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以标准引领推动储能产业高质量发展

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国电力企业管理 发布时间:2021-01-29 浏览:次
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储能作为能源转型的关键技术,得到了全球的共识。曾有一位诺贝尔物理学奖的获得者预言,在不远的将来,分布式可再生能源+储能+智能电网,将颠覆传统的电力系统。当然,是不是颠覆今天暂且不论,但储能的应用,至少对传统的电力体制和电力行业的生产运行方式将会是一次很大的促进和提升,所以要进一步完善储能电站设计、储能设备及系统技术要求和并网检测、安全运维以及消防等技术标准,加强产学研用融合,推动储能学科建设,完善储能技术人才培育体系,加强储能技术与电力系统联合攻关,有效促进储能产业的高质量发展。

当前,储能正处于由研发示范向商业化过渡的关键时期,储能技术应用的不断发展,对标准制定提出了新的需求,迫切需要建立健全储能技术标准体系,为产业健康可持续发展保驾护航。“以标准引领储能电站技术升级,是实现储能技术高质量发展的重要途径,是推动储能市场化快速发展、健康有序发展的先决条件。”中电联标准化中心副主任汪毅在接受本刊专访时表示。

标准体系建设是储能行业技术进步的重要一环

2018年以来,国内外频发的起火事故给正在起步的储能产业浇了一盆盆冷水,也让储能的安全问题成为舆论焦点。有业内专家认为,储能事故并非是一个简单的技术问题,更多是标准的问题,原有的电池产品技术规格和参数与现有的电力系统运行管理并不匹配,包括电池在额定功率和在额定功率条件下确定的额定容量,与传统发电机额定功率标注的不同,在电力系统运行调度方面产生了巨大的问题。

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、燃料电池储能等)、机械储能(压缩空气、飞轮、抽水蓄能等)、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。记者了解到,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%。

由于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。

汪毅介绍,近年来我国储能应用面临以下新的形势:

一是电力储能系统装机容量大幅度提升。在储能形式上,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。

二是我国电网侧储能发展迅速,集约化、聚合化及平台化运行将成为未来趋势,储能系统纳入并网接入设备,从而对储能系统(电站)的接入调度、监控、试验检测等标准提出新要求。

三是2018年以来,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。

四是国家十分重视电力储能技术研究,新型储能技术不断发展。“十三五”期间,已经完成立项的包括新型储能器件、100兆瓦时新型锂离子电池、压缩空气储能系统、全钒液流电池系统、兆瓦级飞轮及动力电池规模化梯次利用等9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得到加强。

标准是技术发展的总结,也需要政策法规从上而下的引导。国家能源局会同其他主管部门曾多次发文,力推储能标准化工作。根据最新发布的《关于加强储能标准化工作的实施方案》,要求到2021年,建立起较为系统的储能标准体系。

从顶层设计来看,建立起中国完善的标准和认证检测体系已到了刻不容缓的时候。由于许多建设者对储能系统性能指标认识模糊和标准规范实施监督的缺失,让许多安全问题随之而来,而且储能系统发生安全事故所造成的社会影响和危害程度远远大于一般动力电池产品,这成为电力储能走向大规模应用急需克服的障碍之一。

电力储能标准已基本涵盖工程建设和生产运行要求

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。

据悉,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。除IEC、TC120外,其他储能技术委员会也制定了相关标准,比如IEC62909-1双向并网换流器第1部分;一般要求、IEC62619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、IEC61427-2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。IEEEP2030.2“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。IEEEP2030.3“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。

汪毅告诉记者,我国从2010年开始开展电力储能标准的制定。为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,如电化学储能,压缩空气、飞轮等机械储能,超导、超级电容等电磁储能的标准化工作。”汪毅介绍。

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过程中充分凝聚行业智慧,秘书处加强组织协调,全体委员积极参与,标准成果由全行业全社会共享。

汪毅认为,技术标准在促进储能发展中起着至关重要的作用。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。“这些标准为行业安全稳定发展奠定了坚实基础,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储能电站全寿命周期。”汪毅告诉记者。

