储能技术发展

一、政策背景

“十三五”是我国储能产业化发展的起点。自“十四五”之后，各类储能支持政策更是以极快的速度不断更新完善。

2023年1月17日，工业和信息化部等六部门发布了《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，其中明确提出要在2025年实现新能源产业技术创新取得突破，产业基础高级化、产业链现代化，产业生态体系基本建立等具体要求。同时还特别指出要加强新型储能电池产业化技术攻关，推进先进储能信息化技术及标准化产品规模化应用。数字化深度赋能能源变革，伴随储能系统更加智能化、数字化，储能场景更加复杂化，“源-网-荷-储”交流互动常态化，储能爆发将为能源IT带来新的增量，预计，用户侧储能信息化市场未来规模将占到储能市场规模的10%-15%。

此次《关于推动能源电子产业发展的指导意见》的出台，可以看出国家对于新型能源技术信息化、数字化发展与推广运营有着极大的信心与决心。相信后续在法律法规层面也会有着更完善的规章制度出现。

从2017年我国储能产业第一份综合性政策文件《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》出台，到如今的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，我国在新型智慧储能的发展上走过了六个年头。在2023年的年初，工信部等六部门便甩出这样的一张“王炸”，显然是对于2023年全年新型能源全产业信息化发展，以及2025年实现新能源产业生态体系建立充满了信心。信息化、数字化技术则是其中必不可缺的一环，也成为用户侧储能用户选择储能服务商的重要选择要素，只有体系化的服务才能真正推动储能的价值最大化，这对于所有的新能源企业，即是机遇，也是挑战。

二、用户侧储能应用场景

用户侧储能的应用场景可分为三类，需求侧响应，微电网应用，以及移动式储能系统。

需求侧响应的应用体现在为特定电力用户提供服务，例如可为用户提供消减需求开支并提供后备电源服务，也可在电网故障时，保障对用户的高可靠性供电。通俗来说，也就是工商业储能和户用储能的基础功能。

而微电网应用和电网测储能有相似的部分，能够有效稳定系统输出，从而解决用户侧微电网中动态电能质量问题，提高用户侧现有配用电设备的利用率，降低运行成本，在一定情况下实现与大电网的并网运行，必要时向大电网提供一定的支撑。

移动式储能系统，更像是小型移动电站，其无环境和噪声污染的问题，功能灵活，能够满足用户多样化需求，提供高质量、高可靠供电，电压闪动少，在抢险救灾等情况下，能够起到突出的作用。

虚拟电厂也是储能信息化平台的重要落地场景，虚拟电厂的核心功能为调节分布式电源及调节储能和可控负荷。由于用户自身负荷特性及其可调节性方面的限制，单独的虚拟电厂运营主体在电力直接交易及辅助服务市场中难免存在偏差。为应对偏差风险，虚拟电厂有必要通过与储能联合运营，提升系统灵活性。未来新型储能系统继续深入参与各种电力场景，能源互联网等信息化技术是不可缺少的一环。

用户侧储能项目需求分散，且每个项目功率和容量以及运行方式需要依据当地电价政策和需求单位用电习惯等定制，常规大型储能系统无法完全适用、设计方案难以复制推广，对储能企业来说无疑也是增加了市场推广的难度。同时，新型储能将进一步参与电力市场和调度运用，新型电力系统复杂运行需求下需要实现多元储能系统的协同规划，面向多场景多功能复合应用的多元储能系统需要精细调控。利用信息化技术，将储能产品进行模块化升级。

工商业、光储充、风光储、智慧楼宇、产业园区等具体领域也作为用户侧储能的典型应用场景。

三、当前现状

1、储能安全是行业难题

用户侧储能目前以电化学储能形式为主，硬件技术上已经趋向成熟，然而储能安全仍旧是一个永恒的话题与每家企业的必答题。储能安全这个必答题随着信息化技术的提升，将算法、人工智能AI、大数据分析等相关高新技术运用到储能安全的检测防范上，势必是能够在储能安全问题上带来革新突破。

