请务必阅读正文之后的免责条款部分[Table_Main][Table_Title]产业研究月报2022.09.12，01期第十二届中国国际储能大会：储能发展聚焦安全高效智能互联[Table_Summary]摘要：专家核心观点锂离子电池储能存在资源和安全问题，发展新一代储能材料与装备是未来大规模应用新型储能技术的基础和保障。锂电池主要问题在于资源短缺、安全性较差、能量密度与安全性存在天然矛盾，而新一代储能技术应该具有安全、高效、资源丰富、环境友好、成本低等特征。包括镁电池、金属固态储氢、钠电池、金属-空气电池、机械储能、管道安全运输等是未来新型储能技术发展的基础和保障。储能安全与防控趋势在于研发高安全电池及发展智能一体化安全防范技术。研究高性能、高安全的电池，比如固态电池、钠离子电池等。要发展安全型或者本质安全型电力电池，还要进一步从电池材料、全电池系统安全设计以及生产工艺方面提高安全性能。发展智能一体化的安全防控技术，包括要集热管理、故障诊断、热失控预警、灭火协同的智能一体化安全技术，形成高效热管理智能精准预测和快速处置，最后实现高效、清洁灭火。构建能源互联网为实现低碳化必经途径。能源互联网五大特征为可再生、分布式、互联性、开放性和智能化。可再生能源是能源互联网的主要来源。分布式是指可再生能源是分散的，需要建立就地收集、存储和使用能源的网络，成为能源互联网的一个节点。互联性是指需要将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来。开放性是指能源互联网是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络，发电装置、储能装置和负载能够“即插即用”。智能化是指能源的产生、传输、转换和使用都该具备一定的智能。华为智能组串式储能系统是高效储能系统解决方案。调峰调频叠加电网安全稳定问题，新能源接纳受限。智能组串式储能系统通过电力电子技术的确定性弥补电化学技术的不确定性，通过数字技术把内部电池运行的数据通过能源云集中管理。智能组串式储能系统的核心技术包括电芯级监控、电池包级优化、电池簇独立管理和分布式温控。能够通过精细化管理融合多重软硬件安全设计，保障电站稳定运行。我们的核心观点储能技术产业化紧捆应用场景快速发展。随着全球能源转型迫在眉睫，发展新能源技术为大势所趋。如何实现新能源的平滑并网、提高风光消纳和经济受益为首要解决的问题，为储能技术带来新发展机遇。储能应用最终落脚于不同需求应用场景，难以形成一家独大局面。电化学储能由于不受场地限制、容量和响应速率适中，成本较低，发展迅速，适用于工商用储能、户用储能、备用电源等多领域，其中，安全为其首要考虑因素。飞轮储能、电磁储能则是典型功率型储能，在调频侧具备显著优势。而抽水蓄能、压缩空气储能等物理储能方式具备高容量、高安全性质，但不同程度受到场地限制，更适用于发电侧调峰、系统备用领域。[Table_Author]产业研究中心作者：肖洁电话：021-38674660邮箱：xiaojie@gtjas.com资格证书编号：S0880513080002作者：鲍雁辛电话：0755-23976830邮箱：baoyanxin@gtjas.com资格证书编号：S0880513070005[Table_DocReport]往期回顾【新技术跟踪】欣旺达发布中镍高电压超快充动力电池2022.09.12【新技术跟踪】高锰铁锂电池有望续航700公里2022.09.08【新技术跟踪】麒麟电池提前出货，解构麒麟电池优势2022.09.08电池材料数据库（简版）2022.09.05思内观外：光伏硅片研发制造商高景太阳能完成25.15亿元人民币B轮融资2022.09.05产业观察产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分2of18目录1.潘复生院士：镁基材料在氢能储运与镁电池潜力巨大...................31.1.镁储氢：能量储存密度高，成本优安全性强...........................31.2.镁电池：成本低高安全，理论能量密度与锂电池相当.............42.孙金华院士：储能安全与防控两关键：高安全电池研发+智能一体化防控...................................................................................................42.1.锂离子电池成模组后热失控蔓延速率递增..............................52.2.