儲(chǔ)能BMS和動(dòng)力BMS區(qū)別及儲(chǔ)能新國(guó)標(biāo)頒布

1.儲(chǔ)能BMS現(xiàn)狀

BMS主要針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估、保護(hù)和均衡，通過(guò)各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)電池的累計(jì)處理電量，并保護(hù)電池安全;

目前儲(chǔ)能市場(chǎng)上的BMS供應(yīng)商既有電池廠商、新能源汽車BMS制造商，也有專門研發(fā)儲(chǔ)能市場(chǎng)管理系統(tǒng)的企業(yè)。電池廠商和新能源汽車BMS制造商由于更具產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前擁有較大的市場(chǎng)份額。

但同時(shí)，電動(dòng)汽車上的BMS和儲(chǔ)能系統(tǒng)上的BMS有所不同，儲(chǔ)能系統(tǒng)電池?cái)?shù)量很大，系統(tǒng)很復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境也比較惡劣，這對(duì)BMS抗千擾性能提出了非常高的要求，同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)有很多電池簇，就存在簇間的均衡管理和環(huán)流管理，這是電動(dòng)汽車上的BMS所不必考慮的。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)上的BMS還需要供應(yīng)商或集成商自己，根據(jù)儲(chǔ)能項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行開發(fā)和優(yōu)化。

2.儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)（ESBMS）與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）的不同之處

儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)非常類似。但動(dòng)力電池系統(tǒng)處于高速運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車上，對(duì)電池的功率響應(yīng)速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計(jì)算數(shù)量，都有更高的要求。

儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模極大，集中式電池管理系統(tǒng)與儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)差異明顯，這里只拿動(dòng)力電池分布式電池管理系統(tǒng)與其對(duì)比。

2.1 電池及其管理系統(tǒng)在各自系統(tǒng)里的位置有所不同

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池在高壓上只與儲(chǔ)能變流器發(fā)生交互，變流器從交流電網(wǎng)取電，給電池組充電；或者電池組給變流器供電，電能通過(guò)變流器轉(zhuǎn)換成交流發(fā)送到交流電網(wǎng)上去。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的通訊，電池管理系統(tǒng)主要與變流器和儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)有信息交互關(guān)系。一方面，電池管理系統(tǒng)給變流器發(fā)送重要狀態(tài)信息，確定高壓電力交互情況；另一方面，電池管理系統(tǒng)給儲(chǔ)能電站的調(diào)度系統(tǒng)PCS發(fā)送最全面的監(jiān)測(cè)信息。如下圖所示。

儲(chǔ)能系統(tǒng)基本拓?fù)?/span>

電動(dòng)汽車的BMS，在高壓上，與電動(dòng)機(jī)和充電機(jī)都有能量交換關(guān)系；在通訊方面，與充電機(jī)在充電過(guò)程中有信息交互，在全部應(yīng)用過(guò)程中，與整車控制器有最為詳盡的信息交互。如下圖所示。

電動(dòng)汽車電氣拓?fù)?/span>

2.2 硬件邏輯結(jié)構(gòu)不同

儲(chǔ)能管理系統(tǒng)，硬件一般采用兩層或者三層的模式，規(guī)模比較大的傾向于三層管理系統(tǒng)，如下圖所示。

三層儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)框圖

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，只有一層集中式或者兩分布式，基本不會(huì)出現(xiàn)三層的情況。小型車主要應(yīng)用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，如下圖所示。

分布式電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)框圖

從功能看，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)第一層和第二層模塊基本等同于動(dòng)力電池的第一層采集模塊和第二層主控模塊。儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的第三層，則是在此基礎(chǔ)上增加的一層，用以應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能電池巨大的規(guī)模。

打一個(gè)不是那么恰當(dāng)?shù)谋确健Ｒ粋€(gè)管理者的最佳下屬數(shù)量是7個(gè)人，如果這個(gè)部門一直擴(kuò)張，出現(xiàn)了49個(gè)人，那么只好7個(gè)人選一個(gè)組長(zhǎng)，再任命一個(gè)經(jīng)理管理這7個(gè)組長(zhǎng)。超越個(gè)人能力，管理容易出現(xiàn)混亂。映射到儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)上，這個(gè)管理能力就是芯片的計(jì)算能力和軟件程序的復(fù)雜度。

2.3 通訊協(xié)議有區(qū)別

儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)與內(nèi)部的通訊基本都采用CAN協(xié)議，但其與外部通訊，外部主要指儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)PCS，往往采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議格式TCP/IP協(xié)議。

動(dòng)力電池，所在的電動(dòng)汽車大環(huán)境都采用CAN協(xié)議，只是按照電池包內(nèi)部組件之間使用內(nèi)部CAN，電池包與整車之間使用整車CAN做區(qū)分。

