中国储能网讯:5月24~26日,由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。
来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业,5417位嘉宾参加了本届大会,其中245家企业展示了储能产品,可谓盛装出席,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。
5月25日下午,中国电力科学研究院有限公司储能与电工所副所长官亦标受邀在储能检测、认证与标准专场分享了主题报告,报告题目为《锂离子电池储能检测与标准最新进展》。以下是报告主要内容:
官亦标:第一个报告由我和大家交流一下“锂电池储能检测与标准的最新进展”,谢谢大家!
我来自中国电科院储能所,我今天不是讲具体的标准,更多想分享一下我们对检测和标准规范的一些认知。首先是从整个新型储能发展概况和发展的趋势,以锂电池为代表的电化学储能技术现在是初步具备了规模化应用的条件,无论是技术的成熟度还是标准体系的建设,以及市场的选择来看,它在“双碳”进程中是发展速度最快、应用前景最广的一种储能技术。特别是锂电池储能近年来在面向电力系统应用的技术标准体系和应用管理体系日趋完善,在可控安全应用等方面的问题也在逐步改善。预计到2030年,它的技术经济性会有一个大幅的提升,同时因为场地布置灵活、建设周期快、综合技术性能好等优势,在未来我国储能装机占比有望超过抽蓄。
当然现在也有很多其他类型的新型储能技术的涌现,比如说飞轮、压缩空气等,这些更新的新型储能技术在部分指标方面具有相对优势,也是电力系统多元应用的备选,安全性相对可控,但在综合技术经济性指标方面,离电力系统实际应用需求还有较大的差距。特别要指出的是,这些储能技术在面向电力系统应用的技术标准体系和应用管理体系方面相对锂电池为代表的电化学储能来说,还没有那么完善。另外这些储能技术实际的并网性能、电网适应性等实际应用效果仍然需要进一步验证和评估。随着技术不断进步,它未来的技术经济性有望进一步改善。结合特定场景需求,基于部分指标的比较成本优势可能获得一定程度的商业化应用,这是我们对所有新型储能技术宏观上的判断。
怎么评价一种新型储能技术,它到底适不适用于电力系统的应用场景。我们经常听到某种储能技术说它有哪方面优势,从最终应用需求角度来说,我们认为应该基于全面的、标准化的、综合性技术经济性来去评判这个事情。
(图示)这张表给了一个示例,里面的数据不一定非常准确,但也大概反映了一个趋势。比如说我们通常都说一个储能,说到锂电池多少元每千瓦时,通常会忽略它的功率成本。有的时候功率器件会强调它的功率密度高,往往会忽略能量的成本。有的时候说到所谓长时储能,很多时候又会忽略它的功率成本。其实对于最终应用来说,一种储能技术的功率密度和电力系统的功率应用需求是两码事,不能划等号的。因为一个是相对值,一个是绝对值,对应用来说要看绝对值,剩下还是技术经济性的对比。我们放到一个全面综合的技术指标来看,往往功率密度高的能量成本比较高,能量密度高的通常它的功率成本比较高,所以这个得综合来看。我们都知道电力系统应用对功率和能量都是刚需,不能说只看能量或者只看功率,实际上都是要考虑的。我们再看一下除了功率能量还有效率、寿命、能量密度、功率密度、响应时间、转换时间、可靠性、成本,包括一些非技术指标,如果把所有因素全部考虑再来评判一种储能技术,我们就能看出这种储能技术,比如在现阶段到底是不是最佳选择,或者说它将来要在哪方面持续提高或者改进。
我们从上张表可以看出,现在来说还是锂电池储能,而且更具体的说磷酸铁锂储能目前来看相对比较有经济性优势的。从统计数据也可以看出,去年底,截止到去年底新型储能装机规模里锂电池储能占到将近95%。当然在电源侧、电网侧和用户侧,因为各种市场或者政策的原因,它的占比也不一样。从实际运行的情况来看,这个数据相信行业内都比较熟悉了,而且也讨论比较多,也存在一些争议。这个争议来自于怎么去算这个事情,实际上是一个分母如何确定的事。真正将来新型储能在电力系统,如果说储能装机的量级和发电量或者用电量可以同日而语时,它真正运行的所谓运行系数或者利用率,不一定就是非得达到百分之百,可能也就是百分之十几或者几十,这是一个正常的,因为它是按需要根据调度需求来运行的。而且在有些应用场景,比如就是为了备用,就是为了支撑,备用的过程、参与备用的全部容量也是在用的状态,这就反映出怎么去计算这些运行系数也好,利用率也好,我觉得不能简单去看这个指标。