电化学储能安全包括本体安全、过程安全与消防安全.............52.3.安全防范趋势在于研发高安全电池及发展智能一体化安全防范技术63.陈立泉院士：构建能源互联网为实现低碳化必经途径...................64.余贻鑫院士：带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想..............75.南方电网专家郑耀东：储能应用多样，新型储能使用价值仍受限.86.华为专家郑越：智能组串式储能系统是高效储能系统解决方案...106.1.新能源渗透递增带来电网安全稳定问题................................106.2.储能系统在新型电力系统中起到“蓄水池、调节器和稳定器”作用116.3.智能组串式储能系统保障电站稳定运行................................127.新型储能案例1：智光储能大容量锂电池储能解决方案——级联级储能系统..........................................................................................127.1.运行效率与安全问题是目前储能技术面临的主要问题...........127.2.深度挖掘储能电站全生命周期的价值，做到安全、效率和利用率三位一体......................................................................................137.3.级联型储能系统：减少费用和损失，达到更高的运行效率....148.新型储能案例2：贲安能源水系钠盐电池处于储能安全的最前沿148.1.水系电池从本质上解决电池的安全问题................................148.2.贲安水系电池特点：本质安全，耐高温阻燃.........................159.新型储能案例3：微控新能源悬浮飞轮储能系统行业优势显著....159.1.飞轮储能技术是一种绿色高效的物理储能技术.....................159.2.微控新能源高速磁悬浮储能飞轮：高安全、长寿命、大功率、无污染16产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分3of182022年9月7-9日，由中国化学与物理电源行业协会联合232余家机构共同支持的第十二届中国国际储能大会在杭州召开。大会以"共创储能新价值，共建市场新格局"为主题，聚焦新型储能安全持续发展。本文聚焦重要专家讲话及经典储能案例，梳理未来储能发展可行路径。1.潘复生院士：镁基材料在氢能储运与镁电池潜力巨大锂离子电池储能存在资源和安全问题。以锂离子电池为代表的电化学储能，在电动交通工具、电子产品等方面已获得广泛使用，但锂离子电池储能风险大，存在以下问题：1）资源短缺，锂资源储量不足，只能开采30-70年，80%依赖进口，环境污染较严重；2）安全性能较差，容易发生枝晶生长刺穿隔膜导致爆炸等危险；3）能量密度和安全性存在天然矛盾。国家能源局综合司在《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）》中提到：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。这限制了锂离子电池在储能领域的应用。因此，发展新一代储能材料与装备是未来大规模应用新型储能技术的基础和保障。新一代储能技术具有安全、高效、资源丰富、环境友好、成本低等特征。包括镁电池、金属固态储氢、钠电池、金属-空气电池、机械储能、管道安全运输等。镁资源丰富，具有轻量化特点。相比于锂，镁基储能材料具有资源储量丰富、成本低和安全性能高的优势，是极具潜力的新一代储能材料。镁资源丰富，我国占世界镁矿资源70%以上。成本只有锂的1/25-1/50，可以用几千年。且镁具备轻量化优势。并且在2015年，镁的开采冶炼制造中的环保问题已得到解决。（潘复生主题报告《潜力巨大的镁基储能材料》，CIES）1.1.镁储氢：能量储存密度高，成本优安全性强氢能受限于储运技术，产业进展缓慢。氢能既可以作为新能源，也可以作为能源介质，但存在制氢端氢气过剩，用氢端氢气严重不足的问题，主要在于氢能储运存在限制：1）高压和液态氢储运安全性差、效率低。2）国家相关方面规定氢气运输车不能过隧道、不能超过200公里等限制条件。镁储氢材料具有以下优势特点：1）能量储存密度高。