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汪毅:電力儲能標準化現狀分析及體系構建

中國電力網發布時間:2020-06-21 21:39:01
01
儲能技術及應用發展趨勢
 

儲能在能源體系變革及能源互聯網+建設中占據重要地位,是未來提升電力系統靈活性、經濟性和安全性,解決新能源消納的重要手段,也是促進能源生產消費開放共享、靈活交易,實現多能協同的核心要素。

儲能技術形式多種多樣,按照電能存儲介質的不同大致可以分為電化學儲能(鋰離子、鉛蓄電池、鈉硫、液流、儲氫等)、機械儲能(抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪等)、電磁儲能(超導、超級電容等)等。其中抽水蓄能技術相對成熟并廣泛應用,截至2019年底,全球儲能累計裝機1.85億千瓦,其中抽水蓄能累計裝機規模為1.71億千瓦,占比92.6%。但抽水蓄能受氣象地理條件限制,因而近年來世界主要國家都高度重視其他的新型儲能技術,積極開展技術研究和應用探索,其中電化學儲能發展最為突出,累計裝機規模為952.1萬千瓦,近五年年均增長率為63%,電化學儲能中鋰離子電池儲能應用占到88.8%,是當前階段最受關注的儲能技術。不過,不同的儲能技術具有不同的特點,液流電池、壓縮空氣、儲氫等儲能技術也被寄予厚望。

研究和應用的驅動,近年來儲能技術得到快速發展。電化學儲能的循環壽命、能量密度、效率等關鍵技術指標得到大幅度提升,特別是鋰離子電池儲能應用成本快速下降,等效度電成本已達0.50元/千瓦時·次,突破盈虧平衡點,實現了百兆瓦級儲能電站系統集成,在提升新能源并網友好性、電網調頻調峰、分布式儲能提升微電網運行可靠性等電力系統各個領域都得到廣泛應用;壓縮空氣儲能、飛輪儲能實現了十兆瓦級示范應用,引發了行業關注;儲氫技術研究也不斷取得突破。

以電化學為主,我國儲能產業也實現飛速發展,除了電動汽車動力電池廠家積極布局儲能產業外,儲能電池管理系統、變流器、能量管理系統等也出現眾多專業廠家,已初步形成電化學儲能裝備產業鏈,我國電化學儲能裝備已經具備較強的國際競爭力,大量鋰離子電池、鉛炭電池等儲能系統出口到國外市場。

我國儲能特別是鋰離子電池儲能經歷2018年應用爆發的一年后,受到多重因素影響,儲能應用趨于平緩。總體而言,我國儲能應用還處于功能實證以及商業模式探索階段,支持儲能發展的政策和機制需要進一步完善,同時儲能的性能、安全等也需要進一步提升、成本進一步降低。技術標準在促進儲能發展中起著至關重要的作用。 

02
 國內外標準現狀
 

2.1 國內儲能標準現狀

我國從2010年開始開展電力儲能標準的制定。目前歸口于全國電力儲能標委會管理的國家和行業標準31項,包括已發布或報批的27項;管理的中電聯團體標準47項,其中已發布或報批的29項。這些標準涵蓋電化學電池儲能、超級電容器儲能、儲氫、飛輪儲能等多種儲能形式,涉及基礎通用、規劃設計、設備及試驗、施工及驗收、并網及檢測和運行維護評價等方面。

基礎通用標準方面:GB/T 36558電力系統電化學儲能系統通用技術條件規定了電力系統電化學儲能系統、儲能設備的技術要求;DL/T 1816電化學儲能電站標識系統編碼導則規定了電化學儲能電站設備標識系統編碼的要求,適用于由鋰離子、鉛酸、液流電池等電池儲能系統組成的電化學儲能電站設備的標識系統編碼。

規劃設計標準方面:GB/T 51048-2014電化學儲能電站設計規范規定了儲能電站設計時站址選擇、站區規劃和總布置、儲能系統、電氣一次、系統及電氣二次、土建、采暖通風與空氣調節、給排水、消防、環境保護和水土保持、勞動安全和職業衛生等要求;能源20180680電化學儲能電站接入電網設計規范、能源20180682分布式儲能接入電網設計規范對兩種形式的儲能接入電網提出了設計要求。

設備及試驗標準方面:GB/T 36276電力儲能用鋰離子電池、GB/T 36280電力儲能用鉛炭電池、GB/T 34131電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統技術規范、GB/T 34120電化學儲能系統儲能變流器技術規范分別規定了儲能用電池、管理系統、變流器的規格、技術要求和實驗規則等內容;能源20180683電力儲能用超級電容器、能源20180684電力儲能用超級電容器試驗規程對儲能用超級電容器技術要求、試驗規則進行了規定。