当然我们认为现阶段数据也能反映出一些客观的事实,我觉得是两个方面:1.市场机制方面,也就是说通常说的商业模式,没有一种好的商业模式,可能也不愿意去用,这是一方面。2.从技术角度来说,我们认为在现阶段还是因为储能整体安全质量存在不理想的情况,所以才导致运行的情况。
从市场机制层面,我们在新型储能方面面临的挑战主要是在于新型储能在电力系统不同场景应用的多元价值没有得到充分的体现。因为显然储能对于电力系统来说是一个潜在的、非常优质的灵活调节资源和主动支撑的资源。在不同应用场景,它的价值具有多样性。但现阶段通常都是参考新能源它们的一些评价指标,用度电成本,包括利用小时数简单衡量它的技术经济性,这个对于储能来说是不公平的,因为储能是个多面手,对于整个电力系统来说除了可以看得见、摸得着的这些量化价值以外,在备用、电压无功支撑,这些方面它的价值没有被得到充分的体现,这个实际上就是市场机制的问题。
从技术层面来说,我们认为新型储能产业创新能力还是存在不足的,特别是技术供给存在不足。从前面那张表大概也能看出来,我们现在不说国内,国外也一样,基本上一条路线,就是磷酸铁锂,90%以上,那就说明在成熟的技术路线选择方面,选择面是非常窄的,没的选,那就说明技术供给还是严重不足的。即使是相对成熟的技术路线,虽然它的产业链上游比较成熟,已经形成了非常成熟的产业集群,但在产业链中下游的装备制造与工程应用环节关联的,储能的装备技术和安全可靠应用技术,这个技术的供给是严重不足的。技术发展的导向与安全质量监管的要求,以及电网调度运行的实际需求不能完全匹配,实际应用中普遍存在安全和可靠性的问题,这个也是导致利用率低的技术层面原因。
具体到锂电池储能发展的现状,我们知道现在绝大多数都是以电池储能系统,特别是集装箱的储能系统作为一个产品的形态。这个产品作为电气设备整机产品角度来说,我们认为还没有达到成熟的阶段,或者说它的标准化程度比较低。所谓标准化程度低,它没有形成一个行业及以上,或者国家层面的标准。大家可能都是按照自己的,顶多是企业标准,或者团体标准,标准化程度比较低的。跟储能系统相关的一些定型产品,主要是核心的零部件以及辅助配件,我们知道零部件的性能无法完整反映整机的性能,也无法保证整个储能系统在全寿命周期的持续稳定、可靠运行。再加上在还不成熟、标准化程度比较低的装备技术发展阶段,储能电站建设的过程又很粗放,全流程的安全质量管控措施不到位,很多已经建成的电站实际上从现有的标准规范角度来说是不能满足这些要求的,这就导致真的投运,真的要用的时候就会出现储能设备可靠性不佳造成不好用,功能性能指标达不到设计目标造成不能用,安全隐患大造成不敢用。储能电站整体安全质量状态是存在很大的不确定性,这样就导致大量已建储能电站利用率偏低,这是从技术层面去看这个事情。
典型的案例,值得重点提一下。大红门这个事件最后定性为管理责任事件,这个事故从技术角度,整个工程的设计、建设、运行全流程,没有重视储能的专业性、特殊性和复杂性。专业性,储能有一些标准的要求,有一些还没有来得及形成标准,也要基于对储能的认知和理解,包括一些实践经验,它的特殊性就是存在安全风险隐患,跟新能源行业不一样。它的复杂性,影响它的这些安全性能因素是非常多的,不可控的因素非常多。从管理的角度,既不专业,也没有敬畏之心,所以最终这个事故被定义为管理责任事故。相关的负责人被追究了刑事责任,这也是依据《安全生产法》,《安全生产法》对于工程安全重大事故罪的量刑门槛对于储能这个行业来说是非常低的,死亡1人或者伤3人,或者直接经济损失100万元。我们知道一个集装箱三四个簇,一个簇出问题都不止100万元,所以触发刑事责任门槛非常低,这也是为什么储能行业现在我们认为是风险很大的一个行业。