2.4 儲(chǔ)能電站采用的電芯種類不同，則管理系統(tǒng)參數(shù)區(qū)別較大

儲(chǔ)能電站出于安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇鋰電池的時(shí)候，往往選用磷酸鐵鋰，更有的儲(chǔ)能電站使用鉛酸電池、鉛碳電池。而電動(dòng)汽車目前的主流電池類型是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。

電池類型的不同，其外部特性區(qū)別巨大，電池模型完全不可以通用。而電池管理系統(tǒng)與電芯參數(shù)必須是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。不同廠家出品的同一種類型的電芯，其詳細(xì)參數(shù)設(shè)置也不會(huì)相同。

2.5 閾值設(shè)置傾向不同

儲(chǔ)能電站，空間比較富裕，可以容納較多的電池，但某些電站地處偏遠(yuǎn)，運(yùn)輸不便，電池的大規(guī)模更換，是比較困難的事情。儲(chǔ)能電站對(duì)電芯的期望是壽命長(zhǎng)，不要出故障。

弘正儲(chǔ)能BMS

基于此，其工作電流上限值會(huì)設(shè)置的比較低，不讓電芯滿負(fù)荷工作。對(duì)于電芯的能量特性和功率特性要求都不需要特別高。主要看性價(jià)比。動(dòng)力電池則不同，在車輛有限的空間內(nèi)，好不容易裝下的電池，希望把它的能力發(fā)揮到極致。因此，系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)參照電池的極限參數(shù)，這樣的應(yīng)用條件對(duì)電池是惡劣的。

2.6 兩者要求計(jì)算的狀態(tài)參數(shù)數(shù)量不同

SOC是兩者都需要計(jì)算的狀態(tài)參數(shù)。但直到今天，儲(chǔ)能系統(tǒng)并沒有一個(gè)統(tǒng)一要求，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)到底必須哪些狀態(tài)參數(shù)計(jì)算能力。再加上，儲(chǔ)能電池的應(yīng)用環(huán)境，空間相對(duì)充裕，環(huán)境穩(wěn)定，小偏差在大系統(tǒng)里不易被人感知。

家庭儲(chǔ)能BMS

因此，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的計(jì)算能力要求相對(duì)低于動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，相應(yīng)的單串電池管理成本也沒有動(dòng)力電池高。

2.7 儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)應(yīng)用被動(dòng)均衡條件比較好

儲(chǔ)能電站對(duì)管理系統(tǒng)均衡能力的要求非常迫切。儲(chǔ)能電池模組的規(guī)模比較大，多串電池串聯(lián)，較大的單體電壓差將造成整個(gè)箱體的容量下降，串聯(lián)電池越多，其損失的容量越多。從經(jīng)濟(jì)效率角度考慮，儲(chǔ)能電站很需要充分的均衡。

通信儲(chǔ)能BMS

又由于在充裕的空間和良好的散熱條件下，被動(dòng)均衡能夠更好的發(fā)揮效力，采用比較大的均衡電流，也不必?fù)?dān)心溫升過(guò)高問(wèn)題。低價(jià)的被動(dòng)均衡，可以在儲(chǔ)能電站大展拳腳。

儲(chǔ)能電站BMS

從全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái)獲悉，2017版國(guó)標(biāo)《電化學(xué)儲(chǔ)能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 34131-2017）（以下簡(jiǎn)稱“舊國(guó)標(biāo)”）已完成修訂，2023版國(guó)標(biāo)《電力儲(chǔ)能用電池管理系統(tǒng)》（GB/T 34131-2023）（以下簡(jiǎn)稱“新國(guó)標(biāo)”）已正式發(fā)布，將于今年10月1日正式實(shí)施。

BMS是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池“可視化”和“可控化”的核心設(shè)備，具備對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、保護(hù)報(bào)警、控制、狀態(tài)估算等功能，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。新國(guó)標(biāo)規(guī)定了BMS工作環(huán)境、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等內(nèi)容，內(nèi)容變化較大，內(nèi)涵更為豐富，將對(duì)BMS設(shè)備制造、工程設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)檢測(cè)、運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)重大變革。本文重點(diǎn)對(duì)新國(guó)標(biāo)鋰離子電池BMS的數(shù)據(jù)采集、型式試驗(yàn)、抽樣檢驗(yàn)等內(nèi)容進(jìn)行分析說(shuō)明。首先是數(shù)據(jù)采集，由于BMS基于電流、電壓和溫度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、狀態(tài)估算及均衡等功能，因此，降低采樣誤差并設(shè)置合理的采樣周期是重中之重。相對(duì)于舊國(guó)標(biāo)，新國(guó)標(biāo)對(duì)電流、電壓、溫度的采集誤差和采樣周期進(jìn)行了“精細(xì)化”和“科學(xué)化”的規(guī)定。