电池储能系统的效率、可靠性和安全性等主要性能指标对储能系统成功商业化部署至关重要;云、大数据、AI、边缘计算等技术全面赋能储能系统的安全、运维以及运行经济效益成为趋势。目前整个行业还没有真正发挥出能源IT的效用，还处于比较初期的发展阶段，未来，只有充分发挥能源互联网的作用，才可以真正帮助用户更好的管理、运营能源资产，帮助用户及时发现和预警问题所在就能够避免安全问题，提升储能设施的社会价值。

2、储能智能运维技术尚未普及

“并非所有企业都能够构建用户侧全场景、智能化的体系化服务能力，目前整个行业仍然较为传统，智能化水平不高，储能系统比汽车动力电池系统更复杂，要求更高数字化赋能能源革命的背景下，储能系统数字化、智能化、信息化发展迎来市场机遇。”行业内资深人士并分享道。逐渐规模化的储能基础设施的建设，伴随着越来越复杂的场景，也对管理提出了更加智能化的要求，数字化/信息化赋能储能系统，PCS、BMS和EMS作为基础底座智能化程度需要不断提升。目前可见BMS/EMS向数据赋能、智能化、平台化、云化发展，PCS也更加强调自主智能、数据打通、协同运行等。发力智能/智慧储能，提升产品数字化的智能化程度，将成为市场选择的核心价值指标。

3、储能电站能效比提升困难

锂电池储能电站能效水平为78%～88%，其中充放电过程中设备转换损耗占9%～15%，站用电损耗占3%～7%。从全寿命周期成本角度来看，锂电池储能电站电池循环使用寿命较短，以充放电倍率0.5 C、运行环境温度25 ℃的磷酸铁锂电池储能系统为例，储能系统循环使用次数为4000～6000 次，放电深度90%左右，且随着储能电站的运行，由于电池性能的衰减、电气设备的老化、运维的不规范化等因素，能效水平将继续降低。

优化储能电站的能效比，一方面是拓展新材料储能电池，比如钒电池等，另一方面则是通过信息化技术提升电池管理系统（BMS）的运行效率。

BMS是配合监控储能电池状态的设备，和电芯一起组成了电池系统，BMS通过对电池的基本参数进行测量，包括电压、电流、温度等，防止电池出现过充电和过放电，同时BMS还需要计算分析电池的SOC（电池剩余容量）和SOH（电池健康状态）及时上报异常信息。从市场技术的发展趋势来看，各大主流厂商的BMS都在由监测、通讯、显示、存储等基础功能逐步向电池系统安全诊断和长寿命运维、系统经济性指标诊断等高级功能发展。大数据、人工智能等相关数字信息化技术被大规模写进新型BMS系统算法中。

四、发展趋势及创新要点

1、发展趋势

从单个储能项目及其配套的软硬件系统来看，各大主流厂商的发展趋势正是通过各类信息化技术，提升产品的数字智能化程度。而从宏观角度来看，信息化技术升级更是实现我国新型储能全场景投运的必要条件之一。

就电力系统的发展而言，电力系统最初是分布式，现在则是成集中式的大电网，目前正朝新能源混合式的电力系统发展，也就是分布式光伏加上分布式储能，未来形成新能源微网系统。微网系统虽然是分布式，但是通过互联网信息化技术把所有微网体系协同管理，形成一个大网络，也就是虚拟电厂。在这样的环境下就形成了全新的集中式电网系统。要实现这一步的产业升级，需要“源网荷储”一体化发展。这是促进新能源主动消纳的核心环节，有助于大幅提升电力系统平衡调节能力。将源、网、荷、储各环节通过信息化技术联通，实现一体化协同调度，将有助提升新能源消纳能力、促进削峰填谷、提升事故应急处置能力等，大幅提升电力系统的平衡调节能力。其中以大数据、物联网、云计算等技术为核心，构建能源互联网，是源网荷储一体化发展的重要路径。目前行业内部分头部企业，已经在这一层面开始提前布局。

