儲能技術(shù)解析-儲能系統解決方案現狀及趨勢

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(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)》明確，實(shí)現新型儲能從商業(yè)化初期向規?；l(fā)展的轉變，到2025年，累計裝機規模達3000萬(wàn)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范（暫行）》，促進(jìn)新型儲能積極穩妥健康有序發(fā)展，支持以新能源為主體的新型電力系統建設。

一、什么是儲能

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

從應用上看，儲能是電力系統中的關(guān)鍵一環(huán)，可以應用在“發(fā)、輸、配、用”任意一個(gè)環(huán)節。電力即發(fā)即用，無(wú)法直接存儲，配儲則可以平滑電力波動(dòng)性，減少資源浪費。按應用場(chǎng)景可分為用戶(hù)側（自發(fā)自用、峰谷價(jià)差套利），發(fā)電側（可再生能源并網(wǎng)、減少棄光棄風(fēng)）、電網(wǎng)側（電力調峰、調頻）、輸配側以及輔助服務(wù)（5G****備用電源）等多種用途。

二、儲能的意義

• 保證系統穩定，通過(guò)儲能系統的能量存儲和緩沖使得系統即使在負荷迅速波動(dòng)的情況下仍然能夠運行在一個(gè)穩定的輸出水平。

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

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

儲能應用于電力系統，可以彌補電力系統中缺失的儲、放功能，是保障清潔能源大規模發(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模，使得實(shí)時(shí)平衡的剛性電力系統變得更加柔性，特別是在平抑大規模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)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(gè)概念就火了？小編認為其根源在于環(huán)保。

2020年9月，我國承諾在2030年實(shí)現碳達峰、在2060年實(shí)現碳中和的目標，西方國家則是在2050年前實(shí)現碳中和的減排目標。如今各國都對碳排放達成了共識，并且制定了非常嚴格的標準。在未來(lái)，一個(gè)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。

在降碳目標下，電力作為能源轉型的中心環(huán)節，碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域，電力低碳轉型對實(shí)現碳達峰和碳中和的目標具有全局意義?；痣姀S(chǎng)作為碳排放大戶(hù)，在轉型要求之下，就要迎來(lái)重大改變，我國目前雖然離不開(kāi)火力發(fā)電，但在中國碳達峰碳中和目標的約束下，停建和減少火電無(wú)疑是需要重視的一環(huán)。未來(lái)發(fā)電方式會(huì )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(lái)看，風(fēng)能和太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的資源，因此風(fēng)電和光伏沒(méi)有燃料成本制約，成為清潔能源電力中增長(cháng)最快的產(chǎn)業(yè)。從裝機規模上看，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)電不穩定，并網(wǎng)消納問(wèn)題，依然是受限制的，這也導致其商業(yè)化步伐降低。

簡(jiǎn)而言之，風(fēng)能和光伏發(fā)電有一個(gè)關(guān)鍵的弱點(diǎn)——出力不穩定，無(wú)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”應運而生。儲能的出現，將解決發(fā)電側這些弊端問(wèn)題，儲能可以針對風(fēng)能及光伏發(fā)電的隨機性、波動(dòng)性和間接性進(jìn)行調解，實(shí)現風(fēng)、光、儲多方面的出力互補，提高新能源發(fā)電的可預測性、可控制性、可調度性，使之達到或接近常規電源，解決新能源安全穩定運行和有效消納問(wèn)題。

在新能源替代化石能源的進(jìn)程中，儲能技術(shù)可以說(shuō)是新能源產(chǎn)業(yè)革命的核心，儲能市場(chǎng)也迎來(lái)了爆發(fā)式增長(cháng)，必將導致新能源市場(chǎng)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(lèi)，可以分為機械類(lèi)儲能、電氣類(lèi)儲能、電化學(xué)類(lèi)儲能、熱儲能和化學(xué)類(lèi)儲能。機械類(lèi)儲能的應用形式有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。

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

機械類(lèi)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。根據根據中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）數據統計，截止2020年底全球儲能裝機規模中，抽水蓄能占比達到90.3%，占據絕對的主導地位。

電化學(xué)儲能

電化學(xué)儲能作為近幾年增長(cháng)最迅猛的儲能方式，增長(cháng)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(wèn)題，而鋰離子電池儲能具有能量密度高、商業(yè)應用廣、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。根據數據顯示，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(chǎng)巨大，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，儲能方式也會(huì )產(chǎn)生緩慢變化，未來(lái)代表性的儲能技術(shù)包括超導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(zhù)小編一起來(lái)了解下其產(chǎn)業(yè)鏈。

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

電池組

電池組作為電化學(xué)儲能系統的主要組成部分，成本占整個(gè)電化學(xué)儲能的50%左右，主要的電池組廠(chǎng)商包括寧德時(shí)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(guò)程與電流的交直流變換，主要廠(chǎng)商包括：陽(yáng)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