可以看出，相對(duì)于舊國(guó)標(biāo)的“一刀切”，新國(guó)標(biāo)基于采樣傳感器的技術(shù)水平、數(shù)據(jù)傳輸管理及綜合成本等因素，針對(duì)電壓、電流和溫度的不同區(qū)間提出“差異化”采樣誤差的要求。對(duì)于采樣周期，不管是電壓、電壓和溫度的采集頻次均大幅提高，提高儲(chǔ)能電池的控制顆粒度，滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速保護(hù)動(dòng)作，但同時(shí)也對(duì)BMS和EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力提出更高的要求。其次是型式試驗(yàn)，儲(chǔ)能電池、電池模塊、PCS、BMS等主要設(shè)備具備第三方檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的型式試驗(yàn)是進(jìn)入市場(chǎng)的“入場(chǎng)券”。

目前，大多儲(chǔ)能項(xiàng)目在招投標(biāo)階段均會(huì)提出相關(guān)產(chǎn)品具備型式試驗(yàn)報(bào)告，新國(guó)標(biāo)對(duì)BMS的型式試驗(yàn)項(xiàng)目也提出新的要求，增加了通信、控制、絕緣電阻檢測(cè)、絕緣耐壓、高低溫和耐鹽霧、電氣適應(yīng)性、電磁兼容等方面的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法，對(duì)規(guī)范并提高BMS設(shè)備性能具有重要意義。以通信功能為例，新國(guó)標(biāo)提出BMS內(nèi)部以及與PCS、監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的通信接口和通信協(xié)議，將BMS定位為儲(chǔ)能二次系統(tǒng)的“中樞”，實(shí)現(xiàn)快速統(tǒng)一的通信和聯(lián)動(dòng)功能需要。最后是抽樣檢驗(yàn)，國(guó)家能源局綜合司印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全管理的通知》提出要加強(qiáng)到貨抽檢，開展電化學(xué)儲(chǔ)能電站的電池及其管理系統(tǒng)等到貨抽檢，委托具備儲(chǔ)能專業(yè)檢測(cè)檢驗(yàn)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)，抽檢選樣要滿足批次和產(chǎn)品一致性抽樣要求。新國(guó)標(biāo)新增了抽樣檢測(cè)的相關(guān)要求，對(duì)上述要求提供技術(shù)支撐和執(zhí)行依據(jù)。抽樣檢測(cè)以工程項(xiàng)目為抽檢主體，按照一定數(shù)量抽取供貨批次的BMS進(jìn)行檢測(cè)，主要對(duì)BMS的數(shù)據(jù)采集、通信、報(bào)警保護(hù)、控制、絕緣電阻檢測(cè)、絕緣耐壓、電氣適應(yīng)性等項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證實(shí)際工程項(xiàng)目的BMS批次產(chǎn)品的關(guān)鍵性能與型式試驗(yàn)報(bào)告是否一致，提升儲(chǔ)能設(shè)備的安全性和可信度。

此外，新國(guó)標(biāo)將BMS的運(yùn)行環(huán)境溫度由0~45℃修訂為-20~65℃；SOE最大允許誤差由8%修訂為5%；平均無(wú)故障工作時(shí)間由不少于40000h修訂為不少于20000h，運(yùn)行壽命不低于10年；等等。儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速，相關(guān)規(guī)程規(guī)范也在加緊新編或修訂以適應(yīng)儲(chǔ)能的快速發(fā)展需要，為行業(yè)的健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展“精準(zhǔn)指向”。

國(guó)內(nèi)大儲(chǔ)市場(chǎng)發(fā)展迅速，多家儲(chǔ)能品牌依托國(guó)內(nèi)渠道資源加大出貨布局。2021年國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能出貨寧德時(shí)代遙遙領(lǐng)先，儲(chǔ)能PCS出貨上能電氣、科華數(shù)據(jù)增長(zhǎng)迅速。另一方面，各類新技術(shù)迭出，共同促進(jìn)大儲(chǔ)行業(yè)持續(xù)發(fā)展。高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能在大容量場(chǎng)景優(yōu)勢(shì)顯著；儲(chǔ)能電站火災(zāi)頻發(fā)，政策不斷強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能安全，液冷、全氟己酮方案受到關(guān)注；新的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展，鈉離子電池儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)等產(chǎn)業(yè)化不斷加速；新的物理儲(chǔ)能技術(shù)層出不窮，光熱儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等示范項(xiàng)目逐步落地。

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈涉及環(huán)節(jié)包括：1、儲(chǔ)能系統(tǒng)：包含電池、PCS、BMS、EMS等多個(gè)環(huán)節(jié)，具體標(biāo)的包括寧德時(shí)代、億緯鋰能、陽(yáng)光電源、南都電源、科士達(dá)、科華數(shù)據(jù)等，其中龍頭公司寧德時(shí)代、比亞迪、陽(yáng)光電源、錦浪科技等出口海外較多；2、工程EPC、并網(wǎng)檢測(cè)、后期運(yùn)維：具體標(biāo)的包括南網(wǎng)科技、阿特斯、林洋能源、寶光電氣、萬(wàn)里揚(yáng)、電科院等。

