中国储能网讯：着新型能源体系加快建设，新能源开发消纳规模不断加大，电力系统对调节能力的需求逐渐提升，系统形态由“源网荷”三要素向“源网荷储”四要素转变。以电化学储能为代表的新型储能技术具有建设周期短、选址简单灵活、调节能力强等特点，与新能源消纳匹配性好，优势明显，加快推进新型储能技术规模化应用势在必行。
电化学储能规模化发展受限于“安全”
据统计，2022年国内新增投运新型储能装机规模达6.9吉瓦/15.3吉瓦时，同比增长200%，继续保持高速发展态势。百兆瓦级的大容量储能电站成为我国电化学储能的主要发展方向，2022年超过20个百兆瓦级储能电站实现并网运行，规划在建中的百兆瓦级储能电站数量更是达到400余个。预计未来5年，年度新增电化学储能装机呈快速上升趋势。保守场景下，年平均新增电化学储能装机为16.8吉瓦；理想场景下，年平均新增电化学储能装机规模将达25.1吉瓦。
随着容量和规模的快速扩大和发展，电化学储能在安全、高效和利用率等方面面临较大挑战。近十年来，全球共发生超过30起电化学储能电站安全事故，绝大部分发生于近5年，电化学储能安全形势不容乐观。2021年4月，北京丰台大红门储能电站调试过程中起火爆炸，事故造成1660.81万元的直接财产损失，2名消防员不幸遇难；2022年2月，江西某储能项目起火，存放阶段的电池舱剧烈燃烧；2022年4月，美国亚利桑那州的一个40兆瓦时储能电站起火。盘点国内外发生的储能事故，电池热失控是根本原因，触发热失控的源头具有多发性，包括电池本体、电气设备、热管理系统等等，而有效的安全监测预警手段缺失，以及阻燃隔热设计和消防灭火技术不完善等，进一步导致层层失控，事故扩散。
技术创新是解决问题的关键。许继电气股份有限公司作为中国电气装备集团有限公司旗下专注于电力、自动化和智能制造的高科技现代产业集团，深度融合数字信息技术、电力电子技术、电力控制和电网支撑技术、电化学技术，在行业内首先提出“数字化电化学储能”理念，打造“安全可靠、经济高效、智慧融合”的新一代储能电站，并率先推出数字化簇控储能解决方案及全产业链产品。
一方面，储能电站的安全风险隐患存在于系统集成、安装调试、运行维护等全寿命周期各环节，事故易扩散，故障诊断困难，但基于云边结合的数字化检测和预诊断技术可大幅提升系统安全性，防患于未然。另一方面，运维管理水平不高、电力市场交易参与度低等因素导致储能电站利用率低、盈利困难，储能数字化将储能实体与数据融合形成数据资产，为储能电站提供全寿命周期的数字化决策和管理。
“数字化电化学储能”理念
数字化电化学储能系统坚持全寿命周期理念，建立以电池为核心的储能系统和以涉网为支撑的新型电力系统两大体系，构建“站（全数字电站）+云（储能云平台）+孪（数字孪生体）”综合数字化平台，使电站更安全、更经济、更高效、更智能，提升电站资产价值。
全数字电站基于“人体全感知系统”思想，建设储能电站各环节能量流和信息流的感知体系，建立相对应的自识别模型，实现物理电站和数字深度融合，保障电站全透明化运行，有效监测各环节安全。同时，对电站运行的过去、现在和未来，进行历史追溯、全景监测和精准预测，确保电站安全高效。
储能体系依托电芯级传感系统、储能电站千万级海量数据秒级存储计算和查询技术、数据标准建模、微秒级信息交互、局域全感知全开放环境虚拟运行，形成对过去、现在、未来时间刻度的全息反馈，确保数据采集全面无误。
涉网体系依托储能变流器、控制保护、变压器等交流侧设备数字化，完成感知模型的进一步“拓展”。借助储能电站涉网技术能力，实现交流侧电压及频率的高灵敏数据反馈、集合连续高低电压与频率穿越、宽频振荡抑制、构网控制与组网运行、交流侧数据环境的虚拟数字化。
同时构建多维数据融合的储能电站一体化辅控系统，实现消防、安防、动环、视频等各辅助子系统的统一接入、集中监控、信息共享、智能联动。数据模型的分级接入，宛如人体的肌肤感应，促进储能电站实现数字世界的完整运行，通过辅控数据聚合分析与决策，支撑储能电站形成完整的数字生命体。
储能云平台基于互联网生态和物联网架构，服务于电站全寿命周期，面向各类用户提供一站式定制化服务，实现储能电站集群式安全管控、运营数据全面链接、储能业务全程在线、能源生态开放共享和储能多元化盈利，构建共享、共赢的“互联网+储能”生态体系，为全数字储能电站提供全景监控、运行分析、智能运维等服务。
全景监控服务可以对所有接入的储能电站运行数据统一管理、统一分析，实现运行监视、操作控制、智能告警等，有效解决储能电站点多、面广、分散、难监控的问题。
运行分析服务可以依托储能电站运行数据，按照时间范围、取数周期提供储能电站充放电能力分析、一致性分析、能效分析、故障分析、设备对标分析等服务，并以图形化、可视化等方式展示，支撑决策服务。
