儲(chǔ)能市場(chǎng)概況以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

儲(chǔ)能系統(tǒng) (Energy storage system)是一種能夠存儲(chǔ)能量并在需要時(shí)釋放的裝置。它可以將電能、機(jī)械能、化學(xué)能等各種形式的能量通過(guò)特定技術(shù)儲(chǔ)存起來(lái)，待需要時(shí)再轉(zhuǎn)換為其他形式的能量供給使用，對(duì)實(shí)現(xiàn)能源的有效利用、提高能源利用效率等具有重要意義。儲(chǔ)能系統(tǒng)有多種類(lèi)型，常見(jiàn)的包括機(jī)械儲(chǔ)能，如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等，利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)或重力勢(shì)能來(lái)存儲(chǔ)電能；電化學(xué)儲(chǔ)能，像鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池等，通過(guò)電池或電容器等器件存儲(chǔ)電能；電磁儲(chǔ)能，利用磁場(chǎng)或感應(yīng)線圈存儲(chǔ)電能；熱儲(chǔ)能，借助熱量或相變材料存儲(chǔ)電能；化學(xué)儲(chǔ)能，以化學(xué)反應(yīng)或合成燃料來(lái)存儲(chǔ)電能。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理主要是在電網(wǎng)供電能力充足時(shí)充電，將電能轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)的形式，在需要時(shí)通過(guò)放電將儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為電能輸出到電力系統(tǒng)中，以滿(mǎn)足負(fù)荷需求，幫助電力系統(tǒng)維持穩(wěn)定運(yùn)行。總之，儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)保障能源供應(yīng)的穩(wěn)定性等有著關(guān)鍵作用。本文將重點(diǎn)介紹儲(chǔ)能市場(chǎng)概況以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架。

系統(tǒng)目標(biāo)

儲(chǔ)能系統(tǒng) (ESS) 是一個(gè)被廣泛研究的應(yīng)用領(lǐng)域，它能將源自煤電、核電、風(fēng)電和光伏發(fā)電等多種發(fā)電方式所產(chǎn)生的電力，以多種方式進(jìn)行有效存儲(chǔ)。例如電化學(xué)儲(chǔ)能（電池）、機(jī)械儲(chǔ)能（壓縮空氣）、熱儲(chǔ)能（熔鹽）等。在本指南中，我們將重點(diǎn)關(guān)注與光伏逆變器系統(tǒng)相連接的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (BESS) 在住宅和商業(yè)場(chǎng)景中均有廣泛應(yīng)用。在住宅應(yīng)用中，BESS作為一種備用電源，可以防止意外停電，并通過(guò)將電能從低價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)移至高價(jià)時(shí)段來(lái)節(jié)省電費(fèi)開(kāi)支。在更大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用中，BESS能夠高效地存儲(chǔ)并管理由光伏逆變器產(chǎn)生的免費(fèi)清潔能源，從而實(shí)現(xiàn)低碳排放。BESS另一個(gè)主要應(yīng)用是能夠減輕電動(dòng)汽車(chē)充電需求增長(zhǎng)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的壓力。

鋰離子電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要組成部分，具有功率/能量密度高、循環(huán)效率高、體積小、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。鋰離子電池技術(shù)經(jīng)過(guò)三十多年商業(yè)化發(fā)展的積淀，相對(duì)成熟，已成為一種可靠且低成本的解決方案。可以說(shuō)，鋰離子電池成本的持續(xù)下降有力地推動(dòng)了儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展。

市場(chǎng)信息與展望

1

不斷增長(zhǎng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需求

根據(jù)《2023年世界能源展望》，全球能源模型既定政策情景 (Stated Policies Scenario) 顯示，電池儲(chǔ)能的總?cè)萘繉?022年的45太瓦時(shí) (TWh) 增長(zhǎng)至2030年的552太瓦時(shí)，復(fù)合年增長(zhǎng)率 (CAGR) 達(dá)37%。

另一方面，據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng) (Bloomberg NEF) 的數(shù)據(jù)顯示，鋰離子電池單體的價(jià)格已經(jīng)降至歷史最低點(diǎn)，每千瓦時(shí)為107美元，相比2013年的535美元/千瓦時(shí)降低了約80%，這在很大程度上推動(dòng)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)的發(fā)展。同時(shí)，可再生能源帶來(lái)的積極影響也不可忽視，國(guó)際能源署 (IEA) 預(yù)測(cè)，到2030年將新增超過(guò)800吉瓦 (GW) 光伏基礎(chǔ)設(shè)施。