儲(chǔ)能電池

儲(chǔ)能電池材料體系以磷酸鐵鋰為主，電池向大容量方向持續(xù)演進(jìn)。根據(jù)工信部要求，儲(chǔ)能型電池能量密度≥145Wh/kg，電池組能量密度≥110Wh/kg。循環(huán)壽命≥5000次且容量保持率≥80%。當(dāng)前的電化學(xué)儲(chǔ)能尤其是鋰電儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新變革周期，大電芯、高電壓、水冷/液冷等新產(chǎn)品新技術(shù)逐漸登上舞臺(tái)，儲(chǔ)能系統(tǒng)向大容量方向在持續(xù)演進(jìn)，同時(shí)鈉離子電池在未來(lái)憑借成本優(yōu)勢(shì)可能占據(jù)一席之位。

全球儲(chǔ)能電芯中國(guó)廠商出貨領(lǐng)先，寧德時(shí)代出貨量全球第一。根據(jù)測(cè)算，2021年全球儲(chǔ)能電芯出貨量59.9GWh，其中寧德時(shí)代作為最大電芯供應(yīng)商占據(jù)榜首，出貨量16.7GWh，占比達(dá)27.9%；派能科技作為戶儲(chǔ)龍頭，出貨1.5GWh，占比2.6%。我們預(yù)計(jì)2022年全球出貨114.9GWh，同增91.9%，其中寧德時(shí)代出貨45.0GWh，同增169.5%；派能科技出貨3.5GWh，同增127.3%。

根據(jù)測(cè)算，預(yù)計(jì)2022-2023年全球儲(chǔ)能電芯出貨122.5/219.6GWh，同增101%/79%；其中，寧德時(shí)代作為最大電芯供應(yīng)商占據(jù)榜首，我們預(yù)計(jì)寧德時(shí)代2022-2023年出貨50/100GWh，同增199%/100%，占比40.8%/45.5%，龍頭地位穩(wěn)固。

逆變器技術(shù)
在逆變器技術(shù)領(lǐng)域，直流1500V取代傳統(tǒng)1000V架構(gòu)成為趨勢(shì)，電站級(jí)滲透較快。2021年國(guó)內(nèi)光伏直流電壓等級(jí)為1500V的市場(chǎng)占比約49.4%，1000V市場(chǎng)占比50.6%。拆分來(lái)看，分布式光伏中1000V電壓仍為主流，21年戶用全部采用1000V等級(jí)系統(tǒng)，工商業(yè)有80%采用1000V等級(jí)系統(tǒng)。1500V儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，1500V系統(tǒng)核心產(chǎn)品為1500V儲(chǔ)能PCS。1500V儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量密度、功率密度將在原來(lái)的基礎(chǔ)上可提升35%+，系統(tǒng)成本降低5%+，系統(tǒng)效率提高0.3%+。40尺的集裝箱+280Ah的電芯下，1000V的電池最大裝機(jī)容量為3.3MWh，1500V可以提高到4.5MWh，除了PCS、電池、輔助配件成本可以減少外，人工、地基和土地成本也會(huì)大幅下降。近期大型項(xiàng)目，1500V滲透率已超過(guò)2/3。代表廠商有：陽(yáng)光、上能、科華。其中上能電氣包攬了山東5個(gè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目的1500V PCS。

逆變器技術(shù)應(yīng)用層出不窮，組串式PCS開始規(guī)?；瘧?yīng)用。組串PCS彌補(bǔ)集中式不足，開啟規(guī)?；瘧?yīng)用。業(yè)內(nèi)目前電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要采取集中式PCS，多組電池并聯(lián)將引起電池簇之間的不均衡，久之并聯(lián)電池簇中會(huì)出現(xiàn)一部分電池實(shí)際出力不足，而另一部分超出倍率使用的現(xiàn)象，造成“木桶”效應(yīng)；而組串式PCS可以實(shí)現(xiàn)簇級(jí)管理，提升系統(tǒng)壽命，提高全壽命周期放電容量，規(guī)?；瘧?yīng)用趨勢(shì)已見雛形。應(yīng)用實(shí)例1-2：華能黃臺(tái)100MW/200MWh項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)首個(gè)采用組串式PCS架構(gòu)的大型儲(chǔ)能電站（PCS由上能提供）；此外山東德州林洋光儲(chǔ)3MW/6MWh項(xiàng)目也采用該系統(tǒng)架構(gòu)（華為提供整套系統(tǒng)）。應(yīng)用實(shí)例3：國(guó)電投油城大慶200MW光儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。上能電氣為基地提供了230臺(tái)250kW組串一體機(jī)、數(shù)十臺(tái)225kW與175kW組串式逆變器以及3.125MW集中式一體機(jī)、3.15MW集散式一體機(jī)等多款機(jī)型逆變器。其中250kW組串式逆變器一改傳統(tǒng)常規(guī)的分散安裝方式，通過(guò)1MW集成平臺(tái)設(shè)計(jì)、進(jìn)行集中式運(yùn)維管理模式，大大節(jié)省了時(shí)間和人力，提升了運(yùn)維效率。