针对当前在电化学储能技术统一规范、并网调度规则、产品检测认证等方面仍无明确标准,储能系统运输、安装、调试、运维方面的安全性标准尚不成熟,对储能消防要求、环保、社会经济效益等方面的评价标准仍是空白的说法,汪毅认为,目前,经过储能行业内各相关单位共同努力,我国电力储能标准体系已经初步搭建,关键设备技术要求及检测规程、电站设计规范等标志性标准已经建立,基本满足生产应用需求。

市场亟需新型储能技术规范

以电化学为主,我国储能产业实现飞速发展,除了支撑电动汽车的动力电池厂家正在向储能产业布局外,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。

汪毅指出,储能是一个正在迅速发展进步的技术领域,其标准建设与制定面临以下挑战:

第一,原有技术储备难以满足新形势下的应用需求。产品技术指标不断提升;发电侧、电网侧及用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还有缺失;新型储能技术不断快速发展。

第二,涉及储能标准核心内容及关键参数的编制难度大。结合国内标准管理体系范围,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快,而标准的立项和编制都需要一定周期;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。

第三,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。

汪毅告诉记者,储能标准应用推广主要面临以下几方面的困难:

一是储能产业刚刚兴起但远未成熟。储能电池系统基础产品来自电动汽车动力电池同源的产业公司,大多是动力电池的简单堆砌;能量管理系统主要来自具备电网监控系统的传统电网相关产业单位,监测多、控制少;尚无专门针对储能应用的特别成熟的工业化技术产品,诸多储能工程没有按照储能应用的场景需求对设备和系统进行专项设计以及质量和安全的把关。

二是缺乏权威的国家级检测机构。目前获取检测资质门槛不高、检测机构行业跨度大,低价竞争,检测报告质量和可信度比较低;国外检测机构(美国UL、德国TUV等)加紧布局并快速进入中国市场,对外向型企业造成深刻影响;检测对象分散、检测能力不规范也不统一、数据结果无法统计共享,不利于掌握行业技术动态和技术水平,标准对行业的规范未能发挥应有的作用。

三是缺乏采信行业主导。应用环节,缺少电力行业相关主流企业的介入,对电力系统缺少必要认知;目前储能是市场化手段,投资主体多样,电网公司、发电集团应对变革,一时未找到应有位置。

关于储能标准体系建设,全球主要国家都在积极探索。标准是一个行业成熟到某个阶段的标志,但电化学储能技术发展日新月异,产品快速更新换代,标准制修订节奏难以同步跟上。如果定得太早,可能有些参数指标会不接地气,不能指导实际项目;如果定得太晚,则会影响行业规范,产生安全风险。

多途径高质量推动储能标准应用

储能系统应用场景丰富,电力系统的不同应用环节对储能装置的要求也不尽相同,需要根据具体需求进行分析。如何开展储能技术标准制修订工作,考验着决策者的智慧。

在中电联的指导和组织下,全国电力储能标委会在加大标准制修订步伐同时,坚持大力推动储能标准应用。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;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。

二是通过推动标准实施为工程建设服务。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,标委会积极主动提供服务,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,提升设备技术水平。在开展储能产品的型式试验和认证评价时,标委会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到一个新的台阶。

四是系统开展储能标准的实证研究。在标委会积极倡导下,宁德时代、亿纬锂能、阳光电源等主流储能设备生产厂家通过应用电站设计、电池及变流器等国家标准来规范公司产品开发、测试验证。相关研究成果广泛应用于公司储能电池系统、变流器的开发工作中,显著提升了相关储能系统的性能和安全水平,更加符合业主单位的工况需求和安全要求,提高了产品竞争力,创造了良好的效益。

五是在储能项目可研、设计、招投标阶段引入标准。国家电网公司和南方电网公司部分储能项目在可研设计报告、招投标、可研设计报告中明确引用或者应用现有储能电站的设计规范、通用技术条件和施工验收规范等国行标准,在储能电站的安全评审和并网检测环节,明确储能系统的核心器件应满足铅炭电池、锂电池、电池管理系统和储能变流器的相关国家标准要求,并网前应严格按照国家标准要求进行性能试验,并且出具第三方的CNAS和CMA型式试验报告。