镁的理论质量储氢容量为7.6wt.%，超出美国能源部对车载储氢系统储氢量达到50g-H2/L和6.5wt.%的目标要求。装置质量密度可以达到5-6wt.%，超过70MPa高压气瓶，并且是常温常压。镁基储氢材料的单位体积储氢容量接近液态氢的1.5倍。2）成本竞争力强。不需要超低温装置、超高压设备，储氢成本大幅度降低。3）安全性强。从液态、气态储氢变为固态储氢，安全性大幅度提高。4）可以纯化氢气。储氢镁基材料具有氢气纯化功能，可以有效提升灰氢蓝氢质量，利用了镁系、稀土系、钛系等储氢合金的可逆吸放氢能力提纯氢气，其提纯的氢气纯度可达99.9999%。实现灰氢、蓝氢向绿氢转变。产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分4of18镁储氢应用场景开发：1）固态加氢站：常温常压，安全性大幅度提高；2）运氢车：目前的运氢车不能超过200公里，不能过隧道。而镁的固态运氢车可以实现常温常压，运氢的重量可以从200多公斤增加到800以上。3）纯化储氢一体化：氢气制造出来后，没法运出去，只能烧掉或做成氨水等产品。纯化储氢一体化可以实现氢气的调峰、调频、纯化。（潘复生主题报告《潜力巨大的镁基储能材料》，CIES）1.2.镁电池：成本低高安全，理论能量密度与锂电池相当镁电池具备高安全低成本优势。锂电池能量密度的跃进本身是对安全性的一场赌注，能量密度和安全性存在天然矛盾。与锂电池相比，镁电池具有如下优势：1）镁资源丰富，成本只有锂的1/25-/150，可以使用几千年；2）镁电池不易生长枝晶，安全性高；3）镁及其化合物无环境污染；4）镁电池理论能量密度和锂电池相当。镁负极比容量是现有商业锂电池负极的6倍，达到2230mAh/g。普鲁士蓝镁正极具备低成本、高电压、长寿命特点，理论能量密度超过500wh/kg，有望替代磷酸铁锂。目前，重庆大学自主研发的高电压镁电池正极材料循环寿命可达到1万次。（潘复生主题报告《潜力巨大的镁基储能材料》，CIES）图1：镁电池具备高能量密度潜力资料来源：CNKI《可充镁电池：发展、机遇与挑战》表1：自主研发的高电压镁电池正极材料循环寿命可达一万次性能参数普鲁士蓝系镁电池磷酸铁锂正极理论比容量170mAh/Kg170mAh/Kg实际能量密度150-210Wh/Kg150-180Wh/Kg制备成本3.47万元/吨6.12万元/吨循环寿命>10000次3000-6000次资料来源：潘复生主题报告《潜力巨大的镁基储能材料》2.孙金华院士：储能安全与防控两关键：高安全电池产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分5of18研发+智能一体化防控2.1.锂离子电池成模组后热失控蔓延速率递增锂离子电池火灾机理为热失控物理化学耦合反应。锂离子电池金属氧化物的正极，具有氧化性，而电解液、隔膜具有还原性，在一定条件下会发生氧化还原反应，放出大量热量，造成火灾、爆炸等。具体机理为锂离子电池热失控物理化学耦合机理：1）初始热量：充放电循环等物理热积累；2）初始反应：负极表面SEI膜分解（90-120℃）；3）诱发主控反应：隔膜融化焦耳热诱发系列化学反应；4）主控反应：电解液分解，电解液与正极的反应。电池成模组后热失控蔓延速率递增。当电池组成电池模组时，建立了大尺寸平台，研究电池热失控传播规律。一个电池模组，前面的电池加热，第一个电池开始热失控，后来再传播到第二个、第三个、第四个，如果不采取任何措施，它的传播速率是逐步递增的，两个电池传播热失控的时间是越来越短的。冯旭宁老师的研究成果表明，热失控电池有12%的热量传到下一个电池时，就会引起下一个电池的热失控。（孙金华主题报告《储能电池安全基础与防控技术研究进展》，CIES）图2：电池热失控内部反应进程资料来源：CNKI《新能源汽车动力电池“机械滥用-热失控”及其安全防控技术综述》2.2.电化学储能安全包括本体安全、过程安全与消防安全解决电化学安全防控技术首要因素在保证本体安全。1）电解液是安全的一个主要因素，所以我们首先能不能做到电解液难燃和不燃。2）改善隔膜材料。由于隔膜的熔点很低，120-130℃左右，研发出更高熔点的隔膜，如聚酰亚胺、聚丙烯腈等，甚至是无机隔膜，如高安全性陶瓷复合隔膜。3）正极材料，提高正极材料的稳定性，防止与电解液发生反应。过程安全为第二防线。在电池使用过程当中，如果有事故隐患状态，可能发生热失控，应该进行热失控预测预警：1）经过一系列电池热失控的实验，提取可能用于电池热失控的参数，包括阈值。2）结合前面热失控的模型，发展三级基于多参数融合电池火灾预测预警技术。