的技术参数:表1储能技术特点及适用场景技术参数配置灵活性放电时间启动时间则应速度技术水平场昱相水蓄能一星2h天3-5minmin商用大规横调蜂、长时期皈=飞轮储能清穴式：一星崎界：三星Ih-天约6min约Imin洞穴式：商用超临界：可再生能源并网、M助服务三s-min<2ms<2ms商用快速调频、企业爆UPS蛤蓄电池四星0.5-10h<ls<IOms商用分布式及虱网、I商业、变电站售电每台虔落子电池五0.1-10h<1s<IOms商用液流电池三星I-IOhS级ms级示范商用大规模调金生能源并网的硫电池四星l-8hS级ms商用绿合超吸电容器三三s-min<lsms®5b螃胭三hJ3-5min<ls天周级长时间供电蓄热/蓄冷M0.5-10h商用及电-热替表22022年中国储能行业不同环节代表性企业环节Ie水能中国电建.旅江新眩、桂东电力.东方电气.新天獴舱.国电南瑞等飞轮体能广大皓材.苏交科.国机装.华阳股份等空气压继健能映酷动力.金通灵等缴援电容江海股份，山东，鼓，新曲邦等电池材舁环节卷提靛份,需方的米,谈事来等儡辕技术提供商宁的代，比亚洲、邑轩高科、亿弊IS篇.南都电*.中天科技崎倚般逆变霹圮光电源.科华值AL即第ML科华数S.上能电气.锦惠科技等健IE系统集成有南尊电器.料降电子.中天科技.阳光电普.依Ii达.塞器科技,科士达.%IR份.圣闲股侪等用料来不：萧SieCiHR究陕!»经多字人APP（三）储能的技术指标储能技术指标主要包括能量密度、功率密度、充放电倍率、储能效率、循环寿命、响应时间等。能量密度（Wh/kg）：指的是的单位重量的电池所储存的能量，1Wh等于3600焦耳（J）的能量。能量密度是由电池的材料特性决定的，比如普通铅酸电池的能量密度约为40Whkg.功率密度（W/kg）：指的是单位重量的电池在放电时可以以何种速率进行能量输出。功率密度也是由材料的特性决定的，并且功率密度和能量密度没有直接关系，并不是说能量密度越高功率密度就越高，功率密度其实描述的是电池的倍率性能，即电池可以以多大的电流放电，功率密度对于电池开发以及电动车开发而言非常重要，如果功率密度高，则电动车在加速的时候就会非常快，普通的铅酸电池的功率密度一般只有几十数百瓦特/千克，表明铅酸电池的高倍率放电性能较差，而锂离子电池目前的功率密度可以达到数千瓦特/千克。充放电倍率：充放电倍率二充放电电流/额定容量，用“C”来表示电池充放电能力倍率，IC表示电池Ih完全放电时电流强度。储能效率：是指储能元件储存起来的电量与输入能量的比。（四）电化学储能1、定义及特点电化学储能是一种通过锂离子电池、液流电池等方式将电能储存起来的一种新型储能方式，主要应用于分钟至小时级的作业场景。在诸多储能技术中，电化学储能相对于其他储能形式在规模和场地上拥有较好的灵活性和适应性，同时在调度响应速度、控制精度、电力系统调频以及建设周期多方面具有比较的优势，有着不可替代的重要作用，具有更广阔的应用前景，在近两年全球储能市场发展势头强劲。相比于机械储能、电磁储能、储氢、储热等其他储能技术，电化学储能技术的优势非常明显，其部署灵活，又被称为“平地上的抽水蓄能站”。表3电化学储能与其他储能形式对比9»府功率RjAama1002000MW4-a÷2tt.M.系蜿雨IO-100MW-t+W遣手RMSIcW-IOMWt)joettB393.3S.Uflg节Ita«8WkW-50MW10kW>1MW2tt-W1-30»比MKtt.SMAM.运行切B余AM.WKflHEla<.ataw乃tomusIcW-SOMWsm-!校木635易鄙fl.)uSkW-100MWl-r2，长.由/B台闲电，Wtt可向生，.m孑电效kWMW8*b目tttt*,ttM.HA990可再上S源建或M却a.in汽摩2、系统组成电化学储能系统主要由电池模组，储能变流器（PCS）,以及电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）组成。其中，电池模组负责储电；PCS是连接于电池系统与电网（或负荷）之间的实现电能双向转换的变流器；而BMS和EMS是储能系统的管理和控制中枢，BMS主要负责监测电池数据，保护电池安全；EMS主要通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制,保证微电网和整套系统正常运行。