儲能技術(shù)解析-儲能系統(tǒng)解決方案現(xiàn)狀及趨勢

2021年7月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的轉(zhuǎn)變，到2025年，累計裝機規(guī)模達(dá)3000萬千瓦以上。2021年9月，國家能源局發(fā)布《新型儲能項目管理規(guī)范（暫行）》，促進(jìn)新型儲能積極穩(wěn)妥健康有序發(fā)展，支持以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

一、什么是儲能

先了解一下儲能的基本概念，儲能是指通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲起來，在需要時再釋放出來的過程。一般講到儲能，主要是指電能的儲存。其實儲能本身不是新興的技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來說卻是正處在起步、發(fā)展階段。儲能技術(shù)是未來能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的關(guān)鍵節(jié)點。

從應(yīng)用上看，儲能是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，可以應(yīng)用在“發(fā)、輸、配、用”任意一個環(huán)節(jié)。電力即發(fā)即用，無法直接存儲，配儲則可以平滑電力波動性，減少資源浪費。按應(yīng)用場景可分為用戶側(cè)（自發(fā)自用、峰谷價差套利），發(fā)電側(cè)（可再生能源并網(wǎng)、減少棄光棄風(fēng)）、電網(wǎng)側(cè)（電力調(diào)峰、調(diào)頻）、輸配側(cè)以及輔助服務(wù)（5G****備用電源）等多種用途。

二、儲能的意義

• 保證系統(tǒng)穩(wěn)定，通過儲能系統(tǒng)的能量存儲和緩沖使得系統(tǒng)即使在負(fù)荷迅速波動的情況下仍然能夠運行在一個穩(wěn)定的輸出水平。

• 能量用于備用，儲能系統(tǒng)可以在清潔能源發(fā)電無法正常運行的情況下起備用和過渡作用。

• 提高電力品質(zhì)和可靠性，儲能系統(tǒng)還可防止負(fù)載上的電壓尖峰、電壓下跌、外界干擾所引起的電網(wǎng)波動對系統(tǒng)造成大的影響，采用足夠多的儲能系統(tǒng)可以保證電力輸出的品質(zhì)與可靠性。

儲能應(yīng)用于電力系統(tǒng)，可以彌補電力系統(tǒng)中缺失的儲、放功能，是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。儲能在改變電能生產(chǎn)、輸送和使用同步完成的規(guī)模，使得實時平衡的剛性電力系統(tǒng)變得更加柔性，特別是在平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動性方面尤為突出。

三、儲能為什么這么火爆

儲能本身不是新興的技術(shù)，但是似乎一夜之間儲能這個概念就火了？小編認(rèn)為其根源在于環(huán)保。

2020年9月，我國承諾在2030年實現(xiàn)碳達(dá)峰、在2060年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，西方國家則是在2050年前實現(xiàn)碳中和的減排目標(biāo)。如今各國都對碳排放達(dá)成了共識，并且制定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。在未來，一個產(chǎn)品能否興盛，第一要務(wù)不是它是否好用，而是是否環(huán)保。

在降碳目標(biāo)下，電力作為能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)，碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域，電力低碳轉(zhuǎn)型對實現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)具有全局意義?；痣姀S作為碳排放大戶，在轉(zhuǎn)型要求之下，就要迎來重大改變，我國目前雖然離不開火力發(fā)電，但在中國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的約束下，停建和減少火電無疑是需要重視的一環(huán)。未來發(fā)電方式會逐漸向清潔能源的方式靠攏，也就是核電、水電、風(fēng)電、光伏和生物質(zhì)發(fā)電。

綜合清潔能源發(fā)電的優(yōu)勢來看，風(fēng)能和太陽能是取之不盡用之不竭的資源，因此風(fēng)電和光伏沒有燃料成本制約，成為清潔能源電力中增長最快的產(chǎn)業(yè)。從裝機規(guī)模上看，風(fēng)電和光伏是最有潛力能夠替代煤電的電力。但是由于風(fēng)電和光伏發(fā)電不穩(wěn)定，并網(wǎng)消納問題，依然是受限制的，這也導(dǎo)致其商業(yè)化步伐降低。