第一级是故障预警，第二级热失控是预警，第三级是火灾报警。产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分6of18消防安全是电池安全防控的最后一道防线。万一着火之后，要迅速扑灭，不让它形成大灾：1）优化一系列的灭火剂，灭火剂要求有不良导体，高温高压下不导电。2）创新发展了一种新的适合于电池系统的灭火方法：第一次快速喷放，使火迅速扑灭，后面进行多次缓射，目的一是降低电池温度，二是能保证系统里面的灭火剂浓度之后，使它不复燃。（孙金华主题报告《储能电池安全基础与防控技术研究进展》，CIES）图3：电化学储能安全包括本体安全、过程安全与消防安全资料来源：CNKI《韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考》2.3.安全防范趋势在于研发高安全电池及发展智能一体化安全防范技术研究高性能、高安全的电池。比如固态电池、钠离子电池等。还要对电池进行故障诊断与热失控精准预测技术，系统研究如何靶向控制电池包中的问题。要发展安全型或者本质安全型电力电池，还要进一步从电池材料、全电池系统安全设计以及生产工艺方面提高安全性能。发展智能一体化的安全防控技术。要集热管理、故障诊断、热失控预警、灭火协同的智能一体化安全技术，形成高效热管理智能精准预测和快速处置，最后实现高效、清洁灭火。（孙金华主题报告《储能电池安全基础与防控技术研究进展》，CIES）3.陈立泉院士：构建能源互联网为实现低碳化必经途径我国矿石能源特点为富煤、少气、缺油。2021年中国能源煤占56.0%，石油占18.5%，天然气占8.9%，水风光占16.6%。2021年自产原油1.99产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分7of18亿吨，原油进口5.13吨，对外依存度72%。我国汽车保有量为3亿辆，对原油的需求大。（陈立泉主题报告《能源现状与电池储能》，CIES）图4：我国矿石能源特点表现为富煤、少气、缺油资料来源：电力规划总院《中国能源发展报告2022》，国泰君安证券研究构建能源互联网为实现能源低碳化必经途径。2015年习主席倡议构建全球能源互联网，以清洁和绿色方式满足全球电力需求，并在2020年提出“2030年前碳排放达到峰值”“2060年达到碳中和”，意味着2030年非化石能源必将达到约25%，风、光伏发电总装机将达12亿千瓦以上，未来10年每年需新增7000万千瓦。能源互联网五大特征为可再生、分布式、互联性、开放性和智能化。可再生能源是能源互联网的主要来源。它具有间歇性、波动性等特点，传统的能源网必须转型才能免受冲突。分布式是指可再生能源是分散的，需要建立就地收集、存储和使用能源的网络，成为能源互联网的一个节点。互联性是指需要将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来。开放性是指能源互联网是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络，发电装置、储能装置和负载能够“即插即用”。智能化是指能源的产生、传输、转换和使用都该具备一定的智能。锂离子电池存在安全风险，需发展固态锂电池和原位固态化技术。原位固态化技术是指注入电解液保持良好电解质/电极材料的物理接触，通过化学或电化学反应，将液体电解质转化为固体电解质。可以解决高电压、安全性、锂枝晶、体积膨胀、接触内阻等问题。（陈立泉主题报告《能源现状与电池储能》，CIES）4.余贻鑫院士：带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想未来的配电网、微网、建筑单元与输电系统的差异将逐步消失。电网的变化已经日益偏离20世纪电网发展所依据的基本原理和假设。若将置于高压输电系统内能量管理系统及其底层的集中式操作范式扩展到配电系统，并扩展到未来网络中成千上万的生产型消费，将导致效率低下。因此提出如下的设想：未来的配电网、微网、建筑单元与输电系统的差产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分8of18异将逐步消失，具有本地发电和双向电力潮流的特点，都将配有能量管理系统并按照“群”（即功率平衡区）理念实现各自的净功率平衡。“分层分群”结构中每个群都有：1）发电和或负荷2）智能控制和通信；每个群也包括以下那个功能：1）进行发电/负荷调度；2）当地的反馈控制，用于平滑波动；3）通过削减发电/负荷来缓解故障。