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电力储能标准化现状分析及体系构建

作者:汪毅 来源:电力标准信息 发布时间:2020-06-21 浏览:
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01、储能技术及应用发展趋势

储能在能源体系变革及能源互联网建设中占据重要地位,是未来提升电力系统灵活性、经济性和安全性,解决新能源消纳的重要手段,也是促进能源生产消费开放共享、灵活交易,实现多能协同的核心要素。

储能技术形式多种多样,按照电能存储介质的不同大致可以分为电化学储能(锂离子、铅蓄电池、钠硫、液流、储氢等)、机械储能(抽水蓄能、压缩空气、飞轮等)、电磁储能(超导、超级电容等)等。其中抽水蓄能技术相对成熟并广泛应用,截至2019年底,全球储能累计装机1.85亿千瓦,其中抽水蓄能累计装机规模为1.71亿千瓦,占比92.6%。但抽水蓄能受气象地理条件限制,因而近年来世界主要国家都高度重视其他的新型储能技术,积极开展技术研究和应用探索,其中电化学储能发展最为突出,累计装机规模为952.1万千瓦,近五年年均增长率为63%,电化学储能中锂离子电池储能应用占到88.8%,是当前阶段最受关注的储能技术。不过,不同的储能技术具有不同的特点,液流电池、压缩空气、储氢等储能技术也被寄予厚望。

研究和应用的驱动,近年来储能技术得到快速发展。电化学储能的循环寿命、能量密度、效率等关键技术指标得到大幅度提升,特别是锂离子电池储能应用成本快速下降,等效度电成本已达0.50元/千瓦时·次,突破盈亏平衡点,实现了百兆瓦级储能电站系统集成,在提升新能源并网友好性、电网调频调峰、分布式储能提升微电网运行可靠性等电力系统各个领域都得到广泛应用;压缩空气储能、飞轮储能实现了十兆瓦级示范应用,引发了行业关注;储氢技术研究也不断取得突破。

以电化学为主,我国储能产业也实现飞速发展,除了电动汽车动力电池厂家积极布局储能产业外,储能电池管理系统、变流器、能量管理系统等也出现众多专业厂家,已初步形成电化学储能装备产业链,我国电化学储能装备已经具备较强的国际竞争力,大量锂离子电池、铅炭电池等储能系统出口到国外市场。

我国储能特别是锂离子电池储能经历2018年应用爆发的一年后,受到多重因素影响,储能应用趋于平缓。总体而言,我国储能应用还处于功能实证以及商业模式探索阶段,支持储能发展的政策和机制需要进一步完善,同时储能的性能、安全等也需要进一步提升、成本进一步降低。技术标准在促进储能发展中起着至关重要的作用。

02、国内外标准现状

2.1 国内储能标准现状

我国从2010年开始开展电力储能标准的制定。目前归口于全国电力储能标委会管理的国家和行业标准31项,包括已发布或报批的27项;管理的中电联团体标准47项,其中已发布或报批的29项。这些标准涵盖电化学电池储能、超级电容器储能、储氢、飞轮储能等多种储能形式,涉及基础通用、规划设计、设备及试验、施工及验收、并网及检测和运行维护评价等方面。

基础通用标准方面:GB/T 36558电力系统电化学储能系统通用技术条件规定了电力系统电化学储能系统、储能设备的技术要求;DL/T 1816电化学储能电站标识系统编码导则规定了电化学储能电站设备标识系统编码的要求,适用于由锂离子、铅酸、液流电池等电池储能系统组成的电化学储能电站设备的标识系统编码。

规划设计标准方面:GB/T 51048-2014电化学储能电站设计规范规定了储能电站设计时站址选择、站区规划和总布置、储能系统、电气一次、系统及电气二次、土建、采暖通风与空气调节、给排水、消防、环境保护和水土保持、劳动安全和职业卫生等要求;能源20180680电化学储能电站接入电网设计规范、能源20180682分布式储能接入电网设计规范对两种形式的储能接入电网提出了设计要求。