儲能系統主要作用是數據采集、網(wǎng)絡(luò )監控、能量調度。主要廠(chǎng)商包括：陽(yáng)光電源、海博思創(chuàng )、沃太能源、科陸電子、特斯拉、Sonnen等

六、儲能系統解決方案現狀及趨勢

在一套完整的儲能系統中，儲能監控系統是核心設備。儲能的監控系統不是孤立存在的，不僅僅是要監視儲能相關(guān)的信息或者電池的相關(guān)信息，它是一個(gè)整體的監控體系。

拿國內應用較為廣泛的電池儲能舉例，儲能監控系統可對儲能電站的PCS（變流器）、儲能電池及其他配套輔助設備（傳感器）等進(jìn)行全面監控，實(shí)時(shí)采集其運行狀態(tài)與參數，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與調度層通訊，實(shí)現儲能系統的實(shí)時(shí)遠程監控和調度指令的收發(fā)。同時(shí)，儲能監控系統還可以通過(guò)傳感器采集儲能電站的水浸、煙霧、門(mén)禁、溫度等環(huán)境數據，無(wú)需再單獨配備動(dòng)環(huán)監控系統。

早期的儲能監控系統硬件多是采用X86架構，隨著(zhù)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架構以滿(mǎn)足儲能監控系統的硬件需求。

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(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)，意見(jiàn)提出“到2025年，實(shí)現新型儲能從商業(yè)化初期向規?；l(fā)展轉變?！倍偷某杀緝?yōu)勢，對未來(lái)裝機數量將呈爆發(fā)式增長(cháng)的儲能行業(yè)是一個(gè)非常利好的因素。

七、ARM在儲能監控系統中的應用

小編以飛凌嵌入式提供的ARM架構核心板講解一下，ARM如何應用于儲能監控系統。

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

飛凌嵌入式FETMX8MP-C核心板可以實(shí)現以下儲能監控系統功能：

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

2路CANFD：1路采集電池堆數據，1路采集PCS數據。CANFD數據傳輸速率高達8Mbps；

支持8路UART：用來(lái)連接各種傳感器和配套輔助設備。（4路原生UART，4路通過(guò)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(wú)線(xiàn)通訊；

超長(cháng)供貨周期：核心板供貨周期可達10年以上，為產(chǎn)品的市場(chǎng)生命周期保駕護航。

八、為什么儲能系統ARM解決方案增多

儲能柜部署在全球各個(gè)地區，尤其是一些偏遠地區環(huán)境比較惡劣，儲能柜的數據量巨大，且對采集時(shí)間有較高要求，當設備出現故障時(shí)運維成本非常昂貴。如何保證儲能柜的控制系統能夠穩定運行，保障系統故障后自動(dòng)恢復，如何實(shí)時(shí)掌握設備工作狀態(tài)和信息也就成為了用戶(hù)關(guān)注的問(wèn)題。

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

性能：ARM主板的性能已經(jīng)越來(lái)越接近X86主板，甚至在某些方面超過(guò)了它。從視頻多媒體、數據通信等幾個(gè)方面，和X86有些類(lèi)似。

數據安全及硬件結構的穩定性：ARM主板都采用高度集成方式，數據一般都放在Flash內部，采用二進(jìn)制格式，外部無(wú)法直接拷貝內部數據。目前ARM主板的系統一般為L(cháng)inux、Android系統或者其他非WINDOWS系統，不會(huì )受病毒感染，客戶(hù)無(wú)須擔心病毒感染而導致數據泄漏或文件破壞，尤其是一些對于數據安全性要求很高的場(chǎng)所，ARM主板非常適合。

工作時(shí)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(kāi)機工作，無(wú)須人員去維護，而且在掉電情況下，只要來(lái)電，那么就會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)須人員去開(kāi)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，而且不能長(cháng)期工作，否則會(huì )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)境溫度適應范圍相對要小。

靈活性：ARM主板可以根據用戶(hù)的需要來(lái)進(jìn)行靈活配置，比如logo，內存大小，系統驅動(dòng)程序裁減，周?chē)酒牟脺p，系統軟件的加載等等，無(wú)論軟硬件都是非常靈活這樣也會(huì )大大降低客戶(hù)的成本和系統整體的維護成本和性能，而X86卻無(wú)法做到這一點(diǎn)

價(jià)格：ARM主板目前價(jià)格都非常低，而且ARM主板已經(jīng)包含了內存和存儲介質(zhì)，無(wú)須外部購買(mǎi)配件，因此整體系統成本比X86價(jià)格要低很多。

綜合來(lái)看，ARM架構產(chǎn)品，在儲能系統中應用是非常合適的，也難怪有越來(lái)越多的公司選擇ARM產(chǎn)品設計儲能系統。

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