储能变流器(PCS )状态信息能量管理系统(EMS )直流充电状态信息控制信息也池纽电池管理系统(BMS)我态信息图4储能系统组成及之间的信息流向在整套系统中，电池模组和PCS成本占比较高，BMS和EMS虽然硬件成本比重不高，可作为整套系统的管理和控制中枢，其性能和功能会直接影响整套系统的运行效率和稳定性，且具有一定的开发难度，所以仍旧是业内关注的重点O随着电化学储能系统装机量的不断提升，因项目不同、电池容量不同、冷却方式不同等差异导致BMS和EMS的需求变化将会越来越多，为此降低其开发难度变得非常关键。投资分析1在储能赛道的布局上可遵循从价值量环节出发，寻找最为受益的环节：电池组在储能系统中成本占比最高，也是价值量最高的环节，变流器成本占比第二。从成本占比结构来看，电池组成本占比约60-70%；变流器成本占比10-20%,其他成本约占20-30%。除此以外，在高压场景下，对于熔断器、继电器等零部件需求同样提升。从技术壁垒角度看，电池组和变流器也是相对较高的环节。另外，近年来储能电站着火事件频发，因此储能热管理同样受到市场密切关注,属于产业链延伸业务。3、锂离子电池锂离子电池是电化学储能电池的一种，也是二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。铁锂电池结构8）图5-1锂离子电池充放电原理图叶明哲绘制(IIJ XxaYw8bl， F> 乜七 W 总¾J dH3H84od叶明哲绘图5-2锂离子电池充放电原理图3.1锂离子电池组成锂离子电池主要由正负极、隔膜、电解液、外壳组成。正负极：锂离子电池正极活性物质一般为磷酸铁锂、锌酸锂、钻酸锂，银钻镒酸锂材料，导电极流体使用厚度1020微米的电解铝箔。负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳（目前也有一些非碳基材料，比如碳硅等硅基材料），导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。正负极电位决定正极集流体用铝箔,负极集流体用铜箔，铜箔和铝箔具有良好的导电性、易形成氧化保护膜、质地较软有利于粘结、制造技术较成熟、价格相对低廉等优点，因此被选择作为锂离子电池集流体的紧要材料。磷酸铁锂离子电池的正极电位高，铝箔的氧化层比较致密，可戒备集流体氧化，而铜在高电位下会发生嵌锂反应，不宜做正极集流体,正极集流体一般采用铝箔；而负极的电位低，铝箔在低电位下易形成铝锂合金,负极集流体一般采用铜箔，铜箔和铝箔之间不具备互替性。隔膜:经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。锂离子电池隔膜主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烧多孔膜。电解液：溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂。rLi(.x,FePO4充电o ICharge放电DischargeAnode负极Cathode正极Electrolyte电解液,隔膜图6锂离子电池组成3.2磷酸铁锂与三元锂磷酸铁锂电池是一种使用磷酸铁锂（LiFeP04）作为正极材料，碳作为负极 材料的锂离子电池，单体额定电压为3. 2V,充电截止电压为3.6V-3.65V。三元 锂电池是指正极材料使用银钻镒酸锂（Li （NiCoMn）02）或者银钻铝酸锂的三元正 极材料的锂电池，三元复合正极材料是以银盐、钻盐、锦盐为原料，里面银钻锦 的比例可以根据实际需要调整。目前新能源汽车电池主要有两种技术路线，即磷 酸铁锂电池和三元锂电池。磷酸铁锂电池相较于三元锂电池，能量密度低，低温 性能差，但经过改良后，目前已突破传统磷酸铁锂电池的能量密度限制，达到了 三元材料水平。三元锂电池的能量密度高，低温性能好，但其造价高，安全性存 在一定问题。2022年1-12月，我国动力电池累计产量545.9GWh,累计同比增长 148. 5机其中三元电池累计产量212. 5GWh,占总产量38. 9%,累计同比增长126. 4%； 磷酸铁锂电池累计产量332. 4GWh,占总产量60. 9%,累计同比增长165. 1%。未 来新