设备及试验标准方面:GB/T 36276电力储能用锂离子电池、GB/T 36280电力储能用铅炭电池、GB/T 34131电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范、GB/T 34120电化学储能系统储能变流器技术规范分别规定了储能用电池、管理系统、变流器的规格、技术要求和实验规则等内容;能源20180683电力储能用超级电容器、能源20180684电力储能用超级电容器试验规程对储能用超级电容器技术要求、试验规则进行了规定。

并网及检测标准方面:GB/T 36547电化学储能系统接入电网技术规定对电化学储能系统接入电网的电能质量、功率控制、电网适应性、保护与安全自动装置、通信与自动化、电能计量、接地与安全标识、接入电网测试等提出了要求;GB/T 36548电化学储能系统接入电网测试规范规定了电化学储能系统接入电网的测试条件、测试设备、测试项目及方法等;NB/T 33014电化学储能系统接入配电网运行控制规范规定了以电化学形式存储电能的储能系统接入配电网运行控制应遵循的技术要求。

运行维护评价标准方面:GB/T 36549电化学储能电站运行指标及评价规定了电化学储能电站运行评价指标和评价方法;DL/T 1815电化学储能电站设备可靠性评价规程规定了电化学储能电站设备可靠性的统计及评价方法。

这些标准工作的开展,填补了我国储能标准的空白,对于保障储能装置的制造、招投标、监造、验收、接入试验与调试、设备交接以及运行维护等工作有序开展,保证储能系统在电力系统的安全稳定运行起到了重要作用。

2.2 国外储能标准现状

IEC在2012年成立了电能存储系统技术委员会TC120,负责储能系统接入电网相关标准的制定。该技术委员会成立了术语、单位参数和测试方法、规划和安装、环境问题、安全考虑5个工作组开展相关标准制定工作。目前制定和发布的标准见表1。

除IEC TC 120外,其他TC也制定了储能相关标准,比如IEC 62909-1双向并网换流器 第1部分:一般要求、IEC 62619工业用二次锂电池和电池组、IEC 61427-1 可再生能源储能用蓄电池和蓄电池组 第1部分:光伏离网应用、IEC 61427-2 可再生能源储能用蓄电池和蓄电池组 第2部分:并网应用等。

IEEE关注储能与大规模电网之间的互联,以及对各种储能技术的系统要求,目的是为电网提供庞大的可用潜在资源。IEEE P2030.2“与电力基础设施整合的储能系统互操作性指南”旨在帮助人们理解储能系统,为系统技术特点的界定提供指导性意见,以及指导实施如何将离散系统或混合系统与电力基础设施进行整合,实现兼容使用。IEEE P2030.3“储能设备和系统接入电网测试标准”旨在设立标准化测试流程,确保所有储能技术和应用都符合互联要求。

03、储能标委会工作情况

适应储能在电力系统的应用需求形势以及对口IEC TC120,2014年5月,国家标准化管理委员会批复成立全国电力储能标准化技术委员会(简称储能标委会),由中国电力企业联合会指导,秘书处挂靠中国电力科学研究院。除抽水蓄能的相关技术标准之外,储能标委会归口管理包括其他所有类型的储能包括电化学储能,压缩空气、飞轮等机械储能,超导、超级电容等电磁储能的技术标准工作。2019年11月标委会成功换届,第二届储能标委会委员由制造企业、电网企业、科研院所、检测认证机构、高等院校、行业协会等有关方面选派的在职专家43人组成,成员单位具备广泛代表性。储能标委会本着促进行业应用、促进产业发展的目标,在标准体系建设和标准编制实施中充分发扬集体智慧,管理由秘书处统一协调,工作由全体委员共商共建,成果由全行业全社会共享。

持续完善储能标准体系。第二届标委会一成立,全体委员就重点讨论调整了储能标准体系,将标准体系由基础通用、规划设计、设备及试验、施工及验收、并网及检测、运行与维护这6个系列调整为8个系列,调整后的标准体系框图如图1所示。第一层为标准系列层,主要分为基础通用、规划设计、施工及验收、运行与维护、检修、设备及试验、安全环保、技术管理等八类。第二层为储能形式层,包含电化学储能、机械储能、电磁储能等不同的形式。