六是在储能项目施工安装阶段引入标准,把握入场关。目前,浙江、湖南、安徽等地的部分电网侧和电源侧储能工程已逐步或将要开始严格执行储能相关标准和全环节的技术管理,包括依据标准开展型式试验,依据标准开展产品性能等级认证评价,依据标准开展产品到货抽检等,实施的储能标准在储能设备的质量和安全技术监督中发挥了关键作用并已取得重大成效。

七是在储能项目验收交接阶段引入标准,把好接入关。金风科技、华润电力、长江电力、龙源电力等发电集团在电厂、风电场和光伏电站建设储能电站的过程中,也明确引用或者应用了现有的储能电站设计、施工和通用技术条件等国行标,并在储能电站的验收和并网检测过程中,正在逐步实施储能相关技术标准。

完善储能标准体系建设任重道远

储能具有削峰填谷、平抑波动、改善电能质量、减少线路改造、保障电力供给等多重作用,储能应用场景的增加和规模不断增大使得储能系统相关技术要求亟需分类和细化。记者在采访中了解到,目前已制定了针对移动式储能的国家标准,而梯次利用储能电站等细分应用领域的标准将加快制定步伐。

汪毅认为,应当考虑储能当前需求与长远发展需要,对储能不同应用场景进行进一步细分和规范,提升电化学储能电站多样化应用的安全可靠性,提升储能电站服务价值与行业整体技术水平。同时明确储能标准的制定目标,制定完善光储电站、预制舱式储能及电化学储能梯次利用等方面的专用标准,为实际工程应用提供技术依据,规范指导新型储能项目建设。紧密跟踪不同应用领域储能的技术细节与技术成熟度,加快技术成果转化为标准化应用,开展前期预研,提高标准制定效率。布局具有全面系统性、协调性、前瞻性的储能电站特色标准体系架构。

同时,依托我国储能电站示范工程现状和储能技术发展水平,综合考虑储能技术的发展战略及现阶段标准的需求度,广泛征求各单位意见,加快布局具有战略性、导向性的储能标准。针对具有中国特色能源互联网、数字电网等电力系统框架下新的需求,关注国外标准成果,以标准化手段引领科技创新和产业发展,扩大储能标准体系覆盖面,立足国内、放眼世界建立具有国际先进水平的标准体系,为储能产业快速稳定发展提供技术支撑和重要引擎。通过积极参与国际储能标准的编写工作,为国际标准化工作贡献中国智慧。提升国内标准对接国际标准的兼容性,以先进标准推动储能产业升级,推动我国储能产业“走出去”,进而更好地服务于国内外储能产业。

积极争取储能在电力市场改革中的战略地位,为建立健全储能参与电网应用的市场机制做好标准化服务,挖掘企业标准化人才,激励团体、企业依据储能工程现状自行制定标准,提高标准的可操作性,有序推动标准升级,增强标准的约束力,在储能标准的编制和推广应用过程中倡导学术民主,广泛听取行业意见和建议,不断完善储能标准体系,急用先行,加大急需标准制修订力度。

结合储能技术发展和实际应用,汪毅建议下一步开展以下工作:

一是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,以期更好地指导储能领域标准制修订工作。

二是加强重点领域标准编制。重点关注储能电站安全、梯次利用、预制舱式储能等标准的编制,加快储能电站设计标准修订步伐;完善储能并网测试类标准,兼顾其他形式储能技术发展,逐步有序开展压缩空气储能、飞轮储能、氢储能等标准的制定工作。

三是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性和好处。建设国家级的储能检测实验基地,完善试验检测资质,开展储能系统设备及并网的全体系试验检测与认证综合试验评价。注重标准实施反馈,通过标准实施找到标准中的不足,以期更好地提高标准制修订工作的针对性。

四是积极参与储能标准国际化工作。积极开展牵头及参与标准的专题研究,为标准的制修订提供有力依据;开展对口支持工作,加强IEC、TC120中国专家工作能力;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保障。

五是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,注重科研成果与标准的转化。

汪毅认为,产业要发展,标准不可缺。“储能技术及应用的发展,需要逐步完善储能标准体系,加快标准制修订步伐,满足储能工程建设和生产运行实际的需要,储能标准化工作依然任重道远。”

关键字:储能标准

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