4月24-26日，由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“儲能電站與技術應用（四）“專場，南瑞集團（國網電力科學研究院）高級工程師李欣在會上分享了主題報告《電網側儲能對電池本體和管理系統的需求》，以下為演講實錄：

李欣：非常感謝大家，我們有機會跟大家交流一下。南瑞集團對電網側儲能對電池本體和電池管理的需求。大家知道，我們參加儲能大會來說，電網側儲能目前是大家認為是比較火熱的一個方向，具體來說對電池和管理系統有那些需求呢？

首先我們簡單介紹一下關于電網側儲能的一些管理。儲能的重要性這里不再贅述了，我想在座的各位都是專家，對于儲能目前的發展趨勢也非常了解。對于電網來說，儲能目前來說可能有三大方向，我們所謂的調峰、調頻和調壓，現在來看，對于各個領域的需求都非常旺盛，從保險公司和從區域電網也好、對于分布式能源來說，儲能都有非常大的廣泛的應用領域。

我們看到，不同的送端和受端電網，比如東北電網，送端和受端我們有不同的需求，比如說我們在送端可能新能源裝機占比比較大，火電調峰能力不足。對于受端電網來說，比如華東電網，它因為多直流匯入的問題，電網調壓能力是比較低的，有一些低頻風險。我們知道過去因為發生過特高壓直流雙極閉鎖，所以對華東電網的頻率發生非常大的擾動，這個時候儲能就有了它應用的場所。

我們可以看一下，對于儲能的容量選擇來說我們現在需要考慮哪些點？

第一，潮流、調頻、調峰、調壓的需求，現在電網側儲能可能受建設運營成本的約束。我們做過一個仿真或者我們做過一個計算，我們一個直流雙基閉鎖下，儲能的容量越大對頻率支撐越強，因為我們知道電網對頻率的穩定是非常關注的。現在對于調峰需求來說，一般配置在0.5C，就是2小時的儲能電站。比如做調頻的時候可能會用2C的，是我們常用的辦法。除了調頻以外還有調壓，需要考慮電網動態無功的需求。

對于電網側來說，實際上電網側儲能是從去年鎮江的儲能電站101兆瓦/202兆瓦時的我電站興起之后，大家對電網側儲能非常關注。對于電網來說，儲能電站的優勢在于它的建設周期比較短，鎮江儲能電站去年從立項大建成非常短，大概就是三四個月的時間，去年夏季就已經投運了，為了保證鎮江電網迎峰度夏，這是儲能的優勢。

我們來說一說電網側儲能對于電池的需求。因為今年南瑞也做了一些比如說湖南省的儲能電站或者說我們以前包括今年江蘇也有一些，電網側儲能對于電池的需求來說，比如說你要滿足調頻，你要有穩定性，你要免維護、你要易維護，同時你要滿足高效使用SOC的范圍，這是電池金字塔。

每當提起電池本體的時候我們都會把這張表請出來，當然這張表不斷的更新，我們儲能能選擇的范圍其實也就在這四種里面，目前帶說鉛炭或者鉛酸電池，我們的磷酸鐵鋰，包括我們的三元，還有一種是全釩液流，當然根據我們這兩天拿到的數據來說，儲能領域的電池量差不多只有電動汽車的2/3。這張表里可以看到，用的比較多，可以說目前國內投用的儲能里面絕大多數選擇了磷酸鐵鋰，這兩年來說，尤其因為去年鎮江電網側儲能選擇磷酸鐵鋰之后，現在湖南的電網側儲能、河南的電網側儲能包括江蘇省二期都用磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰是有一定優勢的，在目前我們說賽跑之內，它可能會跑的比較快，我們知道現在有的四種里面。大家當時是認為磷酸鐵鋰的安全性是最高的，或者說是現在目前條件下優選中的優選。