智能运维服务针对异常预警，可以从电站设备安全和运行两个角度，对储能电站、电池堆、电池簇、电池单体分层次进行预警，逐级定位问题。健康状态评估，对储能电站、储能变流器（PCS）、储能电池评估期内的健康状态进行总体综合评价，并出具诊断报告和诊断建议，支撑决策。运维管理，建立标准运维流程，提出运维建议及设备标准化操作信息、操作流程，合理制订定时运维计划并提示。
数字孪生体通过物理电站与数字模式的一一关联映射，构建可实时跟踪实物状态、可预测电站未来运行趋势的双向映射，虚实同步、闭环互动，实现电站行为可视化、实时仿真计算、智能优化协同等，提升整体效益。数字孪生体应用于数字储能电站，可实现储能站全链仿真预测、优化运行控制、挖掘服务价值等。
全链仿真预测可以构建全链路储能电站仿真平台，覆盖电池、电池管理系统（BMS）、PCS、能量管理系统（EMS）、辅控系统等全部环节，实现各设备的实时监控、预测和诊断，及时发现和解决故障，提高电站可靠性。同时，可在模型中调整电站的参数，如电池容量、充放电速率等，以优化电站性能，提高经济性。
优化运行控制可以通过数字孪生技术，实现物理电站虚拟运行，在数字模型中对不同工况下的电站进行虚拟仿真实验，进一步优化电站运营模式。如通过智能调度算法，实现对电池的优化调度，最大限度地发挥电池的储能和放电能力。
挖掘服务价值将通过数字孪生收集到的海量数据，对价值链上下游企业开放，实现上下游企业间的数据集成和数据共享，挖掘释放数据价值，做到产品协同开发、协同制造和协同运维，助力产业生态虚实共融。
数字化簇控储能解决方案
基于“数字化电化学储能”理念的“数字化簇控储能解决方案”，储能电池一簇一管理，实现电池系统精细化控制和故障电芯快速隔离，相比传统储能解决方案，在安全、效率和经济性等方面有显著提升。具体表现在以下三方面。
一是通过多级防控，实现零事故储能电站。数字化赋能储能系统的实时监测、异常告警、故障诊断、消防安全等安全场景，依托多级防控和提前预警，打造零事故储能电站。
从电池安全角度，可利用EMS及存储云等，基于大数据技术对电池进行深度优化，电芯级预测、报警，毫秒级响应，智能化防护策略配置，实现主动安全。
从消防安全角度，可实现电、热、烟、气多参量就地采集，系统多维度智能感知，设备健康状态及火灾状态实时科学研判。插箱级精准灭火，BMS联控电气隔离及故障切除。抑制复燃，10秒内扑灭明火，长时不复燃。
从涉网安全角度，可在直流侧构建基于继电保护思维的储能方案，在交流侧突破弱网接入、连续高低电压与频率穿越、宽频振荡抑制、构网控制与组网运行等技术，强力支撑电网电压及频率的稳定。
二是实现精细运营、高效运行。通过特有控制策略主动优化配置，基于运营工况自动切换运营模式，达到相同放电深度，初始电池配置减少5%以上，系统可用率达99.9%，整体充放电量提升10%，全面提升储能电站综合效率和利用率。
实现更大放电量和更高系统可用率。单簇独立充放，整体充放电量提升10%；采用故障簇控PCS柔性投退策略，单簇设备故障不影响其他簇运行，系统可用率提升至99.9%；通过智能化冷却系统，降低系统辅助设备能耗30%。
提升电池使用寿命和利用率。单簇控制，通过智能化电池簇充电状态（SOC）均衡自主功率分配技术，整套系统电池容量衰减慢，电池使用寿命延长20%。消除簇间环流，簇间SOC独立管理，电池利用率提升6%。
保证恒温舱内环境温度。根据电池系统的运行工况进行热性能分析（CFD），分析整个系统的制冷制热需求，实现对电池集装箱内部环境温度的有效控制，平均温差不大于3摄氏度。
提高能量密度。预装式储能系统采用非步入架构设计，相比传统预制舱，能量密度高，同等条件下电池容量提升50%，40尺集装箱容量可达到6兆瓦时以上。
三是做到无人值守、智能运维。通过特有算法智能分析，准确预估电池寿命，识别异常单体进行主动隔离，可延长电池寿命20%。采用在线均衡技术实现电池箱即插即用，节约相关运维时间90%以上；异常故障智能决策全自动工作流，实现无人值守，降低运维成本30%以上。
做到全景监视。实现多个储能电站电池状态的全面监控，智能故障告警、运维工单处理、大数据存储、统计分析和报表管理等功能，能很好地解决储能站点间的孤岛问题。
实现智能巡检。实现可视化智能巡检作业，有效进行远程巡检指挥、巡检轨迹监测、巡检任务下发、巡检结果反馈等工作，实时掌握巡检工作的进度及结果，有效降低储能电站事故发生率，提高人员的工作效率。
智能检修。结合数字孪生、人工智能等技术，实现电池健康状态的评估和检查，诊断电池在运行中的异常变化，及时发现和消除电池缺陷和隐患，实现储能系统的智能决策和主动预警，提升储能站智能运维水平。
构建新型电力系统、实现电力行业和电工装备数字化转型，已成为大势所趋。储能是构建新型电力系统的核心设备，数字化储能作为电力能量管理与控制领域的一项颠覆性技术，对储能产业未来发展具有变革性意义。装备实体与数据融合形成的新型生产资料——数据资产，成为继产品制造之外的全新价值创造点，逐步构建装备数字化资产新价值体系。
（作者系许继电气股份有限公司总经理）