“4.16”之后,从电化学储能规范管理要求层面来说,主要是国家能源局主管部门发布的一些管理的要求,这些要求对备案建设、主体责任,包括对设备的把关要求,说的非常明确了,从各个角度、各个层面,有宏观的,也有具体的指导意见。这些文件对于整个储能工程建设的角度来说,就是一些必须要做到的规范。有一个趋势,今年以来对于储能电站的质量管理和安全监测是被纳入各个部门重点工作,比如能源局在今年1月份发布的《2023年能源监管重点工作》,就是把储能电站的质量检查列入质监工作的范畴。在这个月5月8号,最近发的,《全国电力安全生产重大事故隐患专项排查整治》,里面明确提出要落实37号文这些重要的文件要求。事实上在有些地方有些省已经开始在做储能电站的安全检查,从检查的情况来看,第一批检查的项目没有一个是符合标准规范要求的。且不说它实际运行情况怎么样,就从基本的标准规范要求来说都是不满足的。不满足标准规范要求,不仅仅说的是设备本身的安全风险,直接牵涉到管理责任的风险,这是大家要特别注意的。
我们为什么提出全流程的检测评价方案,实际上就是要从电池储能的风险源头抓起,源头在哪儿,很显然就是在于储能电池这些核心部件。对于整个电池储能工程的安全质量把控,我觉得最关键的就是要围绕储能电池在整个流程、整个环节流转过程中,一直到它运行所有的阶段,围绕它的安全质量要做重点的把控,这个才是抓住了关键。这些全流程针对工程建设的不同环节,针对不同的对象,我们采用不同的手段,依据相应的标准开展全流程闭环的管理。涵盖型式试验、等级评价,到货抽检、并网检测全流程。实际上全流程就是要向用户呈现储能系统/储能电站所有关键的指标,能不能达到承诺值或者设计值,所见即所得,实际效果能不能达到设计目标。
具体分为事前、事中、事后三个大的过程,事前主要是设备制造企业或者设备供应企业来完成的,主要包括型式检验和等级评价。这个是对制造企业批量生产满足标准要求产品的一种能力认可,相当于进入市场最基本的要求,早期很多储能电站连这种基本要求都没有做到。第二个阶段,事中,就是业主方要重点关注的,最关键的环节就是工程实际供货批次产品的随机抽检,通过很少量的抽检要求,检验能不能达到标准的要求。这个虽然说不是全检,但它能起到两方面的作用:第一方面,能在一定程度上代表电站实际使用的所有核心部件,能不能满足标准的要求,这是一个层面。第二个层面,通过实打实的检验,能够倒逼制造企业去加强批次生产的品控,所以这个环节是安全质量把关最关键的环节。如果说没有这个环节,实际上就是一种放任的状态。到货抽检合格之后我们才进入并网检测的环节,并网检测怎么做,后面我会单独再说。投运之后还要开展定期运行考核的检测。
对于型式试验来说,为什么要做这么多型式试验,一层一层、一级一级的,就是因为储能系统是非常复杂的系统。有些关键的应用指标没有办法在更高层级去体现,去验证,或者说成本很高、周期很长,现阶段只能通过部件层级,每个层级检验都有不同的角色和作用,缺一不可,而且它们是一个有机的整体。等级评价是为相关方或者整个行业提供了便利化的技术比对工具,对于用户来说不用去看那么厚一本检测报告,因为里面的信息非常丰富,等级评价就是把所有报告做了横向对比,以直观的形式呈现对比的结果。对制造方来说,可以一目了然定位产品的优劣势,找到技术升级改进的方向。这个工具在有些地方已经被列为招标入围的必要条件,在后面这个工具还被保险公司采纳,作为它的保费费率制定的依据。
抽检,刚才也提到了,当然这是老版的抽检方案,新版已经修订了。这个抽检方案也是基于大量型式试验数据的分析,提炼出最关键的电性能和安全性能的项目,以最少的抽样量和最短的周期为原则,是跟随实际供货产品的生产过程同步开展。如果说是正向流程,是不会影响整个项目的进度。比如单体生产完了马上抽单体,模块生产完了抽模块,这个不会影响整体项目进度。这套方案在几个储能的大省都已经经过了大量的实践,以非常少量的抽样就能检出安全质量不合格的产品,可以说是经过了实践的检验。当然在新版标准里,抽检的规则做了更进一步的明确。