我們看看它的技術參數。我們當時有三種：鉛炭、全釩液流、鋰離子。鉛炭成本相對較低一點，它的循環壽命比較低。對于電網側來說我們其實也考慮過全釩液流，全釩液流的倍率特性比較高、循環次數比較好，液流的效率因為它的循環次數比較多，一般我們認為應該過1萬，現在也有企業說我們可以到2萬次左右的循環，這樣可以攤薄，雖然建設成本比較高，壽命比較長，攤薄我的運營成本。鋰離子電池，能量密度比較高，對于車來說用三元比較多，因為三元本身來說，它會有輕微的析出氧氣的問題，所以現在對于電站來說，包括我們去年在給湖南省公司做方案的時候，湖南省公司問南瑞，說你們對電池選型有什么想法，我說在2019年這個時間點下，可能磷酸鐵鋰是一個比較好的方式，但是磷酸鐵鋰代不代表一定是完美的，我個人持一定的保留態度，原因是因為今年也出了一些磷酸鐵鋰的問題。對于電網側儲能的需求來說，我們需要兼顧調頻、調峰包括調壓所有的場景。

這是關于儲能電站的問題，我們知道每次出現這種問題的時候我們就要把韓國朋友請出來，因為韓國去年燒了21個站。韓國去年燒的最好的是7月2日，在全羅南道燒了一個EES就是儲能電站，它是一個三元站，我們知道韓國儲能路線往往走的都是三元，我們認為磷酸鐵鋰是不是足夠的安全。在我們2017年以前，我們在儲能電站選型的時候，可能都會覺得，磷酸鐵鋰對針刺、對擠壓這些比較苛刻的一些測試條件是能過的，所以我們對于磷酸鐵鋰是認為比較靠譜的，但是我們去年也發現，去年在鎮江揚州用戶側儲能的時候也發現磷酸鐵鋰集裝箱燒毀。這兩天因為做儲能的朋友可能圈子都差不多，也聽說美國這兩天燒了一個儲能電站，2兆瓦/2兆瓦時的儲能電站，也造成了一些消防員的傷害。所以儲能電站的事故一旦發生了就比較嚴重，因為不光是燒的問題，還有炸的問題，一般來說燒的話，可能初期去滅火，但是儲能電站還有后期爆炸甚至還有爆燃的現象，我們前期也和中國科學技術大學火災重點實驗室也做了關于爆燃或者電池的一些研究，我們發現鋰離子電池的燃燒特性還是有一些沒有完全闡釋明白的，因為它的階段過程有自身的特點。所以我們覺得對于鋰離子電池的熱事故的特征參數識別，熱失控的早期預警安全聯動和消防就比較重要。因為對于電網側儲能具備兩個特點，一個是足夠安全，或者說安全，安全是電網側儲能重中之重的問題，包括我們跟公司科技部做鋰離子選型或者儲能電站做推廣的時候，第一個問題都是安全。第二個問題成本，就是說我們希望一個既安全又便宜的儲能方式能夠推動這樣一個儲能整個行業在走。

大家看這張圖，基本上各種儲能方式仍然是按照當時不同的等級在走。我們可以看到，比如說鋰離子電池，比如說全釩液流，比如說鎳鉻或者各種各樣的儲能方式，基本上有鋰離子、有全釩液流、有鉛炭。所以我們就想，如果是從安全性角度來說，對于電網側的儲能選型來說有沒有可能找一個成本和安全性都兼顧的方式，或者說我們作為探索，所以我們后來把眼光落在了鋅溴上，鋅溴也不是特別新的，跟全釩液流從2014您都有一些進展，全釩液流是從NASA開始引進的，我們在想能不能做一些關于合適的電化學儲能體系的選擇，因為要找一個合適的電化學儲能體系還是比較稀缺的，具備幾個特征，價格要合適，安全性是要保證的，同時要易于部署，我們早上也在討論，關于儲能方式，比如現在有人說我用峰水打捆或者峰火打捆這種方式，或者說上抽蓄，電化學儲能我個人認為仍然在一些場景下是有獨到性的，就是怎么控制它的安全性。

我們目前在做的單液流鋅溴電池，現在來說因為目前正處于小試的過程，所以我沒有放產品的圖像。傳統的液流電池里面是兩個罐體的，一個正極罐、一個負極罐，尺寸比較大，我們知道全釩液流電池現在也有一些試點，比如在蝸牛石，比如當時湖南打算想上全釩液流。大家目光投到液流電池上面有一些特性，共同的特性，比方說安全性比較高，因為是水系體系的。鋰離子電池為什么容易燒或者容易炸，有兩個原因，第一個，鋰這種金屬元素本身就比較活潑，第二個，它的電解液體系是有機體系，比如它用六氟磺酸鋰。液流電池雖然價格比較高，但是大家仍然對液流保持一定的好感。液流電池我們想做哪些更新呢或者想做新一代的，我們想做單液流體系的鋅溴液流，因為電解液的正極側和負荷側是一致的，我們做了單液流體系。目前我們做到了千萬級的單液流體系。鋅溴液流2009、2010年有一個機會，當時大家有一個疑惑，覺得溴這個元素可能會對人體有一定的傷害，這也是為什么鋅溴液流電池推廣會稍微慢一點。通過我們實驗發現，通過單液流這個技術，可以把溴封閉在上層，我們也在跟瑞士的公司在合作，我們希望下半年拿到安全性的評價報告，也對鋅溴液流有一個推廣、推介。因為我們自己的測試結果發現，通過單液流技術，溴一旦固定在電堆里面，對環境基本上沒有什么太大影響的，因為不存在管路體系中間，這個溴就會好很多。