并網及檢測標準方面:GB/T 36547電化學儲能系統接入電網技術規定對電化學儲能系統接入電網的電能質量、功率控制、電網適應性、保護與安全自動裝置、通信與自動化、電能計量、接地與安全標識、接入電網測試等提出了要求;GB/T 36548電化學儲能系統接入電網測試規范規定了電化學儲能系統接入電網的測試條件、測試設備、測試項目及方法等;NB/T 33014電化學儲能系統接入配電網運行控制規范規定了以電化學形式存儲電能的儲能系統接入配電網運行控制應遵循的技術要求。

運行維護評價標準方面:GB/T 36549電化學儲能電站運行指標及評價規定了電化學儲能電站運行評價指標和評價方法;DL/T 1815電化學儲能電站設備可靠性評價規程規定了電化學儲能電站設備可靠性的統計及評價方法。

這些標準工作的開展,填補了我國儲能標準的空白,對于保障儲能裝置的制造、招投標、監造、驗收、接入試驗與調試、設備交接以及運行維護等工作有序開展,保證儲能系統在電力系統的安全穩定運行起到了重要作用。

2.2 國外儲能標準現狀

IEC在2012年成立了電能存儲系統技術委員會TC120,負責儲能系統接入電網相關標準的制定。該技術委員會成立了術語、單位參數和測試方法、規劃和安裝、環境問題、安全考慮5個工作組開展相關標準制定工作。目前制定和發布的標準見表1。

表1 IEC TC 120制定的標準

序號

標準編號

標準名稱

狀態

1

IEC 62933-1

電能存儲系統 第1部分:術語

已發布

2

IEC 62933-2-1

電能存儲系統 第2-1部分:單元參量與測試方法 通用要求

已發布

3

IEC TS  62933-2-2

電能存儲系統 第2-2部分:單元參量與測試方法 應用與性能測試

待發布

4

IEC TS 62933-3-1

電能存儲系統 第3-1部分:規劃與性能評估 通用要求

已發布

5

IEC TS 62933-3-2

電能存儲系統 第3-2部分:規劃與性能評估 功率型及可再生能源并網應用附加要求

待發布

6

IEC TS 62933-3-3

電能存儲系統 第3-3部分:規劃與性能評估 能量型及后備電源應用附加要求

待發布

7

IEC 62933-4-1

電能存儲系統 第4-1部分:環境問題指南 通用要求

已發布

8

IEC TR 62933-4-200

電能存儲系統 第4-200部分:環境問題指南 電能儲存系統減少溫室氣體排放

待發布

9

IEC 62933-5-1

電能存儲系統 第5-1部分:并網型電力儲能系統安全要求  通用部分

已發布

10

IEC 62933-5-2

電能存儲系統 第5-2部分:并網型電力儲能系統安全要求 電池部分

待發布

除IEC TC 120外,其他TC也制定了儲能相關標準,比如IEC 62909-1雙向并網換流器 第1部分:一般要求、IEC 62619工業用二次鋰電池和電池組、IEC 61427-1 可再生能源儲能用蓄電池和蓄電池組 第1部分:光伏離網應用、IEC 61427-2 可再生能源儲能用蓄電池和蓄電池組 第2部分:并網應用等。

IEEE關注儲能與大規模電網之間的互聯,以及對各種儲能技術的系統要求,目的是為電網提供龐大的可用潛在資源。IEEE P2030.2“與電力基礎設施整合的儲能系統互操作性指南”旨在幫助人們理解儲能系統,為系統技術特點的界定提供指導性意見,以及指導實施如何將離散系統或混合系統與電力基礎設施進行整合,實現兼容使用。IEEE P2030.3“儲能設備和系統接入電網測試標準”旨在設立標準化測試流程,確保所有儲能技術和應用都符合互聯要求。

03
儲能標委會工作情況
 

適應儲能在電力系統的應用需求形勢以及對口IEC TC120,2014年5月,國家標準化管理委員會批復成立全國電力儲能標準化技術委員會(簡稱儲能標委會),由中國電力企業聯合會指導,秘書處掛靠中國電力科學研究院。除抽水蓄能的相關技術標準之外,儲能標委會歸口管理包括其他所有類型的儲能包括電化學儲能,壓縮空氣、飛輪等機械儲能,超導、超級電容等電磁儲能的技術標準工作。2019年11月標委會成功換屆,第二屆儲能標委會委員由制造企業、電網企業、科研院所、檢測認證機構、高等院校、行業協會等有關方面選派的在職專家43人組成,成員單位具備廣泛代表性。儲能標委會本著促進行業應用、促進產業發展的目標,在標準體系建設和標準編制實施中充分發揚集體智慧,管理由秘書處統一協調,工作由全體委員共商共建,成果由全行業全社會共享。