華為將數(shù)字信息技術(shù)與光伏技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)相融合，首次提出對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行組串化、智能化、模塊化設(shè)計(jì)的全新理念，實(shí)現(xiàn)電池模組級(jí)精細(xì)化管理，產(chǎn)生更多放電量（電池配置減少13%，電池壽命提升50%），達(dá)到更優(yōu)投資（初始配置降低30%），極簡(jiǎn)運(yùn)維（25年運(yùn)維成本減少5000萬(wàn)元），安全穩(wěn)定性提升（可用度提升至99%），整體LCOS降低20%以上，最終助力實(shí)現(xiàn)從光伏平價(jià)邁向光儲(chǔ)平價(jià)。缺點(diǎn)是目前PCS成本較高，但有很大降價(jià)空間，參考組串式光伏逆變器。代表廠商：華為、上能、盛弘。

頭部企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯，后進(jìn)者競(jìng)爭(zhēng)激烈，儲(chǔ)能變流器市場(chǎng)格局仍未定。根據(jù)CNESA，2018-2021年我國(guó)排名前十的儲(chǔ)能變流器成商企業(yè)不斷更迭，除上能電氣、陽(yáng)光電源、科華數(shù)據(jù)等少數(shù)企業(yè)多年保持領(lǐng)先外，新進(jìn)入者層出不窮。未來(lái)隨著市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展，我們認(rèn)為擁有產(chǎn)品、渠道、成本優(yōu)勢(shì)的企業(yè)仍將受益行業(yè)高增速，最終脫穎而出。

電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，大容量下高壓級(jí)聯(lián)方案優(yōu)勢(shì)顯著。隨著儲(chǔ)能集成系統(tǒng)容量增加，傳統(tǒng)串聯(lián)升壓方案會(huì)面臨多種問(wèn)題：大容量下所需電芯數(shù)量眾多，安全風(fēng)險(xiǎn)較大；隨著電芯循環(huán)次數(shù)增加，電芯本體差異化逐步體現(xiàn)，系統(tǒng)一致性變差；受上述兩因素制約，系統(tǒng)單機(jī)容量通常有限，隨著并聯(lián)設(shè)備增加，二次通信、協(xié)調(diào)控制變得更加復(fù)雜。大容量下高壓級(jí)聯(lián)方案優(yōu)勢(shì)凸顯：高壓級(jí)聯(lián)方案由多個(gè)儲(chǔ)能單元構(gòu)成，采用去并聯(lián)組合，每個(gè)儲(chǔ)能單元輸出幾十到幾百伏電壓，將電池堆離散化，既大幅度降低了電池堆電量，減少了電池堆內(nèi)電池單體數(shù)量，又大幅提高了系統(tǒng)容量，提升系統(tǒng)安全性。目前國(guó)內(nèi)掌握高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)的企業(yè)：國(guó)電南瑞、金盤科技、智光電氣、四方股份、新風(fēng)光等幾家，其中金盤科技產(chǎn)品高壓級(jí)聯(lián)方案落地較快、容量更大，相關(guān)產(chǎn)品率先發(fā)布并已獲得1.35億訂單。

儲(chǔ)能安全

近年來(lái)，儲(chǔ)能電站火災(zāi)頻發(fā)，溫控?zé)峁芾?、?chǔ)能消防受到重視，行業(yè)政策接連出臺(tái)，儲(chǔ)能消防系統(tǒng)發(fā)展加速。鋰離子電池中金屬鋰是已知元素（包括放射性元素）中金屬活動(dòng)性最強(qiáng)的，在汽車領(lǐng)域熱失控現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給鋰電池在儲(chǔ)能上的應(yīng)用埋下了安全隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022年全球已發(fā)生超17起儲(chǔ)能著火事故，2021年以來(lái)國(guó)家已經(jīng)發(fā)布了多個(gè)涉及儲(chǔ)能消防安全的政策，新標(biāo)準(zhǔn)下儲(chǔ)能消防的重要性不斷突顯。