簡而言之，風(fēng)能和光伏發(fā)電有一個關(guān)鍵的弱點——出力不穩(wěn)定，無法做到隨用隨發(fā)，風(fēng)能和光伏發(fā)電都有“靠天吃飯”的意思，于是“儲能”應(yīng)運而生。儲能的出現(xiàn)，將解決發(fā)電側(cè)這些弊端問題，儲能可以針對風(fēng)能及光伏發(fā)電的隨機性、波動性和間接性進(jìn)行調(diào)解，實現(xiàn)風(fēng)、光、儲多方面的出力互補，提高新能源發(fā)電的可預(yù)測性、可控制性、可調(diào)度性，使之達(dá)到或接近常規(guī)電源，解決新能源安全穩(wěn)定運行和有效消納問題。

在新能源替代化石能源的進(jìn)程中，儲能技術(shù)可以說是新能源產(chǎn)業(yè)革命的核心，儲能市場也迎來了爆發(fā)式增長，必將導(dǎo)致新能源市場的激烈競爭。

四、儲能的主流方式

儲能技術(shù)按照儲存介質(zhì)進(jìn)行分類，可以分為機械類儲能、電氣類儲能、電化學(xué)類儲能、熱儲能和化學(xué)類儲能。機械類儲能的應(yīng)用形式有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。

小編帶大家了解一下目前市場上主流的儲能方式：機械類儲能和電化學(xué)儲能。

機械類儲能

物理儲能作為最成熟并已形成商業(yè)化的儲能方式，它主要包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能等。根據(jù)根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截止2020年底全球儲能裝機規(guī)模中，抽水蓄能占比達(dá)到90.3%，占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位。

電化學(xué)儲能

電化學(xué)儲能作為近幾年增長最迅猛的儲能方式，增長速度由2018年的3.7%迅速提升到2020年的7.5%，受益于儲能技術(shù)的快速進(jìn)步，單位成本逐漸降低，具備了良好的商業(yè)化運用條件，它主要包括以下幾種方式：鋰離子電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能。由于電化學(xué)儲能需要考慮壽命、安全性、以及經(jīng)濟成本的問題，而鋰離子電池儲能具有能量密度高、商業(yè)應(yīng)用廣、單位成本不斷下降、技術(shù)成熟，由此鋰離子電池儲能成為全球電化學(xué)儲能的霸主地位。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，截止2020年底，鋰離子電池占電化學(xué)儲能裝機量的92%，鈉硫電池和鉛蓄電池分別占比3.6%、3.5%。目前鋰離子儲能主要采用磷酸鐵鋰電池技術(shù)

儲能市場巨大，隨著技術(shù)進(jìn)步，儲能方式也會產(chǎn)生緩慢變化，未來代表性的儲能技術(shù)包括超導(dǎo)儲能和超級電容器儲能等

五、電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈

作為目前技術(shù)進(jìn)步最快的電化學(xué)儲能，跟著小編一起來了解下其產(chǎn)業(yè)鏈。

電化學(xué)儲能系統(tǒng)主要由電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、儲能變流器（PCS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。

電池組

電池組作為電化學(xué)儲能系統(tǒng)的主要組成部分，成本占整個電化學(xué)儲能的50%左右，主要的電池組廠商包括寧德時代、比亞迪、LG化學(xué)、三星SDI、派能科技、億緯鋰能、國軒高科等。

儲能變流器

儲能變流器是控制儲能電池組充放電過程與電流的交直流變換，主要廠商包括：陽光電源、固德威、錦浪科技、科華恒盛、盛宏電器、SMA、SolarEdge等

儲能系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)主要作用是數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、能量調(diào)度。主要廠商包括：陽光電源、海博思創(chuàng)、沃太能源、科陸電子、特斯拉、Sonnen等

六、儲能系統(tǒng)解決方案現(xiàn)狀及趨勢

在一套完整的儲能系統(tǒng)中，儲能監(jiān)控系統(tǒng)是核心設(shè)備。儲能的監(jiān)控系統(tǒng)不是孤立存在的，不僅僅是要監(jiān)視儲能相關(guān)的信息或者電池的相關(guān)信息，它是一個整體的監(jiān)控體系。

拿國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的電池儲能舉例，儲能監(jiān)控系統(tǒng)可對儲能電站的PCS（變流器）、儲能電池及其他配套輔助設(shè)備（傳感器）等進(jìn)行全面監(jiān)控，實時采集其運行狀態(tài)與參數(shù)，并通過網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度層通訊，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度指令的收發(fā)。同時，儲能監(jiān)控系統(tǒng)還可以通過傳感器采集儲能電站的水浸、煙霧、門禁、溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)，無需再單獨配備動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。