持續完善儲能標準體系。第二屆標委會一成立,全體委員就重點討論調整了儲能標準體系,將標準體系由基礎通用、規劃設計、設備及試驗、施工及驗收、并網及檢測、運行與維護這6個系列調整為8個系列,調整后的標準體系框圖如圖1所示。第一層為標準系列層,主要分為基礎通用、規劃設計、施工及驗收、運行與維護、檢修、設備及試驗、安全環保、技術管理等八類。第二層為儲能形式層,包含電化學儲能、機械儲能、電磁儲能等不同的形式。

 

圖1 電力儲能標準體系結構圖

協同開展標準制修訂。標委會對外積極與各個電池標委會、電網運行與控制標委會等與儲能應用存在交叉的組織協調相關儲能技術標準的界面和一致性,對內針對性的發揮委員及其所在單位的特長和優勢,最廣泛的調動相關領域相關單位參與標準編制工作,確保代表行業最高水平、符合行業實際需求。目前,全國電力儲能標委會歸口管理國家標準13項,其中11項發布、2項正在報批,涉及規劃設計、設備及試驗、施工及驗收、并網及檢測、運行與維護、評價等方面,構成了儲能標準體系的核心部分;歸口管理儲能領域能源行業標準18項,其中9項發布、5項正在報批、4項正在編制;歸口管理中國電力企業聯合會儲能相關團體標準47項,其中15項發布、14項正在報批、18項正在編制,內容涉及鉛酸電池二次利用、鋰離子電池性能測試、儲能監控、分布式儲能等方面,儲能類型涉及電化學儲能、氫儲能、飛輪儲能等多種類型。《電力儲能用鋰離子電池》、《電化學儲能系統接入電網技術規定》等核心國家技術標準的發布,有力支撐了我國儲能系統的集成設計、產品制造、并網檢測和交接試驗、電化學儲能電站的示范工程和商業化項目建設,引導了國產儲能裝備技術創新,促進了我國儲能設備技術升級,提升了國產裝備質量和國際競爭力,并成功打入國際市場。目前,國產儲能電池、儲能變流器、電池管理系統和監控系統均達到了國際先進水平,成功出口美國、英國、德國、澳洲和東南亞等國際市場。

積極組織參與國際標準工作。2014年主持編寫出版IEC技術白皮書《Grid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage 》;主持完成IEEE P2030.3™《電力系統應用的電力儲備設備和系統的測試流程標準》并于2016年發布;參與編寫IEC 61427-2 《用于新能源存儲的蓄電池與蓄電池組 –測試方法和通用要求 - 第二部分:并網應用》并于2016年發布。此外,選派10名中國專家加入IEC TC120工作組,參與4個工作組標準編制,并在TC120中提案立項新標準2項,擔任team-leader和co-leader各一個,同時被提名為TC120 與TC8A和8B的聯絡員。  

  

圖2 中國專家主持完成的儲能國際標準化成果

建設高質量的標準檢測能力。標委會秘書處單位中國電力科學研究院已建成儲能電池材料、電池單體、電池模塊、電池簇、電池管理系統以及儲能變流器、儲能系統并網的全體系試驗檢測與認證綜合試驗評價能力,全面滿足GB/T 36276-2018《電力儲能用鋰離子電池》、GB/T 34133-2017《儲能變流器檢測技術規程》、GB/T 36548-2018《電化學儲能系統接入電網測試規范》等標準驗證要求。

      圖3 標委會秘書處具備的檢測資質  

 

大力推動標準應用。一是組織開展標準宣貫,2017~2019年分別在合肥、北京、上海組織了宣貫專項會議,針對發布國家標準和行業標準進行解讀和宣貫,參會人數400余人;先后利用各類全國性儲能論壇平臺,就電力儲能相關標準進行解讀,提升標委會的影響力。二是切實推動標準應用提升行業應用水平,針對部分應用需求方對儲能技術標準不熟悉、采信電動汽車動力電池標準造成部分儲能工程質量和安全問題,積極主動提供服務,例如支撐浙江電力儲能工程全面采信儲能技術標準,并在工程建設前期的產品質量檢驗測試中發現大量問題,有力的提升了儲能工程應用的質量和安全,得到業主的充分肯定同時也引起了各方對儲能技術標準的進一步重視。三是切實推動標準應用提升產品性能與質量,在開展儲能產品的型式試驗和認證評價時,根據儲能標準應用過程中積累的數據和經驗,協助廠家進行產品技術性能調整,助力億緯鋰能、江蘇海基等企業產品實現從動力電池到儲能電池的全面轉變,儲能應用條件下的循環壽命、熱失控安全性能等核心指標提升一個臺階。