儲(chǔ)能系統(tǒng)集成

在儲(chǔ)能系統(tǒng)集成領(lǐng)域，集成商玩家眾多，多種模式并存，現(xiàn)在主要有三種模式：

Ⅰ、全產(chǎn)業(yè)鏈布局：電芯、PCS、BMS、EMS均為自產(chǎn)，國(guó)內(nèi)代表企業(yè)為比亞迪。Ⅱ、專業(yè)集成：集成商從外部采購(gòu)部件，專做系統(tǒng)集成，該模式國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，國(guó)外Doosan、IHI等為代表；Ⅲ、基于自身產(chǎn)品，由單純?cè)O(shè)備供應(yīng)商向系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)型：該模式國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多，代表企業(yè)有：1.光伏逆變器切入PCS的生產(chǎn)商錦浪科技、固德威、德業(yè)科技等；2.動(dòng)力電池切入儲(chǔ)能電池的生產(chǎn)商億緯鋰能、鵬輝能源等；3.由電力設(shè)備、電子設(shè)備切入PCS/BMS/EMS等部件的生產(chǎn)商金盤科技、科士達(dá)、科華數(shù)據(jù)、寶光股份、科陸電子等。復(fù)盤美國(guó)市場(chǎng)，可以發(fā)現(xiàn)主流集成廠商采用上述三種模式的均有案例。

項(xiàng)目資源、客戶資源是儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商的重要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。在項(xiàng)目資源方面，對(duì)集成商而言，已建設(shè)的項(xiàng)目、已獲取的訂單是對(duì)公司既有實(shí)力的有效證明，對(duì)未來(lái)訂單獲取具有指引作用。同時(shí)，長(zhǎng)期來(lái)看，儲(chǔ)能項(xiàng)目并網(wǎng)點(diǎn)資源有限。

在客戶資源方面：

1、從項(xiàng)目獲取看，目前發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能需求主要仍來(lái)自新能源強(qiáng)制配儲(chǔ)，而電力集團(tuán)是風(fēng)電、光伏開發(fā)的主力軍，也是招標(biāo)項(xiàng)目的主要來(lái)源。儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商正通過(guò)戰(zhàn)略合作尋求與業(yè)主的深度綁定，2021年華為、陽(yáng)光電源等紛紛與“兩網(wǎng)”、“五大六小”等電力集團(tuán)以及地方政府等簽訂系列戰(zhàn)略合作協(xié)議，以求在項(xiàng)目獲取上能有更大優(yōu)勢(shì)。2、從收益核算看，獨(dú)立儲(chǔ)能與共享儲(chǔ)能要參與現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)交易必須接受電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，有相關(guān)資源企業(yè)在后期市場(chǎng)交易中更有可能處于有利地位。分析對(duì)比主要儲(chǔ)能集成商的項(xiàng)目、客戶資源，可以發(fā)現(xiàn)主要企業(yè)均與主要電網(wǎng)集團(tuán)建立了合作關(guān)系，除此之外，科華數(shù)據(jù)、海博思創(chuàng)、科陸電子等在工商業(yè)側(cè)、居民側(cè)潛力更大，長(zhǎng)期在共享儲(chǔ)能等項(xiàng)目獲取中可能獲利。在項(xiàng)目上，陽(yáng)光電源、海博思創(chuàng)等龍頭已具有GWh以上項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯；同時(shí)，后起之秀金盤科技、科陸電子等訂單獲取能力較強(qiáng)；此外，行業(yè)需求強(qiáng)勁，企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)力度較大，金盤科技、智光股份現(xiàn)有產(chǎn)能均超GWh，仍處于擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程中。

儲(chǔ)能集成商玩家眾多，參與環(huán)節(jié)有差異化。儲(chǔ)能集成商通常在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)全線布局，但通過(guò)對(duì)已有項(xiàng)目、在手訂單拆分，我們認(rèn)為不同企業(yè)仍各有側(cè)重，市場(chǎng)呈現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。具體可從三側(cè)、國(guó)內(nèi)外兩個(gè)維度區(qū)分：

儲(chǔ)能新技術(shù)

Ⅰ、鈉離子電池商業(yè)進(jìn)程加速

因?yàn)榭捎觅Y源豐富，鈉電池性能優(yōu)于鋰電池，綜合性價(jià)比較高。鈉電池快充性能優(yōu)異（常溫下充電15min電量即可達(dá)到80%）、低溫性能良好，常溫條件下循環(huán)壽命為4k-5k次，能量密度持平鐵鋰。2022年全球已探明的鋰資源量約為8900萬(wàn)噸，一半以上分布于南美洲，我國(guó)鋰資源總量為510萬(wàn)噸，全球占比僅為6%，65%的鋰原料需要進(jìn)口。而鈉的地殼豐度遠(yuǎn)高于鋰且廣泛分布于全球各地，海水中即含有豐富的氯化鈉。

鈉電池相較鐵鋰和5系三元單瓦時(shí)成本分別下降45%-55%左右，商業(yè)化進(jìn)程加速。我們假設(shè)鈉離子電池電芯材料、殼體材料用量以及制造費(fèi)用和磷酸鐵鋰電池一致，采用層狀氧化物和普魯士藍(lán)的鈉電池電芯單wh材料成本分別為0.27/0.22元，若計(jì)入箱體和制造費(fèi)用，假設(shè)合格率為90%，則單wh成本分別為0.47/0.42元，相較磷酸鐵鋰電池的單wh成本（0.8元）和NCM523電池（1.04元）分別有45%和55%左右的降幅。