早期的儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件多是采用X86架構(gòu)，隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)有很多型號的ARM微處理器可以替代X86架構(gòu)以滿足儲能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件需求。

今年7月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見，意見提出“到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。”而更低的成本優(yōu)勢，對未來裝機數(shù)量將呈爆發(fā)式增長的儲能行業(yè)是一個非常利好的因素。

七、ARM在儲能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

小編以飛凌嵌入式提供的ARM架構(gòu)核心板講解一下，ARM如何應(yīng)用于儲能監(jiān)控系統(tǒng)。

先貼一張儲能監(jiān)控系統(tǒng)框架圖，通過此圖，我們可以很清晰的了解ARM核心板在儲能監(jiān)控系統(tǒng)中的定位。

飛凌嵌入式FETMX8MP-C核心板可以實現(xiàn)以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)功能：

2路千兆網(wǎng)絡(luò)：1路用于連接調(diào)度主機，1路與局域網(wǎng)其它設(shè)備通信；

2路CANFD：1路采集電池堆數(shù)據(jù)，1路采集PCS數(shù)據(jù)。CANFD數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)8Mbps；

支持8路UART：用來連接各種傳感器和配套輔助設(shè)備。（4路原生UART，4路通過USB擴展）

顯示接口豐富：支持HDMI、LVDS、MIPI等多種顯示接口，可用于本地顯示；

支持4G/5G：可進(jìn)行無線通訊；

超長供貨周期：核心板供貨周期可達(dá)10年以上，為產(chǎn)品的市場生命周期保駕護(hù)航。

八、為什么儲能系統(tǒng)ARM解決方案增多

儲能柜部署在全球各個地區(qū)，尤其是一些偏遠(yuǎn)地區(qū)環(huán)境比較惡劣，儲能柜的數(shù)據(jù)量巨大，且對采集時間有較高要求，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時運維成本非常昂貴。如何保證儲能柜的控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，保障系統(tǒng)故障后自動恢復(fù)，如何實時掌握設(shè)備工作狀態(tài)和信息也就成為了用戶關(guān)注的問題。

從用戶需求角度看相較于X86架構(gòu)的主板，ARM主板解決方案也是一個不錯的選擇。

性能：ARM主板的性能已經(jīng)越來越接近X86主板，甚至在某些方面超過了它。從視頻多媒體、數(shù)據(jù)通信等幾個方面，和X86有些類似。

數(shù)據(jù)安全及硬件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：ARM主板都采用高度集成方式，數(shù)據(jù)一般都放在Flash內(nèi)部，采用二進(jìn)制格式，外部無法直接拷貝內(nèi)部數(shù)據(jù)。目前ARM主板的系統(tǒng)一般為Linux、Android系統(tǒng)或者其他非WINDOWS系統(tǒng)，不會受病毒感染，客戶無須擔(dān)心病毒感染而導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄漏或文件破壞，尤其是一些對于數(shù)據(jù)安全性要求很高的場所，ARM主板非常適合。

工作時間：ARM主板功耗極低，僅有幾W，主板溫度一般是常溫，可以一直開機工作，無須人員去維護(hù)，而且在掉電情況下，只要來電，那么就會自動啟動，無須人員去開機或者關(guān)機，而X86主板CPU的高主頻所產(chǎn)生較高的熱量，容易磨損，壽命有限，需要人員維護(hù)，而且不能長期工作，否則會讓主板壽命大大降低。

環(huán)境：ARM主板一般都是工業(yè)級寬溫，而X86主板對環(huán)境溫度適應(yīng)范圍相對要小。

靈活性：ARM主板可以根據(jù)用戶的需要來進(jìn)行靈活配置，比如logo，內(nèi)存大小，系統(tǒng)驅(qū)動程序裁減，周圍芯片的裁減，系統(tǒng)軟件的加載等等，無論軟硬件都是非常靈活這樣也會大大降低客戶的成本和系統(tǒng)整體的維護(hù)成本和性能，而X86卻無法做到這一點

價格：ARM主板目前價格都非常低，而且ARM主板已經(jīng)包含了內(nèi)存和存儲介質(zhì)，無須外部購買配件，因此整體系統(tǒng)成本比X86價格要低很多。

綜合來看，ARM架構(gòu)產(chǎn)品，在儲能系統(tǒng)中應(yīng)用是非常合適的，也難怪有越來越多的公司選擇ARM產(chǎn)品設(shè)計儲能系統(tǒng)。

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