2

更高的功率和電壓

大功率充電器通常用于商業(yè)場(chǎng)合，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常與光伏逆變器系統(tǒng)配合使用。目前，額定電壓為1500V的光伏逆變器已進(jìn)入批量生產(chǎn)并投入使用。因此，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng) (PCS) 的直流電壓也需要提升到相同水平。在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，如光伏逆變器和電動(dòng)汽車(chē)直流充電樁，高壓是一個(gè)明顯的趨勢(shì)，因?yàn)楦邏嚎梢栽谙嗤敵龉β氏聨?lái)更低的電流，減少系統(tǒng)損耗和電纜直徑。然而，高壓系統(tǒng)也對(duì)元器件提出了挑戰(zhàn)。在1500V系統(tǒng)中，一般首選多電平電路中額定電壓為 1200 V 的功率器件，或兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中額定電壓為 2000 V 的碳化硅 MOSFET。此外，必須仔細(xì)考慮由更高電壓和更大功率引起的安全和電磁干擾問(wèn)題。

3

分布式系統(tǒng)和智能系統(tǒng)

一、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)是將多個(gè)分散布置的儲(chǔ)能單元通過(guò)軟件平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)與管理的綜合系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于中低壓配電網(wǎng)、微電網(wǎng)及用戶(hù)側(cè)。其核心優(yōu)勢(shì)在于接入位置靈活，可部署于工業(yè)園區(qū)、商業(yè)樓宇、新能源電站等不同場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)電能的就地存儲(chǔ)與高效利用。該系統(tǒng)具備多項(xiàng)關(guān)鍵功能：首先，可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域就地儲(chǔ)能系統(tǒng)的集中監(jiān)控與管理，提升運(yùn)維效率；其次，支持多種運(yùn)行策略模式，如峰谷套利、需量管理、平滑出力等，滿(mǎn)足不同用戶(hù)需求；再次，多個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)能站可通過(guò)虛擬聚合形成“虛擬電廠”，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度與優(yōu)化配置；同時(shí)，系統(tǒng)支持Web端與移動(dòng)端訪問(wèn)，具備本地與云端雙模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，保障數(shù)據(jù)安全與遠(yuǎn)程可控性。

在電力系統(tǒng)中，分布式儲(chǔ)能廣泛參與“削峰填谷”——在用電低谷時(shí)充電、高峰時(shí)放電，有效緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力，延緩輸配電設(shè)施擴(kuò)容升級(jí)。尤其在光伏、風(fēng)電等可再生能源滲透率不斷提升的背景下，分布式儲(chǔ)能還能平抑電源波動(dòng)，提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與靈活性。

二、智能儲(chǔ)能系統(tǒng)

智能儲(chǔ)能系統(tǒng)是在分布式基礎(chǔ)上深度融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與邊緣計(jì)算技術(shù)的先進(jìn)儲(chǔ)能形態(tài)，具備自感知、自學(xué)習(xí)、自決策與自適應(yīng)能力，是未來(lái)儲(chǔ)能發(fā)展的核心方向。該系統(tǒng)通過(guò)部署大量傳感器與智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)時(shí)采集電壓、電流、溫度、充放電狀態(tài)等運(yùn)行數(shù)據(jù)，并結(jié)合氣象預(yù)測(cè)、電價(jià)信號(hào)、負(fù)荷曲線等外部信息，構(gòu)建儲(chǔ)能運(yùn)行“數(shù)字孿生”模型。基于AI算法，系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)優(yōu)化充放電策略，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最大化。例如，在分時(shí)電價(jià)機(jī)制下，自動(dòng)選擇最低電價(jià)時(shí)段充電、最高電價(jià)時(shí)段放電；在參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)時(shí)，智能響應(yīng)調(diào)度指令，提供調(diào)頻、備用等服務(wù)。

此外，智能系統(tǒng)具備故障預(yù)警與健康管理功能，能提前識(shí)別電池老化、熱失控等風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)安全性與壽命。通過(guò)與能源管理系統(tǒng)（EMS）、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同優(yōu)化，推動(dòng)能源系統(tǒng)向數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型。

未來(lái)，隨著5G、區(qū)塊鏈與云邊協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，智能儲(chǔ)能系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)更高效的分布式協(xié)同控制與去中心化交易，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)與“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵支撐。