代表廠商包括NatronEnergy、NAIADES、FARADION、鈉創(chuàng)新能源、中科海納、寧德時(shí)代。Ⅱ、液流電池長(zhǎng)時(shí)性能更優(yōu)液流電池正負(fù)極電解液分離，性能優(yōu)異，鐵鉻、全釩為兩大商用方向。

液流電池是正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域（環(huán)境）廣、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。根據(jù)電極活性物質(zhì)的不同可分為鐵鉻、全釩、鋅溴等，鐵鉻和全釩兩種為目前主流商用方向。

鐵鉻電池循環(huán)壽命超長(zhǎng)，運(yùn)行溫區(qū)較廣，降本在即。2022年全球鉻鐵礦資源量約120億噸，南非占據(jù)半壁江山，我國(guó)與鉻礦開采國(guó)均保持正常的貿(mào)易合作，供應(yīng)格局尚可。鐵鉻液流電池毒性和腐蝕性較低，理論循環(huán)次數(shù)可達(dá)萬(wàn)次以上，整體使用壽命可以達(dá)到20年以上，成本方面，未來(lái)綜合成本或可接近抽水蓄能。

全釩電池性能優(yōu)異，可用釩資源豐富，但成本較高。我國(guó)釩資源豐富，2022年全球已探明的釩資源量約為6300萬(wàn)噸，我國(guó)釩資源總量為950萬(wàn)噸，全球占比15%，2020年中國(guó)攀鋼集團(tuán)公司釩企業(yè)產(chǎn)能(折合成V2O5)世界排名第一。釩電池安全性高，循環(huán)壽命高達(dá)16000次，擴(kuò)容能力強(qiáng)，適合大型儲(chǔ)能場(chǎng)景，且電解液便于回收，效率75%以上。全釩電池能量密度同時(shí)成本較高。

Ⅲ、光熱儲(chǔ)能：調(diào)峰調(diào)頻優(yōu)勢(shì)獨(dú)具

光熱發(fā)電作為儲(chǔ)能具有天然優(yōu)勢(shì)。

太陽(yáng)能光熱發(fā)電機(jī)組既具備同步電源特性，同時(shí)配置了熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，因此既有一次調(diào)頻的功能，同時(shí)也能進(jìn)行二次調(diào)頻。根據(jù)我國(guó)2018年投產(chǎn)的三座太陽(yáng)能光熱發(fā)電示范項(xiàng)目的驗(yàn)收結(jié)果，光熱機(jī)組調(diào)峰深度最大可達(dá)80%；爬坡速度快，升降負(fù)荷速率可達(dá)每分鐘3%～6%額定功率，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間1小時(shí)左右、熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間約25分鐘，調(diào)節(jié)性能優(yōu)于煤電。

平價(jià)有望到來(lái)，光伏光熱互補(bǔ)具有成本優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)中控太陽(yáng)能，以德令哈市為例，分別利用光伏+電池、光伏+抽水蓄能、光伏+塔式光熱三種技術(shù)路線來(lái)設(shè)計(jì)年發(fā)電量為400GWh/年的“發(fā)電+儲(chǔ)能”系統(tǒng)：光熱儲(chǔ)能調(diào)峰電站為光伏配置20%熔鹽儲(chǔ)能服務(wù)可以有效解決光伏棄光問(wèn)題；同時(shí)，在相同的儲(chǔ)能調(diào)峰補(bǔ)貼下，光伏+光熱儲(chǔ)能調(diào)峰電站的綜合上網(wǎng)電價(jià)低于光伏+鋰電池儲(chǔ)能；而當(dāng)儲(chǔ)能補(bǔ)貼高于0.12元/kWh時(shí)，光伏+光熱儲(chǔ)能調(diào)峰電站的上網(wǎng)電價(jià)能夠小于火電脫硫標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)0.3247元/kWh。2021年來(lái)國(guó)家與地方層面多次出臺(tái)政策鼓勵(lì)光熱儲(chǔ)能發(fā)展，推動(dòng)其在調(diào)峰等多場(chǎng)景應(yīng)用，完善相關(guān)價(jià)格補(bǔ)償機(jī)制。根據(jù)CSTA，2021年我國(guó)光熱發(fā)電類累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)到538MW，占全球的7.91%。

根據(jù)CSTA，目前我國(guó)光熱示范項(xiàng)目中關(guān)鍵部件反射鏡、熔鹽國(guó)產(chǎn)化率已超過(guò)90%，吸熱管、導(dǎo)熱油國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)70%。隨著行業(yè)發(fā)展，相關(guān)企業(yè)有望持續(xù)受益。

Ⅳ、重力儲(chǔ)能：在物理儲(chǔ)能中成本占優(yōu)

重力儲(chǔ)能是一種機(jī)械式的儲(chǔ)能，主要原理是基于高度落差對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)進(jìn)行升降來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過(guò)程。