談完了電池本體來說，下一步對于電池就是電池管理系統。現在大家知道，對電池管理系統來說要求是非常高的，我要能夠做狀態監控，我要能夠對SOC進行估算，我要能夠對SOH進行估算。儲能電站或者儲能電站級的BMS有什么不同呢？我們覺得在車用的BMS基礎之上，我們覺得把它的層級多擴展了一塊。在總控和主控之外，我們加了一個總控模塊，實際上是三級的體系，不再是汽車里面的兩級體系，它實際上是對儲能電站有一個新的想法。它需要具備的功能，比如說我需要算電池模型，灌注到我的BMS里面，實時進行一個數據。我們前期也做了一些SOC估算的工作，比如說我們做了一個關于利用神經網絡技術對SOC進行估算，我們哪一個25安時的鋰離子電池，在這個工況下面做了測試，發現這個模型還是不錯的，能夠捕捉我們現在需要的電池特性。我們也曾經做過一些訓練，發現誤差還是可控的，我們覺得還是不錯的一個技術。包括我們的均衡，現在大家知道希望做61850的規約，我們做這個轉換器，也是我們新的想法。

下面談一個關鍵的問題，對于電網側儲能來說，我們對安全的監控和安全的需求。因為在常規的BMS中，我們對溫度、電壓和電流的監控來說，現在可能我們覺得不夠，我們覺得是不是要增加新的參考的依據，或者我們做特征參量的判定。比如我們現在說要做這種多傳感器融合。原因是因為現在通過電壓、電流和溫度能夠直接去做預警或者預判，我們覺得是有難度的，所以我們在今年包括去年在跟江蘇省電科院、經研院我們在做儲能電站規劃的時候我們希望加入氣體傳感器，今年來說我們月看到有很多國內的科研院所和機構也做了氣體傳感的工作，需要抓一些特征的氣體參量，比如一氧化碳、比如氫氣，現在大家還有一個新的想法，在一氧化碳和氫氣之外還要加一些新的特征性氣體，比如說乙烯、丙烯，是因為出現了隔膜短路，發現了不可逆的熱失控現象，最后導致了電池的燃燒或者爆炸。我們現在也在跟國內的一些廠商合作，我們希望加入氣體傳感的過程，包括現在江蘇省整個省公司的想法，就是說希望在BMS或者是整站的監控系統里面加入氣體監控，我們覺得氣體監控確實是一個很好的方法。當然我們覺得還有其他的這種非電類的方法，因為我們前期也在跟中科大的重點實驗室做了一些煙氣的分析，保險中間還是有能有其他的抽的特征性氣體的提取。但關鍵現在我們需要更多的實驗來說明我們怎么去抓這個氣體，因為大家認為一般氣體的預警時間會比電流電壓的溫度預警時間要快，因為你是先出生了特征性氣體的預遷，再發生了溫時空，因為溫度的失控以后一旦發生以后往往都比較后期了。

我們說一下南瑞對于儲能的工作和一些業績。張北風光儲當然國內的系統幾家企業都參與了，我們做了調頻電站，在貴州興義做了20兆瓦/20兆瓦時的，包括長沙電網側，我們剛剛竣工，4月5日已經竣工了，靠近長沙機場，26兆瓦/56兆瓦時的，我們希望跟更多的朋友在儲能方面有更多的合作。