同时，我国新型储能全场景投运的信息化升级，也在逐步和全球碳中和理念接轨。国外主流的ESG概念被摆上了国内各大新型储能企业的案头。ESG分别代表环境（Environmental）、社会（Social）和治理（Governance)。ESG的倡导是经济价值与社会价值的内在性的统一要求，对社会可持续发展至关重要。未来新型储能企业在产业升级的过程中，如何把ESG概念融入进企业信息化发展趋势中，就将成为企业格局的分水岭。

信息化赋能储能场景，场景联动构建能源互联网。源、网侧，电力交易市场加速推进，提升经济收益是储能主体的核心诉求。以风光配储新能源电站为例，储能EMS与发电预测、电力交易形成联动，在满足电网调度控制需求的前提下，一方面一体化数据打通和协同能够帮助电站形成更合理的储能充放电策略，在交易市场获得更有利的交易价格，直接提升储能收益。另一方面储能EMS综合考虑电池系统各类参数，进行优化运行策略和控制策略的设计以减少控制成本。

2、创新要点

首先，“高安全、低成本、可持续”是所有新型储能技术发展的共同目标。如何通过信息化技术升级，来实现这一目标，正是全场景新型智慧储能关键信息技术及产品发展和创新的要点所在。

新型储能技术从促进可再生能源消纳到降低可再生能源利用成本，需要结合不同储能场景需求进行创新设计，推动多元化技术发展。随着新能源发电比例的快速提升，利用信息化技术开发出大容量长时储能技术和长寿命大功率储能器件成为储能产业重要攻关方向之一。其中的亟待突破的关键技术要点就集中在寿命、回收与安全这三个方面。例如循环寿命的预测及测试评价技术、低成本修复延寿技术、退役电池的梯次利用技术、绿色回收再生技术、本质安全技术、安全检测及预警防护技术等。

在储能系统的产品寿命问题上，相关技术包括电池寿命提升和电池寿命检测两个方面。通过材料体系优化、结构创新设计、修复再生等方式可以提高储能系统使用寿命，进而降低度电成本，减少资源浪费。而利用信息化技术综合产品运行环境、运行方式、电池一致性等较多因素推断预测出电池剩余寿命，则是另一方面的重点。

储能电池回收后的处理主要包括修复再生、梯次利用和材料回收。修复再生技术的开发有助于减少回收压力，同时推动具有低成本可修复再生特性的新型储能材料及器件的资源循环利用，推广从生产源端就考虑易回收的电池长效设计理念。梯次利用的性能评估和质量控制技术有待突破，如果安全性不能得到保障，梯次利用电池将无法规模应用于储能领域。材料回收方面主要是提高电池自动化拆解和材料分选技术水平，降低回收环节的能耗和碳排放，提高回收率，发展绿色回收技术和产品的生态设计，促进循环经济的发展。

最后则是储能系统的安全问题。安全的重要性已经无需过多的阐述，新型智慧储能电池的安全技术开发至关重要，关系到未来长时储能的规模发展。

四、投运难点

首先是新型储能示范（首台套）项目落地实施存在困难。

在没有可参照对比的成熟案例，相关技术标准、安全标准等往往缺失或与现有标准不一致的情况下，地方政府或主管部门在项目审批过程中缺乏依据难以决策，使得应用新技术的项目落地难度增大，不利于新型技术的发展和示范。市场对于创新技术也存在“风险规避”现象，示范项目存在较多的不确定性，难以获得市场和投资者的青睐，多重因素制约下，项目落地困难重重。

第二是新型储能价格机制未完全建立，商业模式仍有待探索

随着“双碳”战略的推进，电力系统中增加储能已成为共识，但没有完善的价格机制支撑，额外增加的储能设备缺乏投资回收渠道，当前只有部分省份对新型储能建立了较为明确的市场规则，而且相关规则基本只着眼当下，无法长期适用。对新能源项目配置的储能装机来说，其受调度机制与回报机制均不明确，不仅不能发挥储能装机的作用、更无投资回收机制和渠道。对于用户侧储能，除峰谷差套利外尚无其他盈利模式，难以吸引更多的资本投入，无法实现产业的稳定可持续发展。