集中式與分布式解決方案

4

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)集成

直流充電站的發(fā)展給當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。潛在的問(wèn)題包括大量充電設(shè)備同時(shí)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的影響、低功率因數(shù)設(shè)備或空載設(shè)備對(duì)電網(wǎng)造成的諧波影響，以及當(dāng)?shù)刈儔浩魅萘康南拗啤Ｔ谏虡I(yè)案例中，連接光伏逆變器系統(tǒng)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)變得至關(guān)重要。光伏逆變器可以與電網(wǎng)分擔(dān)部分電力負(fù)荷，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更為關(guān)鍵，它可以減少對(duì)電網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)能源套利，降低用戶(hù)成本。住宅用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還有助于減少高峰期電力需求，從而為家庭節(jié)約成本。另一個(gè)特點(diǎn)是，住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為備用電源，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)提供應(yīng)急電力。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)描述

1

構(gòu)建電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的四個(gè)要素

電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）和能量管理系統(tǒng)（EMS）是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的四大核心組成部分。電池組是核心儲(chǔ)能單元，由多個(gè)電池串并聯(lián)構(gòu)成，負(fù)責(zé)電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。BMS作為“大腦”，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，管理荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)及充放電保護(hù)，實(shí)現(xiàn)電池均衡，保障安全與壽命。PCS實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換，將電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟娸敵觯虬呀涣麟娬鳛橹绷麟姵潆姡С植⒕W(wǎng)與離網(wǎng)運(yùn)行，具備調(diào)頻、調(diào)壓功能。EMS是系統(tǒng)“中樞神經(jīng)”，綜合分析運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷需求與電價(jià)信息，制定最優(yōu)充放電策略，實(shí)現(xiàn)能量?jī)?yōu)化調(diào)度，并可參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)。四者協(xié)同工作，使系統(tǒng)具備調(diào)頻、削峰填谷、平滑新能源出力等功能，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、工商業(yè)及微網(wǎng)場(chǎng)景，有效提升能源利用效率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐。

2

交流耦合系統(tǒng)和直流耦合系統(tǒng)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)目前分為兩類(lèi)，即交流耦合系統(tǒng)和直流耦合系統(tǒng)。交流耦合電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，可以添加到現(xiàn)有的光伏/發(fā)電系統(tǒng)/電網(wǎng)中，因此易于升級(jí)。然而，它需要額外的功率轉(zhuǎn)換級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)完全充/放電，因此損耗較高。另一方面，直流耦合系統(tǒng)可通過(guò)連接到直流母線以提供額外的儲(chǔ)能能力，通常用于住宅混合光伏逆變器。它只涉及一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換步驟，因?yàn)橹绷髂妇€電壓通常較高，可能會(huì)帶來(lái)安全或改裝方面的挑戰(zhàn)，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)提前做出考慮。

交流耦合系統(tǒng)

直流耦合系統(tǒng)

3

雙向運(yùn)行

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換級(jí)需要雙向運(yùn)行，這一功能主要由三相逆變器實(shí)現(xiàn)。在充電時(shí)，三相逆變器工作于整流模式，將電網(wǎng)的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電池組充電；在放電時(shí)，它則作為逆變器運(yùn)行，將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，饋入電網(wǎng)或供給負(fù)載。這種雙向能量流動(dòng)能力，使儲(chǔ)能系統(tǒng)能靈活參與調(diào)峰、調(diào)頻和應(yīng)急供電。三相逆變器采用PWM控制技術(shù)，輸出高品質(zhì)正弦波，確保電能質(zhì)量符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。其高效率、高可靠性的設(shè)計(jì)，配合智能控制策略，可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)，提升系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性，是儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)能量交互的核心樞紐。

AC/DC逆變器：效率可能相對(duì)較低，尤其是在高功率轉(zhuǎn)換時(shí)，能量損耗會(huì)相對(duì)較大。其性能在電能質(zhì)量和穩(wěn)定性方面可能不如三相逆變器，但在一些對(duì)性能要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景中，仍然可以滿(mǎn)足基本需求。

總之，三相逆變器和AC/DC逆變器在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中都有各自的應(yīng)用場(chǎng)景和特點(diǎn)。在選擇合適的逆變器時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、功率要求、電能質(zhì)量要求和預(yù)算等因素進(jìn)行綜合考慮。

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

免責(zé)聲明：凡本公眾號(hào)注明“來(lái)源”的文章、視頻、圖片等均轉(zhuǎn)自相關(guān)媒體或網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述。其版權(quán)歸原作者和原出處所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)及時(shí)通知我們，以便第一時(shí)間刪除。

【若二維碼失效，請(qǐng)?zhí)砑游⑿牛?120448392 拉進(jìn)微信群】

如果喜歡，請(qǐng)點(diǎn)個(gè)贊~~