現在對于電池或者電站級來說，會遇到儲能電站運行維護系統，它是一個分級分層的結構，比如有展示、數據處理、公共服務。大家知道中國的ICT行業發展是非常快的，對于儲能電站智能運維系統里面最難的在哪里？我們分析了一下，有兩塊，第一塊，健康評估，這塊是現在我們覺得一個熱點，包括我們跟省公司，也包括跟各個地市，包括各個省的電科院在聊的時候，跟他們做交流，他們認為難度在電池的評價，這塊非常難做，我們說昨天也在跟比如說一些評價機構、評測機構在聊這個問題，對于電池的健康評估技術現在是一個非常需要突破的。我們知道按照現行國標來說，比如儲能電站電池的使用，比如36276標準來說，前期要做循環測試的，循環測試我們也跟電科院也聊這個事情，這個評價測試往往時間很長，一般儲能電站的運行是沒有時間周期，來不及的，往往是說我現在要下計劃，我們兩三個月以后就需要去上儲能電站，就要落成，這個周期測試可能都完不成。對于健康評估來說，包括對怎么去做電池的，隨著它的使用壽命的衰減，對它進行全生命周期的管理現在是一個熱點。牽扯到健康評估來說，就牽扯到下面一個，比如說電池模型的估計。大家如果，如果電池能建模就用大數據，如果電池建模建不了就得反過來用數據規律的辦法。

難點我們現在認為是電芯的狀態評估技術，我們有兩條路可以走，大家一條認為叫物理模型，或者說我把電池拆開來了，我去做不同的，根據你的卷繞過程、根據你的化成過程我們來判定。但是我們覺得電池壽命的評估是整個電芯狀態評估的重中之重，你怎么去根據在線監控的數據和電池本身參數，我們說有兩條路愛走，一手去抓數據，一手去抓電池本身參數，進行鋰離子電池的精細建模，表征這個電芯的容量和內阻變化情況，從而對電芯的實際狀態、老化程度和壽命進行評估。

現實我們做了一些分析和評估，比如說你對這個電池，從電池的制造開始，實際上我們拿到手，無論你是軟包的、硬包的、圓柱形的電池，你的這些數據可能需要我們通過物理的辦法來做，比如說你做電極、顆粒、反應參數，通過這些辦法來做，我們來模擬電池運行，大家知道這塊工作兩說，像美國的一些國家實驗室，他們做的比較多，現在我們也在不斷的跟他們合作，包括我們自己做建模工作。但是物理模型有一個特點，物理模型準確，但是工作量比較大，就是說你要去標定一款電池，它是比較耗時的，需要比較長的時間。

還有一條路就是基于數據驅動電芯評估技術，就是說我們根據電池的在線數據和立體數據進行電池的實際狀態監測，它分析的時效性好，但是需要龐大的算力，就是說我現在拿到，根據我電站運行的數據之后，通過我的算力確定我現在電池狀態，它的問題是來源于數據不確定性和不完整性，就是說你的估算是需要回歸的，你的后期怎么樣去做更精確的估計，我們也希望和各個研究機構，包括我們一些評價機構，有更多的合作。因為現在看來，評價是有方法的，但是快速評價現在是有困難的，這是需要大家一起去做的工作。

我們除了這個技術合作以外我們還有項目合作，我們通過綜合考慮，分布式發電、分布式容量，我們最后解決，我們希望能夠解決新能源的接入與接納，實現棄風棄光的問題。當然有很多方案，比如說我們可以各種方案，比如分布的配置或者集中控制，現在都有很多的方式。

最終的目的是通過統籌我們各種方案，統籌區域內的儲能資源，我們希望通過南瑞自己的優勢，南瑞因為做二次比較多的，我們的控制協調優化策略，這是南瑞的傾向，最后實現電網負荷在時間維度的重構和再分配，實現儲能在電網中的快速推廣。

我們現在的優勢是在哪些方面呢，是在大型儲能電站規劃設計、調度、安全穩定、綜合監控系統、變流器、一次設備，最終我們的目的是以系統集成為方式，形成滿足客戶需求、覆蓋領域比較全面的一個完整的儲能產業。

最后我們說一個愿景，希望通過南瑞與國網系統內企業，我們聯系儲能的廠家、用戶、電網側，包括我們的金融服務和配套服務，實現多方共贏，也歡迎儲能的朋友多多跟南瑞進行交流和溝通，我們也希望通過我們這次的努力能夠把儲能產業往前推進。我們是一個綜合能源的機構，如果大家有興趣可以跟我聯系，我們共同商討一下，或者看看儲能在電網側有什么樣更好的推動。