第三是新能源配置储能标准缺失，监管存在难度

新型储能市场发展速度快于标准和监管制度体系的建设速度，使得当前储能行业监管难度加大，部分地区为了招商引资，要求新能源必须配置储能，增加项目投资成本，项目业主为降低成本使用低价劣质产品，造成低端技术凭借价格挤压先进技术、参数虚标作假等劣币驱逐良币的现象，严重影响行业健康发展。

第四是新型储能在国家法律层面的支持不够

除了2010年《中华人民共和国可再生能源法（修正案）》提出了“电网企业应发展和应用储能技术”的原则性要求，至此再未从立法层面对储能作出规定，相对概括的要求无法对储能企业参与市场活动提供明确的指导和规范作用。虽然在《电力中长期交易市场规则》等政策中明确支持储能企业是电力交易市场的独立主体，但具体的权利义务等交易规则并未明确，仍体现出明显的原则性和指导性特征，储能企业的独立市场地位仍未真正落实，急需从法律层面给予明确定位，为新型储能产业发展提供法律保障。

不过一个好消息就是，在本次出台的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》中，对于上述的部分问题都提出了相应的内容。

第九条，指出要推动先进产品及技术示范，开展能源电子多元化试点示范，打造一批提供光储融合系统解决方案的标杆企业。支持特色光储融合项目和平台建设，推进新技术、新产品与新模式先行先试。

第十四条，提出要加强公共服务平台建设，培育特色工业互联网平台和监测分析数据平台，完善知识产权布局，加强专利分析预警。

第十五条，健全产业标准体系，开展能源电子智能制造与运维、管理控制系统等相关标准研制，加强与现行能源电力系统标准衔接，推动建立产品制造、建设安装、运行监测等环节的安全标准及管理体系。

第十六条，加强行业规范管理，加强行业统筹管理，提升项目建设和运营水平。加强相关产品质量抽检，提高能源电子产品性能及可靠性。

第二十二条，优化完善市场环境，建立健全能源电子产业企业信用体系，推行企业产品标准、质量、安全自我声明和监督制度。

五、储能信息化介绍

1、储能类型

电化学储能技术成熟，不受地域限制，适合大规模应用和批量化生产，产业化应用前景好。

中国目前最为成熟的电力储能技术是抽水蓄能，但选址受地理因素限制较大且施工周期较长，在电力系统中的应用受限。以电化学为代表的新型储能具有调节速度快、布置灵活、建设周期短等特点，已成为提升电力系统可靠性的重要手段。电化学储能在电网调峰调频中应用广泛，覆盖了电厂侧、电网侧和用户侧，运行控制简单，可以实现无人操作。

2、储能系统

完整的电化学储能系统主要由：电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备构成。

电池组：担任关键的储能角色，是储能系统最核心的构成部分；

电池管理系统BMS：担任感知角色，主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；

能量管理系统EMS：担任决策角色，主要负责数据采集、网络监控和能量调度等；

储能变流器PCS：担任执行角色，主要功能为控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。

从成本来看，储能系统中电池占比超过50%，PCS占比约11%，BMS占比约9%，EMS占比约5%。

电池门槛较高，格局较为明晰。PCS具备一定门槛，阳光电源等光伏变流器龙头企业已形成一定先发优势。BMS、EMS产品向智能化、数字化、平台化发展，产品形态边际大，参与者众多，但有信息化基础与行业know-how的企业具备竞争优势。储能系统集成环节由于直接面向用户需求，各类参与方多数有布局。

3、数字化赋能

在储能系统中，电池组将状态信息反馈给电池管理系统BMS，BMS将其共享给能源管理系统EMS和储能变流器PCS；EMS根据优化及调度决策将控制信息下发至PCS与BMS，控制单体电池/电池组完成充放电等。

3.1、PCS（Power Conversion System，储能变流器），是连接储能电池系统和电网/负荷的双向电流可控转换装置。

3.1.1、PCS担任储能系统中的执行角色，核心功能是控制储能电池的充电和放电过程。

PCS能将电池系统输出的直流电转换为可输送至电网和其他负荷的交流电，完成放电；同时可以把电网的交流电整流成直流电，给电池充电。PCS能对充放电的电压、电压、频率、功率等进行快速精确的控制，从而实现恒功率恒流充放电以及平滑波动性电源输出，在保障电池安全的同时提高电能传输效率和电能质量。

PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息；可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

3.1.2、PCS：实现充放电/平抑功率/并离网运行/保护等功能

通过对电池充放电过程的控制，PCS能实现平抑功率、并/离网运行、信息交互、保护等功能。

PCS不仅可以快速有效地实现平抑分布式发电系统随机电能或潮流的波动，提高电网对大规模可再生能源发电（风能、光伏）的接纳能力，且可以接受调度指令，吸纳或补充电网的峰谷电能，及提供无功功率，以提高电网的供电质量和经济效益。在电网故障或停电时，其还具备独立组网供电功能，以提高负载的供电安全性。

3.2、BMS（Battery Management System，电池管理系统），是配合监控储能电池状态的设备。BMS和电芯一起组成电池系统。

3.2.1、BMS担任储能系统中的感知角色，主要功能是监控电池储能单元内各电池运行状态，保障储能单元安全运行。

BMS对电池的基本参数进行测量，包括电压、电流、温度等，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命。BMS需要计算分析电池的SOC（电池剩余容量）和SOH（电池健康状态），并及时上报异常信息。

3.2.2、BMS系统大多都是三层架构，硬件主要分成从控单元、主控单元和总控单元。

1）底层：从控BMU，为单体电池管理层。由电池监控芯片及其附属电路构成，负责采集单体电池的各类信息，计算分析电池的SOC（电池剩余容量）和SOH（电池健康状态），实现对单体电池的主动均衡，并将单体异常信息上传给主控。

2）中间层：主控BCU，为电池组管理层。收集BMU上传的各种单体电池信息，采集电池组信息。计算分析电池组的SOC和SOH。

3）上层：总控，为电池簇管理层。负责系统内部的整体协调以及与EMS、PCS的外部信息交互，根据外部请求控制整个BMS系统的运行过程。

3.2.3、BMS市场目前存在终端用户对BMS认知不足、各厂商无统一标准等问题。

BMS对储能系统安全、寿命、经济的价值没有被客户充分认知，价值与价格不对等；另外，BMS需与电芯参数等呈对应的关系，各电池厂商模组方案不同、控制策略、保护参数、通讯协议、汇流方案等不同，现场调试工作量大，存在信息孤岛问题。

目前BMS功能已经由监测、通讯、保护、显示、存储等基本功能向电池系统安全诊断和长寿命运维、系统经济性指标诊断等高级功能发展。从技术上看，主动均衡技术将成为标准，大数据、人工智能等技术被应用到电池状态算法中；未来低端BMS供应商的生存空间将越来越小。智慧运维、高级功能等是未来各厂商之间产生差异化竞争的核心要点。

3.2.4、BMS设备是构建云边结合的储能系统大数据平台与深度挖掘分析功能的重要组成部分。

边：以BMS为基础发展云边协同，充分发挥BMS的数据汇聚能力，在站级设备端实现电池系统实时数据的采集、分析、状态诊断和评估，实现数据的清洗和预加工；

云：云端基于更多站端的数据，实现多维度时空数据挖掘、提炼、精加工，实现更详细、更全面的电池运行状态、安全状态、储能系统可靠性的评估，动态优化BMS运行策略及算法模型并下设至设备端，达到最佳安全和经济性的运维模式，实现智慧运维，并为能源汇聚/分配/交易提供数据支撑，为储能系统的价值实现提供保障。

3.3、EMS（Energy Management System，能量管理系统），是储能系统的决策中枢，充当“大脑”角色。能量管理系统包括电网级能量管理系统和微网级能量管理系统，储能系统中提到的EMS一般指微电网级。

3.3.1、EMS的核心基本功能是安全优化调度策略和可视化。

储能EMS需要负责优化调度，给出多尺度协调控制的调度策略，并自动维持微电网的压频稳定；核心控制策略包括频率调节策略、电压调节策略、削峰填谷策略、电网波动平抑策略、目标负荷实时跟踪策略、计划储能处理策略等。