各群按照如下规范协调工作：1）群内发电的调节，需要随时吸收其内部负荷的变化即使发生大的扰动也要自行解决，并且从群的利益出发进行自优化；2）从电网的总体利益出发，各群之间进行协调产生群间的功率交换计划，各群必须履行在此群间所规定的任务。具有分层分群体系结构的电网适合将来的电网需要。分层分群的概念与当今电力系统的关键不同在于电流不再只是从大型系统到用户单向流动。配电系统或大电网上的大多数节点乃至终端用户的电表都可以注入和吸收功率，并且可以在这两个模式之间平稳地切换。进而，多种规模的经济高效的储能的到来，改变了电网瞬时功率平衡的模式，这需要对配电系统及其运行进行变革。这样的结构可以更好地利用多变的可再生能源、为生产型消费者赋权、与外围设备责任分担、有助于纳米，迷你和微电网的无缝集成、快速适应技术创新以及增强韧性和抵御不断增加的赛博攻击。（余贻鑫主题报告《分层分群的电网体系结构与储能市场格局》，CIES）图5：电网分层分群(群集嵌套)体系结构示意图资料来源：CNKI《分层分群电网体系结构》5.南方电网专家郑耀东：储能应用多样，新型储能使用价值仍受限储能最主要是解决调峰、调频和应急效率，不同类别储能存在差别。除用户侧储能“削峰填谷”外，参与调峰、调频等电力辅助服务是储能主要的盈利模式。用于调峰的项目单位容量投资多在2350~3900元/kWh区间，用于调频项目在3400~3900元/kW区间；磷酸铁锂系统效率在79%~90%之间，全钒液流在55%~72%之间，放电深度在80%~95%之间。年循环次数差别较大，调峰项目较少、调频项目较多，最少的为80多次，产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分9of18最多的高达2700多次。充放电倍率在0.25C~2C之间，用户侧储能采用0.25C，调频项目多采用2C。虚拟同步发电机一次调频、调压、次同步振荡抑制等技术对电网的主动支撑功能也得到了验证。从整个系统来看，抽蓄成本为5800-6800元/kW（8小时系统，725-850元/kWh），4h压缩空气为6000元-8000/kW（1500-2000元/kWh），磷酸铁锂电池储能成本基本上在1500-2500元/kWh（能量型）、3000-4000元/kW（功率型），4h的全钒液流电池成本在2500-3500元/kWh之间。主流锂电池储能存在安全问题，但新型储能发展快、占比小、应用差。从安全来看，主流的锂离子电池储能存在着火、爆炸风险，安全问题日益突出。而新型储能发展缺规划、重示范、难运营、应用模式单一，价值作用发挥不充分。电网侧储能商用困难，发电侧储能零和博弈，用户侧储能盈利微薄。储能应用场景理论较多，实际受限。现阶段，新型储能运营不稳定，作用发挥不明显，使用价值局限在示范。抽水蓄能装机虽然占90%左右，但按照2小时和8小时备电要求，抽水蓄能与电化学储能的占比变化为1：36。国网和南网仍处于可再生能源第二阶段。国际能源署提出的可变可再生能源（简称VRE，即风光）发展的六个阶段，其中第四阶段要提供频率响应服务，如一次调频和二次调。目前内蒙古达到第四阶段，而国网和南网仍处于第二阶段，VRE占比约为10%。（郑耀东主题报告《电网视野下的新型储能发展》，CIES）图6：储能应用场景理论较多，实际受限资料来源：郑耀东《电网视野下的新型储能发展》，国泰君安证券研究表2：国际能源署对于电网调节能力（含储能）阶段要求与VRE发电占比不同渗透率下对灵活性资源的需求VRE发电量占比第一阶段对系统基本没有影响；在发电厂的并网点产生极少的局部影响；0-3%第二阶段负荷与净负荷之间的变化日益明显；需要改进系统运行方式，要充分利用现有系统灵活性资源3%-13%第三阶段供需平衡难度加大，需要系统性地提高电力系统灵活性；现有设施和改进运行方式难以满足灵活性需求，需要对新的灵活性进行投13%-24%产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分10of18资第四阶段某些时段，VRE发电量足以提供大部分电力需求；系统运行需要加强受到扰动后迅速响应的能力；VRE也要提供频率响应服务，如一次调频和二次调频23%-50%第五阶段VRE发电量经常超过电力需求，出现负净负荷的结构性过剩；某些时段完全由VRE供应，不需要火电提供负荷；需要转移用电需求，以及通过电气化创造新需求，增加与相邻系统的电力交换50%以上第六阶段主要挑战是在风能和太阳能可用率持续较低时（比如数周），如何满足电力需求；需要季节性储能，以及应用氢等合成燃料50%以上资料来源：国际能源署，国泰君安证券研究6.华为专家郑越：智能组串式储能系统是高效储能系统解决方案6.1.