图1 电力储能标准体系结构图

协同开展标准制修订。标委会对外积极与各个电池标委会、电网运行与控制标委会等与储能应用存在交叉的组织协调相关储能技术标准的界面和一致性,对内针对性的发挥委员及其所在单位的特长和优势,最广泛的调动相关领域相关单位参与标准编制工作,确保代表行业最高水平、符合行业实际需求。目前,全国电力储能标委会归口管理国家标准13项,其中11项发布、2项正在报批,涉及规划设计、设备及试验、施工及验收、并网及检测、运行与维护、评价等方面,构成了储能标准体系的核心部分;归口管理储能领域能源行业标准18项,其中9项发布、5项正在报批、4项正在编制;归口管理中国电力企业联合会储能相关团体标准47项,其中15项发布、14项正在报批、18项正在编制,内容涉及铅酸电池二次利用、锂离子电池性能测试、储能监控、分布式储能等方面,储能类型涉及电化学储能、氢储能、飞轮储能等多种类型。《电力储能用锂离子电池》、《电化学储能系统接入电网技术规定》等核心国家技术标准的发布,有力支撑了我国储能系统的集成设计、产品制造、并网检测和交接试验、电化学储能电站的示范工程和商业化项目建设,引导了国产储能装备技术创新,促进了我国储能设备技术升级,提升了国产装备质量和国际竞争力,并成功打入国际市场。目前,国产储能电池、储能变流器、电池管理系统和监控系统均达到了国际先进水平,成功出口美国、英国、德国、澳洲和东南亚等国际市场。

积极组织参与国际标准工作。2014年主持编写出版IEC技术白皮书《Grid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage 》;主持完成IEEE P2030.3™《电力系统应用的电力储备设备和系统的测试流程标准》并于2016年发布;参与编写IEC 61427-2 《用于新能源存储的蓄电池与蓄电池组 –测试方法和通用要求 - 第二部分:并网应用》并于2016年发布。此外,选派10名中国专家加入IEC TC120工作组,参与4个工作组标准编制,并在TC120中提案立项新标准2项,担任team-leader和co-leader各一个,同时被提名为TC120 与TC8A和8B的联络员。  

建设高质量的标准检测能力。标委会秘书处单位中国电力科学研究院已建成储能电池材料、电池单体、电池模块、电池簇、电池管理系统以及储能变流器、储能系统并网的全体系试验检测与认证综合试验评价能力,全面满足GB/T 36276-2018《电力储能用锂离子电池》、GB/T 34133-2017《储能变流器检测技术规程》、GB/T 36548-2018《电化学储能系统接入电网测试规范》等标准验证要求。

大力推动标准应用。一是组织开展标准宣贯,2017~2019年分别在合肥、北京、上海组织了宣贯专项会议,针对发布国家标准和行业标准进行解读和宣贯,参会人数400余人;先后利用各类全国性储能论坛平台,就电力储能相关标准进行解读,提升标委会的影响力。二是切实推动标准应用提升行业应用水平,针对部分应用需求方对储能技术标准不熟悉、采信电动汽车动力电池标准造成部分储能工程质量和安全问题,积极主动提供服务,例如支撑浙江电力储能工程全面采信储能技术标准,并在工程建设前期的产品质量检验测试中发现大量问题,有力的提升了储能工程应用的质量和安全,得到业主的充分肯定同时也引起了各方对储能技术标准的进一步重视。三是切实推动标准应用提升产品性能与质量,在开展储能产品的型式试验和认证评价时,根据储能标准应用过程中积累的数据和经验,协助厂家进行产品技术性能调整,助力亿纬锂能、江苏海基等企业产品实现从动力电池到储能电池的全面转变,储能应用条件下的循环寿命、热失控安全性能等核心指标提升一个台阶。

04、面临的形势与下一步工作

近年来,我国储能应用呈现多种新态势:

(1)电力储能系统装机容量大幅度提升。在储能形式上,以锂离子电池和铅炭电池储能成为主力。在设备形态上,所安装的预制舱式储能装置数量超过厂房式储能装置。

(2)电网侧储能发展迅速,国调和多个省调部门对储能系统尤为关注,并尝试将储能系统纳入到为可调度元件,从而对储能系统(电站)的接入试验、监控、调度等标准提出新要求。

(3)储能电站安全问题频出,国内外锂离子电池储能系统(电站)发生多起火灾事故,引发各界对储能系统安全问题的重视。

(4)新型储能技术迅速发展,“十三五”期间,已经完成立项的包括新型储能器件、100MWh新型锂离子电池、压缩空气储能系统、全钒液流电池系统、MW级飞轮以及动力电池规模化梯次利用等多个项目重点研发计划。国际方面,氢储能和储热技术相关研究投入力度加强。储能应用新态势,需要围绕新态势做出标准体系的调整,以适应并反过来推动储能技术的发展。

储能标准建设与推广面临以下挑战:

(1)原有的技术标准难以满足新形势下的应用需求。技术指标不断提升;发电侧、电网侧及客户侧等储能应用模式和要求存在较大差异;储能安全性能及管控得到越来越多的关注;储能全寿命周期内后程阶段的应用管控标准缺失;新型储能技术不断发展。

(2)涉及储能标准核心内容及关键参数的编制难度大。可参照的国外标准或其他领域的标准越来越少;储能装备技术迭代和技术升级速度,而编制标准需要一定周期;技术储备不足,需要深入开展专项研究;需要科学凝练应用实践;需要深入开展技术实证。

(3)标准应用推广面临困难。标准应用组织体系和要求不够有力,例如电化学储能应用方对储能和电动汽车应用的技术要求区别认识不足;储能工程实施周期短,而产品的检测和认证周期长。

结合储能技术发展和实际应用,下一步开展以下工作:

(1)加强与主管单位、相关标委会的沟通协调。接受国标委、能源局、中电联等主管单位指导,积极与全国电网运行与控制标委会以及各类电池标委会沟通协调,厘清标准编制界面,减少标准交叉重复,同时保障关键技术指标协调一致。

(2)持续完善电力储能标准体系。根据储能技术的发展和新形势下的应用需求,滚动修订电力储能标准体系,指导储能领域标准制修订工作。

(3)加强重点领域标准编制。在储能电站安全方面,开展《电化学储能电站安全技术导则》《电化学储能电站应急预案编制导则》等标准的编制;在梯次利用方面,继续开展《电力储能用梯次利用锂离子电池系统技术导则》《电力储能用锂离子梯次利用动力电池再退役技术条件》等标准的编制;在预制舱式储能领域,开展《预制舱式电化学储能系统技术规范》《预制舱式储能系统接入电网测试规程》等标准的编制;完善储能并网测试类标准,开展《电化学储能电站建模导则》《电化学储能电站并网性能评价方法》《用户侧储能系统接入电网技术规定》等标准的编制;兼顾其他形式储能技术发展,开展《压缩空气储能电站设计规范》《电力系统用飞轮储能系统》《电力储能用氢储能系统》等标准的制定。

(4)加快推进储能标准应用。持续推进标准宣贯,更多应用方和厂家都认识到采信储能技术标准的必要和好处。建设国家级的储能检测实验基地,完善的试验检测资质,开展储能系统设备以及并网的全体系试验检测与认证综合试验评价。

(5)积极参与储能标准国际化工作。加强IEC TC120中国专家力量,加强国际标准化人才的培养力度,为国际标准化工作的顺利开展提供人才支撑;积极开展牵头及参与标准的专题研究,有力支撑标准的制修订工作;发挥中国专家的核心作用,提高国际影响力和话语权。

(6)加强标准制定的基础研究工作。结合国家、地方、企业相关科研项目,深入开展储能系统全寿命周期性能演变规律、储能载体安全与消防等基础问题研究。

文章来源:中国电力企业联合会

关键字:电力储能 标准化

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