圖4 標準宣貫現場

04
面臨的形勢與下一步工作
 

近年來,我國儲能應用呈現多種新態勢:

(1)電力儲能系統裝機容量大幅度提升。在儲能形式上,以鋰離子電池和鉛炭電池儲能成為主力。在設備形態上,所安裝的預制艙式儲能裝置數量超過廠房式儲能裝置。

(2)電網側儲能發展迅速,國調和多個省調部門對儲能系統尤為關注,并嘗試將儲能系統納入到為可調度元件,從而對儲能系統(電站)的接入試驗、監控、調度等標準提出新要求。

(3)儲能電站安全問題頻出,國內外鋰離子電池儲能系統(電站)發生多起火災事故,引發各界對儲能系統安全問題的重視。

(4)新型儲能技術迅速發展,“十三五”期間,已經完成立項的包括新型儲能器件、100MWh新型鋰離子電池、壓縮空氣儲能系統、全釩液流電池系統、MW級飛輪以及動力電池規模化梯次利用等多個項目重點研發計劃。國際方面,氫儲能和儲熱技術相關研究投入力度加強。儲能應用新態勢,需要圍繞新態勢做出標準體系的調整,以適應并反過來推動儲能技術的發展。

儲能標準建設與推廣面臨以下挑戰:

(1)原有的技術標準難以滿足新形勢下的應用需求。技術指標不斷提升;發電側、電網側及客戶側等儲能應用模式和要求存在較大差異;儲能安全性能及管控得到越來越多的關注;儲能全壽命周期內后程階段的應用管控標準缺失;新型儲能技術不斷發展。

(2)涉及儲能標準核心內容及關鍵參數的編制難度大。可參照的國外標準或其他領域的標準越來越少;儲能裝備技術迭代和技術升級速度,而編制標準需要一定周期;技術儲備不足,需要深入開展專項研究;需要科學凝練應用實踐;需要深入開展技術實證。

(3)標準應用推廣面臨困難。標準應用組織體系和要求不夠有力,例如電化學儲能應用方對儲能和電動汽車應用的技術要求區別認識不足;儲能工程實施周期短,而產品的檢測和認證周期長。

結合儲能技術發展和實際應用,下一步開展以下工作:

(1)加強與主管單位、相關標委會的溝通協調。接受國標委、能源局、中電聯等主管單位指導,積極與全國電網運行與控制標委會以及各類電池標委會溝通協調,厘清標準編制界面,減少標準交叉重復,同時保障關鍵技術指標協調一致。

(2)持續完善電力儲能標準體系。根據儲能技術的發展和新形勢下的應用需求,滾動修訂電力儲能標準體系,指導儲能領域標準制修訂工作。

(3)加強重點領域標準編制。在儲能電站安全方面,開展《電化學儲能電站安全技術導則》《電化學儲能電站應急預案編制導則》等標準的編制;在梯次利用方面,繼續開展《電力儲能用梯次利用鋰離子電池系統技術導則》《電力儲能用鋰離子梯次利用動力電池再退役技術條件》等標準的編制;在預制艙式儲能領域,開展《預制艙式電化學儲能系統技術規范》《預制艙式儲能系統接入電網測試規程》等標準的編制;完善儲能并網測試類標準,開展《電化學儲能電站建模導則》《電化學儲能電站并網性能評價方法》《用戶側儲能系統接入電網技術規定》等標準的編制;兼顧其他形式儲能技術發展,開展《壓縮空氣儲能電站設計規范》《電力系統用飛輪儲能系統》《電力儲能用氫儲能系統》等標準的制定。

(4)加快推進儲能標準應用。持續推進標準宣貫,更多應用方和廠家都認識到采信儲能技術標準的必要和好處。建設國家級的儲能檢測實驗基地,完善的試驗檢測資質,開展儲能系統設備以及并網的全體系試驗檢測與認證綜合試驗評價。

(5)積極參與儲能標準國際化工作。加強IEC TC120中國專家力量,加強國際標準化人才的培養力度,為國際標準化工作的順利開展提供人才支撐;積極開展牽頭及參與標準的專題研究,有力支撐標準的制修訂工作;發揮中國專家的核心作用,提高國際影響力和話語權。

(6)加強標準制定的基礎研究工作。結合國家、地方、企業相關科研項目,深入開展儲能系統全壽命周期性能演變規律、儲能載體安全與消防等基礎問題研究。 

 

文章來源:中國電力企業聯合會

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