新能源渗透递增带来电网安全稳定问题新能源渗透率高，电网强度下降，稳定性问题凸显。“十三五”期间，青海省风光占比可达61.1%，预计“十四五”期间，大基地（青海、甘肃、宁夏、河北）可普遍达60%+以上。未来新能源装机的增加会给电网带来巨大的挑战。随着新能源的渗透率增加，弱电网指标SCR降低，电站弱网并网几率将大大升高。高比例新能源将对电网的稳定性造成严峻挑战。调峰调频叠加电网安全稳定问题，新能源接纳受限。目前普遍存在：1）调峰调频问题；2）暂态电压问题；3）电压稳定问题；4）宽频震荡问题。调峰调频问题方面，火电调峰深度接近极限（40%调峰深度），无法再为新能源调峰，区域年度新能源装机目标或无法完成。暂态电压问题上，HVDC送端电网存在暂态电压问题。新能源暂态电压控制能力弱，HVDC故障期间造成130%+过压，电网公司限制新能源开机功率，防止大面积脱网。电压稳定问题上，HVDC受端电网狭长电网/交流远距离送电存在电压稳定问题。新能源暂态有功支撑能力、电压支撑弱，HVDC故障期间后功率大面积转移，易引发电压崩溃。同时也普遍存在宽频振荡问题，特别是省内/跨省远距离送电、HVDC近端。新能源控制稳定依赖同步电源（火电/水电），同步电源比例降低后稳定裕度下降，出现宽频振荡问题。（郑越主题报告《新型电力系统中的储能系统挑战与创新》，CIES）表3:中国2025年多省份新能源装机量占比将超过60%省份“十三五”（2016-2020）“十四五”（2021-2025）光伏装机GW风电装机GW总容量GW风光占比大基地规划风光占比青海168.64061.1%30普遍60%+甘肃9.8155544.7%30宁夏11.8145644.5%20河北25239351.6%20产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分11of18资料来源：郑越《新型电力系统中的储能系统挑战和创新》，国泰君安证券研究图7：“十四五”大型清洁能源基地布局示意图资料来源：发改委《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》6.2.储能系统在新型电力系统中起到“蓄水池、调节器和稳定器”作用储能系统在新型电力系统中起到“蓄水池、调节器和稳定器”作用。电化学储能相比氢能、水电/抽水蓄能限制条件更少、建设周期更短。在省内/省际电网（输电网）上，储能可以用于解决紧急事故的备用、受端电压的支撑、电网阻塞。在城镇电网（配电网）上，储能可以吸收过剩电力，避免电网末端电压升高，延缓配网升级改造，成为提升分布式光伏的核心手段之一。储能系统无处不在，包括电力系统的发、配、输、用，是融合了电化学、散热、电力电子、数字化技术、AI技术的综合系统，在新型电力系统中起到至关重要的作用。储能系统挑战1：弱支撑电网环境+控制不当，储能有益作用被削减甚至抵消。在架构与控制不当时，储能有益作用可能被抵销。若电网发生过压扰动，通过DC/AC透传过压使电芯电压升高会导致功率的波动。其次，暂态控制不当会加剧电压波动的风险。储能系统挑战2：传统储能系统无法持续恒定功率输出，无法满足调频要求。这是由于电池不一致性导致簇间环流发生且在持续恒定功率运行下，储能系统内部温差增大，加剧了电池的不一致性导致功率输出降额。其次，集中式储能系统电池管理颗粒度大，一旦某簇发生故障，整个PCS大机停摆，无法保障申报功率的输出，影响电站收益。储能系统挑战3：传统储能系统电池串并联失配影响可用容量，调峰能力不足。电池串联容量取决于容量最小的单位电池，而电芯品控及出厂公差导致每个单体电池的可用容量不同。电池并联下电压强制平衡，充不满放不光。且各簇电压差异造成簇间不均流，偏差电流易产生过充过放现象。（郑越主题报告《新型电力系统中的储能系统挑战与创新》，CIES）产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分12of186.3.智能组串式储能系统保障电站稳定运行智能组串式储能系统：更高可用用量，更高安全标准。智能组串式储能系统通过电力电子技术的确定性弥补电化学技术的不确定性，通过数字技术把内部电池运行的数据通过能源云集中管理。智能组串式储能系统的核心技术包括电芯级监控、电池包级优化、电池簇独立管理和分布式温控。电芯级监控通过精确SOX检测，精细化管理电芯。电池包级优化是通过一包一优化避免串联失配。电池簇独立管理通过一簇一管理，避免并联失配，实现每簇独立充放，无簇间偏流、端口0电压。分布式温控通过每簇独立散热，降低系统内温差。通过精细化管理融合多重软硬件安全设计，保障电站稳定运行。