这里要重点强调一下储能电站并网检测怎么去做,不是说一个储能电站或者一个储能系统一上来就能做并网测试,这种行为是非常危险的,或者风险非常大的。我们认为要对一个电站做并网检测,它是有前置条件的,这个前置条件就是说这些储能电站的关键核心部件,它的安全质量状态有没有经过确认。怎么确认,就是核查这些部件的型式检验报告、抽检报告是否合格。另外系统里实际设置的工作参数是否和报告一致,这在标准里是有明确要求的。如果不一致,说明这个型号是有问题的,对于电池来说变参数就是变型号,直接带来结果的变化。从电网运行调度的角度来说,打个比喻,就相当于我们去租一辆车,我租一辆车不会把这个车直接拿去做年检,但我可以去查这个车有没有年检,或者有没有买保险,我是可以核查的。如果说租一个车没有年检,我是不敢开的,这是一个道理。
我们在实际运行过程中出了这么多事故,有很大的比例都是在调试过程中发生的,包括最近南方某省的站,也是在调试过程中。对于并网测试过程,那是面临同样的风险。如果说前面这些安全质量状态没有经过确认,前面没有按照标准规范做,后面测试过程出现问题造成人员、设备损失,造成各种责任划分不清,这个安全风险隐患是非常大的。
做这些事当然是要依据标准,前面也提到对于锂电池储能来说它的标准体系相对最完善的,这也为我们开展安全质量把关提供了很好的依据。最重要的一个标准我们认为就是电力储能基本术语这个行标,目前最专业、最契合国内储能应用实际情况的是电力储能基本术语的行标。这个行标里面通过术语明确了很多事情,最值得关注的首先是明确了储能的额定功率、额定能量,以及安全性能是指全寿命周期内都要满足的保证值,这是非常关键的。因为通常对于电力系统来说,传统是即发即用,所以它只有功率的概念。储能引入之后才有能量和时间的概念,但往往对于用户来说一开始没有太在意这个事,另一方面,从电池本身的特性来说,它又是天然会衰减的东西,所以这就造成一个矛盾。既然要用到电力系统,既然叫它额定能量,那就是不能变的。否则就不能叫额定能量,可以叫它别的能量。电力系统对于额定值来说就是不能变的,这是在术语层面明确了额定能量。以后在商业合同里可能不用再去说10年保证80%、90%,这些都没有意义了,也不用给什么衰减曲线了。每年一直到第十年都得保证额定值,当然也可以三年保证,一个月保证,这是市场战略或者经济性的选择。
对应术语的这些明确,在后面所有设备试验类标准里,我们也做了相应的更新。特别是对于储能电池全寿命周期功率、能量、循环次数、安全等关键技术指标检验方法,首次将标称循环次数与额定功率、额定能量关联,解决循环次数虚标的问题。现在电站的技术规范通常都会提储能系统的循环次数,这是一个非常奇葩的指标。一个系统或者一个电站1千次循环,2千次循环,1万次循环,2万次循环,都能承诺,因为它知道你无法检验,这种指标没有意义的。显然这种指标是直接把电池单体层面推导性指标直接安插在储能系统上面,这本身就是不合理的。储能电池标准里面,我们把标称循环次数作为一个参数值固定下来,相当于电池制造企业的设计值,可以标称6千次、8千次,标称的次数越多,理论上每次循环可以损失的能量就越少,这实际上是一种约束,我们在标准里会实测几千次做一个对比,这个在一定程度上可以去约束盲目宣称循环次数的问题。当然这个可能没有完全解决所有问题,但从一定程度上可以约束循环次数的问题。
还有增加循环之后热失控安全要求,这个对安全性能要求从试验层面来说提高了,倒逼电池制造企业在电池安全设计和生产工艺控制方面更加进一步。另外是明确了储能电池核心部件的抽检规则,以后开展抽检就有国家标准依据了。
最后是探讨一下新型储能标准化规范化的重要意义,我们认为强化新型储能安全质量的标准检测与工程建设的规范管理会带来很多显而易见的好处:
1.避免触发安全管理责任风险,这是首要的,首先要保证安全,后面做的事情才有意义。
2.凸显锂电池储能等成熟路线的技术经济性综合优势。既然宣称这个产品,这路线有很多优势,那就在标准里提出来,然后通过标准检验实现它验证它,我觉得这才是实打实的。
3.充分发挥锂电池储能等成熟路线应用的潜力和作用。如果不严格按照标准规范做,它本来应该是有这种优势,有这种潜力,全部被淹没,被埋没了。
4.推动促进新型储能技术升级、迭代和创新。
每年都说储能发展元年,每年都有不同的说法,今年我们认为是高质量发展元年,这个从各个层面的情况来看,我们认为都是这样的,标准的升级,包括一些监管的要求,包括相关部门对储能实际运行情况的掌握,我们认为今年就是新型储能高质量发展元年。