重力儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)：1）初始投入成本僅需約3元/Wh，低于抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能成本。據(jù)測(cè)算，重力儲(chǔ)能度電成本約為0.5元/kWh，低于絕大部分電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，在成本上具有優(yōu)勢(shì)；2）安全性高，對(duì)建設(shè)環(huán)境要求不高，對(duì)環(huán)境破壞??；3）壽命長(zhǎng)，重力儲(chǔ)能平均壽命約30-35年，接近抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能。中國(guó)天楹：我國(guó)重力儲(chǔ)能先行者，首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目已簽約。2022年1月30日，中國(guó)天楹控股子公司Atlas與重力儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)商瑞士EV公司簽署了《技術(shù)許可使用協(xié)議》，根據(jù)協(xié)議，EV授權(quán)Atlas在中國(guó)區(qū)獨(dú)家使用許可技術(shù)建造和運(yùn)營(yíng)重力儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)施。5月20日，該項(xiàng)目落戶如東，是我國(guó)首個(gè)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，規(guī)模為26MW/ 100MWh，項(xiàng)目的簽約有望加快我國(guó)重力儲(chǔ)能行業(yè)進(jìn)展。

Ⅴ、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)已較為成熟

壓縮空氣儲(chǔ)能是指在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、儲(chǔ)氣罐、山洞、過(guò)期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。相比興建鋼罐等壓力容器儲(chǔ)存的方式，利用鹽穴等地下洞穴建設(shè)大容量電站，將顯著降低原材料、用地等方面的成本。按照工作介質(zhì)、存儲(chǔ)介質(zhì)與熱源可以分為：傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（需要補(bǔ)燃）、帶儲(chǔ)熱裝置的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、液氣壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

國(guó)內(nèi)已有壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目投產(chǎn)落地。2021年9月23日，山東肥城鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期10MW示范電站順利通過(guò)發(fā)電并網(wǎng)驗(yàn)收，二期300兆瓦項(xiàng)目也已啟動(dòng)。2022年5月26日，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目舉行投產(chǎn)儀式，標(biāo)志著世界首座非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站正式投入商業(yè)運(yùn)行。壓縮空氣儲(chǔ)能電站的定價(jià)機(jī)制還在探索階段，若能與抽水蓄能一樣采取兩部制電價(jià)，將提高其經(jīng)濟(jì)性。

Ⅵ、飛輪儲(chǔ)能位于商業(yè)化早期

飛輪儲(chǔ)能是新型儲(chǔ)能技術(shù)之一，處于商業(yè)化早期。

通過(guò)電動(dòng)/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)，電能與高速運(yùn)轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存。飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對(duì)環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)，可用于不間斷電源、應(yīng)急電源、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。但目前飛輪儲(chǔ)能還具有很大的局限性，相對(duì)能量密度低、靜態(tài)損失較大，現(xiàn)僅處于商業(yè)化早期。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方法已經(jīng)基本明確。目前主要正處于廣泛的實(shí)驗(yàn)階段，小型樣機(jī)已經(jīng)研制成功并有應(yīng)用于實(shí)際的例子，正向發(fā)展大型機(jī)的趨勢(shì)發(fā)展，但是卻有非常多的難點(diǎn)，主要集中在轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)、磁軸承、功率電子電路、安全及保護(hù)特性、機(jī)械備份軸承。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)突出，應(yīng)用廣泛，隨著技術(shù)的成熟和價(jià)格的降低，將會(huì)是儲(chǔ)能領(lǐng)域的一項(xiàng)新的革命。2022年4月11日，2臺(tái)1兆瓦飛輪儲(chǔ)能裝置在青島地鐵3號(hào)線萬(wàn)年泉路站完成安裝調(diào)試并順利并網(wǎng)，這是我國(guó)軌道交通行業(yè)首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能裝置。

據(jù)新聞報(bào)道，日前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》出爐，并將于7月1日正式實(shí)施。

文件規(guī)定了電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)備設(shè)施、運(yùn)行維護(hù)、檢修試驗(yàn)、應(yīng)急處置的安全要求。文件適用于鋰離子電池、鉛酸(炭)電池、液流電池、水電解制氫/燃料電池電化學(xué)儲(chǔ)能電站的運(yùn)行、維護(hù)、檢修及安全管理，其他類型的電化學(xué)儲(chǔ)能電站參照使用。對(duì)比征求意見稿中“最小保護(hù)單元應(yīng)為電池模塊，每個(gè)電池模塊宜單獨(dú)配置探測(cè)器和滅火介質(zhì)噴頭”的表述，新版國(guó)標(biāo)明確為“鋰離子電池室/艙自動(dòng)滅火系統(tǒng)的最小保護(hù)單元宜為電池模塊，每個(gè)電池模塊可單獨(dú)配置滅火介質(zhì)噴頭或探火管”。最小保護(hù)單元從“應(yīng)”為電池模塊改為了“宜”為電池模塊。