硬件安全方面，通过熔丝保护、断路器保护、簇级过流保护、簇级短路保护、包级BMS保护和包级优化器保护实现从电池包、电池簇、到电池系统多级主被动安全设计。从软件安全设计方面，通过智能内短路检测实现故障识别，快速告警。通过云BMS提前预警电池热失控风险。未来打造智能光储发电机，稳定支撑新型电力系统。当前，通过可支撑电压和频率、支持独立组网、能源可储可控、双向互动、等效转动惯量为增强电网打下基础。未来，GridForming技术提高新能源接入比例、通过数字化让传统发电机技术在光伏+储能系统里技术化实现。（郑越主题报告《新型电力系统中的储能系统挑战与创新》，CIES）图8：智能组串式与集中式储能系统对比资料来源：华为《智能组串式储能技术白皮书》7.新型储能案例1：智光储能大容量锂电池储能解决方案——级联级储能系统7.1.运行效率与安全问题是目前储能技术面临的主要问题提高电站的运行效率将直接提高产生的收益。目前大部分电站效率集中产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分13of18在80%到85%之间，假设有一个200MWH的独立储能电站，每年按照330天，一天1.5次这种调峰的运行策略，提高2%的效率，全年可以提高120万元的效益。如果效率提高到5%，那么所带来的收益会进一步增加到3000万元。保障储能电站的安全。导致安全事故的原因有三点：1）电池本身质量的问题；2）电力火灾导致的电气火；3）工艺或者制造过程的问题。但是不管危险事故的诱因是什么，最后导致事故发生的根本原因一定是电池。所以在早期，就需要通过日常的巡检去消除可能存在的安全隐患，以及在事故发生的早期阶段，就需要及时进行处理，才能保证电站的运行安全。（智光储能《大容量锂电池储能技术发展》，CIES）表4:100MW/200MWh储能装机在不同效率下的效益提值电站效率75%80%83%85%90%单循环效率/MWh5040343020单循环效率提升的节约电量（MWh）-16-60414年可节约的电量（330天）/MWh-5280-2970019806930年可节约电量电费（万元）-475.2-178.20118.8415.8寿命期内节约总电量（6000次）/GWh-96-3602484寿命期总节约电量电费（万元）-5760-2160014405040资料来源：智光储能《大容量锂电池储能技术发展》，国泰君安证券研究7.2.深度挖掘储能电站全生命周期的价值，做到安全、效率和利用率三位一体挖掘储能偏向全生命周期的价值，有两个维度：1）度电成本，采用不同的技术路线所带来的整个全生命周期内的总体的费用是不一样的，一味地压缩初始的投资成本，最后可能会导致实际的运行费用更多；2）度电收益，在同样的投资条件下，整个储能电站充放电量越接近单电芯的水平，度电收益就越高。将安全、效率和利用率三个维度进行平衡。挖掘全生命周期的价值，还有很多因素是需要考虑的。早期电池的类型的选择，更多的是电池安时数的一个选择，以及在运行过程中对电池的监控精度。而目前做大容量储能技术更多要求安全高效。（智光储能《大容量锂电池储能技术发展》，CIES）图9：度电成本与度电收益的定义产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分14of18资料来源：智光储能《大容量锂电池储能技术发展》，国泰君安证券研究7.3.级联型储能系统：减少费用和损失，达到更高的运行效率级联型储能系统可以做到绝佳电压。级联型储能系统是由多个功率模块去完成去组成一个完整的储能变动器。目前整一套系统可以用到电芯和通用模块之间都可以做并联的设计，在交流侧采用串联方式。它节省了变压器的占地，投资以及后期的运维费用。同时也可以避免充放电过程中电压器所带来的损耗以及储能在长时下变压器的空白损耗。电站长期运行效率比常规低压升压储能系统高出4-10%，长期综合运行效率高达90%。（智光储能《大容量锂电池储能技术发展》，CIES）8.新型储能案例2：贲安能源水系钠盐电池处于储能安全的最前沿8.1.水系电池从本质上解决电池的安全问题固态和水系电池是本质安全电池两种研究思路。1）固态锂离子电池，固态锂离子电池的隔膜是固态，所以不会存在着锂枝晶穿透隔膜而达到正极所引发短路产生热事故风险，能从机理上解决安全问题；2）水系电池，因为水系电池的电解液是去离子水或者无机电解质盐，水的比量比较高，也能从本质上来解决电池的安全问题。水系电池材料的选择以及电解质是研究的重点和难点。水系电池电化学窗口为1.23V，在电池运行过程中怎么保证正极不发生吸氧，而负极不发生析氢，这是水系电池研究的终点目标。