3.3.2、能源管理系统一般分为设备层、通讯层和应用层。

设备层：需要能量采集变换（PCS、BMS）做支撑；

通讯层：主要包括链路、协议、传输等；

信息层：主要包括缓存中间件、数据库、服务器，其中数据库系统负责数据处理和数据存储，记录实时数据和重要历史数据，并提供历史信息查询；

应用层：表现形式包括APP、Web等，为管理人员提供可视化的监控与操作界面，具体功能涵盖能量变换决策、能源数据传输和采集、实时监测控制、运维管理分析、电能/电量可视分析、远程实时控制等。

3.3.3、优化运行策略和控制策略的设计是EMS产品的核心要点和难点。

综合考虑储能充放电特性、储能单元充放电成本、储能应用效益，在满足电网调度控制需求的前提下，进行优化运行策略和控制策略的设计，能够提升储能系统运行的经济效益和改善各类技术指标。

3.3.4、EMS产品一般作为储能系统与更上一层信息系统交互的枢纽。

储能系统通过EMS参与电网调度、虚拟电厂调度、“源网荷储”互动等。EMS产品与电网调度等密切配合，并在功能上具备一定相似性，需要公司了解电网的运行特点，深耕电网侧信息化的企业具备知识know how积累，能够形成能力复用，具备一定优势。

4、BMS/EMS发展方向

4.1、BMS/EMS向数据赋能、智能化、平台化、云化发展。

1）数据赋能：基于实时数据的深度挖掘，提升储能运行效率和经济性，实现智慧运维，储能价值挖掘。

2）智能化：基于大数据与AI等技术，完成自主诊断、自主修复，简化运维流程并提升储能安全。算法成为竞争力核心：神经网络、边缘计算等应用提升储能系统诊断能力、告警能力、控制能力以及决策能力。

3）平台化、云化：平台化产品一站式集成数据显示、策略控制、运行分析、大数据挖掘等应用服务，并可灵活部署至公有云/私有云上。

4.2、云、大数据、AI、边缘计算等技术全面赋能储能系统的安全、运维以及运行经济效益等。

安全：数字化/智能化赋能储能系统的实时监测、异常告警、故障诊断、消防安全资源一体化协调、大数据存储加密等安全场景。

运维：数字化/智能化赋能储能系统的远程监控、远程运维、大数据分析、数据可视化、故障自恢复等运维场景。

经济效益：数字化仿真等技术赋能储能系统设计，并通过大数据分析、AI、边缘计算等技术赋能策略优化等场景，提升储能系统经济效益。

六、储能云系统示例

1、整体架构

通过数据上云实现电池物理系统与虚拟镜像的连接。相较于本地端BMS，云计算可以进一步增强数据计算、存储能力，提高系统的可靠性。通过云边协同，能够利用更先进的算法提高本地BMS的性能。同时，基于大数据的智能诊断、寿命预测和系统优化等在本地BMS中难以实现的功能，也能够利用云端资源优势得以实现。

储能云总体架构如图1所示，其中包括储能终端设备、边缘通信侧、云平台应用服务层及前端可视化，系统采用工业互联网技术，结合高级计算、数据分析、物联网传感技术及大云物智移等互联网技术，实现储能电站终端设备的泛在接入、状态感知、实时监视、调度控制、故障诊断等功能，为电站提供智能运维及电池生命周期管理服务。

云边协同如图2所示

工业互联网平台如图3所示

基于大数据驱动的工业互联网平台，将储能行业知识、电池机理模型、大数据能力、人工智能（artificial intelligence, AI）算法融合到一起。大数据处理首先获取储能实时数据，基于边缘侧进行数据传输与存储，同时基于数据分析电池的电压、电流、温度、极差、标准差，以及循环次数、放电倍率等，通过不同维度的集成后，生成储能运行状态数据集。

结合专家知识和特征值，建立算法模型，利用平台的AI算法和弹性计算能力，评估电池一致性、容量电量衰减、内阻演变趋势等。进一步地，基于储能状态评估，优化调整储能的充放电动作，参与大电网的能量交互。

2、应用案例

能量管理工业互联网平台展示：