水系电池的材料选择需十分谨慎，因为要保证水系电池负级材料的氧化还原电位大于析氢电位，而正级材料的氧化还原电位低于正级的吸氧电位。水系电解质的优化策略需兼顾机理设计及工程化应用。因为1.23V的水的分解电压在热力学和动力学中是固定的，因此如果想要在电池当中抑制水的活性，需要降低电解质中自由水的含量：1）调控电解液的PH值，但因要用到质子交换膜，萘酚膜等，其花费在工程化应用中很难实现；2）高浓度电解质盐，提升最为显著，但成本高昂；3）极性质子溶剂杂产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分15of18化电解液，其作用主要为降低氢氧根的数量，以此来提升的电化学窗口，成本低，但是提升较少；4）凝胶准固态电解质，提升效果显著，但会是结构复杂化。所以水系电解质需要研究机理以及工程化应用之间的平衡问题。（贲安能源《绿色安全型水系金属离子电池储能技术》，CIES）图10：水系钠离子电池的工作原理资料来源：CNKI《水系钠离子电池磷酸盐电极材料的制备与电化学性质研究》8.2.贲安水系电池特点：本质安全，耐高温阻燃水系电池产品的特点：本质安全：1）贲安能源使用的磷酸盐或者聚阴离子化合物都是经过高温合成，最高温度耐受性会达到1000度，因此从材料本身来看，它不会在循环中发生热分解反应；2）电解液方面，电池工作过程中仅产生不足以使水升温的少量能量，不会产生剧烈反应，具备本征安全特征。同时电池所用的外壳也有阻燃功能；3）但水系电池同时也会有一定的缺点：能量密度低。（贲安能源《绿色安全型水系金属离子电池储能技术》，CIES）图11：水系钠离子电池产品具备本质安全资料来源：贲安能源官网9.新型储能案例3：微控新能源悬浮飞轮储能系统行业优势显著9.1.飞轮储能技术是一种绿色高效的物理储能技术磁悬浮储能飞轮具有无磨损、功耗低、寿命长等优势。转动惯量与极限产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分16of18速度的平方成正比，因此为了追求更高的性能指标，如何使一个更重的物体能以更高的转速旋转是飞轮储能技术持续性发展的方向。基于此要求，高效的飞轮储能技术需要采用磁悬浮的轴承系数以减少磨损，降低功耗，以发挥飞轮储能长寿命的优势。飞轮储能产品的典型构成为：1）真空的腔体，里面含有转子，也就是能量储存体；2）电流装置，双向的电流装置形成了直流的接口；3）磁悬浮轴承的控制器；4）真空洞，当发现真空状态不足的时候，我们要进行抽真空，让它处在最高效的状态。确定缺陷尺寸是确定飞轮使用寿命、确保安全问题的核心。对于飞轮的使用寿命有两种是说明方式：1）萌生寿命，萌生寿命就是假定这个材料没有缺陷，但是每个转子实际都没有办法在工程中让它完全没有裂纹；2）残余寿命，现在飞轮的设计一般是基于残余寿命来确定循环寿命的。残余寿命是指这个材料存在一定的尺寸缺陷，但是没有超过默认的范围。基于这个有缺陷的假设前提下，飞轮能承受的应力循环次数可以对应其充放电的寿命次数。（沈阳微控《飞轮储能技术在新能源一次调频中的应用》，CIES）表5:磁悬浮储能飞轮的参数参数名最大功率最大存储能量飞轮最高转速部署方式占地面积重量参数值450kW6.25MJ（1.74kWH）36750转/分钟单柜体式0.6㎡821kg资料来源：2022中国国际储能大会，国泰君安证券研究图12：飞轮储能产品的结构资料来源：微控新能源官网9.2.微控新能源高速磁悬浮储能飞轮：高安全、长寿命、大功率、无污染微控新能源飞轮储能产品的技术具备高安全长寿命优势：1）高安全，飞轮储能技术没有化学反应，相对化学储能来说是本质安全的技术；2）长寿命，飞轮的转速也是能量，因此它的储存能量是不衰减的；3）大功率，飞轮具有比较高的功率密度，属于典型的功率储能技术；4）绿色无污染，回收应用率非常高，处理的成本也很低；5）对环境的适应性要求不高，产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分17of18容易进行一些模块化的部署。由于其响应速度快，特别适用于新能源场站快速频率调节。（沈阳微控《飞轮储能技术在新能源一次调频中的应用》，CIES）图13：飞轮储能产品具备高安全长寿命优势资料来源：微控新能源官网产业观察请务必阅读正文之后的免责条款部分18of18本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发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