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文| 儲能科學與技術

作者：李相俊官亦標胡娟來小康

單位：新能源與儲能運行控制國家重點實驗室（中國電力科學研究院有限公司）

引用：李相俊,官亦標,胡娟等.我國儲能示範工程領域十年（2012—2022）回顧[J].儲能科學與技術,2022,11(09):2702-2712.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0381

摘 要過去十年來，隨着新能源大規模接入電網，對電力系統的安全穩定運行帶來了挑戰。新型儲能作為靈活調節資源，可為新能源消納、電網安全運行與控制能力提升提供支撐。因此，這十年來其技術發展迅猛，已逐步實現了兆瓦級至百兆瓦級不同規模的電站化系統集成與推廣應用。
在此過程中，大容量集中式儲能電站以及分布式儲能的廣域協同聚合是規模化新型儲能系統的兩種應用模式。
本文主要聚焦規模化新型儲能在電源側和電網側的應用場景，從工程應用、檢測評價、標準制定等三個方面對新型儲能的研究進展做了回顧，論述了過去10年來的技術發展規律、階段性成果以及里程碑事件，剖析了現存問題及其原因等。
最後，針對新型儲能系統的應用工程、檢測評價、標準制定，對其未來重點攻關方向、機遇與挑戰等提出了展望，以期為新型儲能系統的規模化應用、標準化管理、智能化運行、安全質量提升等提供借鑑。
電力儲能存在多種技術路線，除了傳統的抽水蓄能外，以電化學儲能為代表的新型儲能是發展主流，率先實現了規模化應用。其中又以鋰離子電池的發展規模最大、速度最快。與此同時，其他類型電化學儲能技術如液流電池、鈉離子電池，以及物理儲能技術如壓縮空氣、飛輪等也逐漸進入了工程示範階段。歷經十餘年的理論研究、實驗驗證和工程示範，儲能電站運行控制與應用、電力儲能測試評價等關鍵領域都取得了重要的成果，從性能驗證到綜合評價，逐步走向規模化、標準化、實用化、工程化，同時儲能行業標準體系構建、標準制定也逐步完善、細化。
在工程應用方面，規模化儲能電站運行控制與應用在過去十年主要經歷了兆瓦級/十兆瓦級儲能的關鍵性能驗證評價、百兆瓦級集中/分布式儲能的應用評價的兩個階段，目前正處於向着吉瓦時級儲能創新應用的跨越式發展階段。上述三個階段與我國在儲能領域的國家「十二五」、「十三五」、「十四五」科技創新規劃的發展里程碑相契合。
在檢測評價方面，電化學儲能系統主要由儲能電池及其管理系統、儲能變流器等核心部件組成，涉及電化學與電力電子學的交叉領域。其中儲能變流器屬於較為成熟的電力電子設備，表現為物理特性、測試評價體系相對明確，性能確定性較強。規模化應用的儲能電池對於電力系統來說屬於新的元件，其本身為能量載體，表現為化學特性，存在潛在的安全隱患，循環等關鍵性能會發生衰退或突變，測試評價體系特殊且複雜，性能不確定性較強。因此，電力儲能測試評價在過去十年總體上經歷了關鍵性能驗證評價、適用實際應用需求的儲能核心部件標準化綜合評價、面向工程的儲能安全與質量全流程測試評價三個階段，且主要圍繞具有特殊性和複雜性的儲能電池開展。測試評價的三個階段與電力儲能行業的發展里程碑相契合。
在標準制定方面，我國從2011年開始儲能行業標準的編制，2014年成立了全國電力儲能標準化技術委員會(SAC/TC550)。歷經十餘年發展，我國儲能標準制定經歷了從借鑑到自主，從局部到整體的過程，在標準體系建設、國內外標準制定等方面都取得了很大的成績。
本文主要從工程應用、檢測技術、標準制定這三個方面，對新型儲能系統的過去10年研究進展進行回顧，並對其未來發展提出了展望。
1 工程應用
工程應用主要看技術成熟度及商業運行效果，十年的發展可從規模和應用領域兩個維度尋其脈絡。縱觀過去十年，集中式或分散式聚合的儲能系統應用規模經歷了10兆瓦級、百兆瓦級、吉瓦時級的跨越式發展階段，應用領域涉及電源側、電網側等，與此相關的系統集成、併網應用、運行控制、狀態評價等核心技術已在不同類型儲能電站示範應用中得到了工程驗證。
1.1　兆瓦級/10兆瓦級儲能電站關鍵性能驗證評價階段
2006年日本電力中央研究所發表了兆瓦級液流電池儲能系統平滑風電場出力波動的研究成果，論述了在日本北海道開展的6 MW/6 MWh液流電池儲能平滑30.6 MW風電場出力的仿真驗證及其應用結果。但是針對風電場出力平滑效果，沒有提出具體量化指標。且儲能電站需實時跟蹤風電場出力波動的一階濾波控制目標，頻繁進行充放電功率控制，不利於減緩電池儲能系統使用壽命的衰減。2010年12月美國能源部發布了電力行業對電網儲能應用需求報告，提出了17項電網儲能的應用模式。中國電力科學研究院(以下簡稱中國電科院)借鑑日本和美國的電池儲能應用模式，並參考當時正在編制的國家標準《風電場接入電力系統技術規定》中的風電場有功功率變化的1分鐘和10分鐘最大限值技術要求，在國內較早開展了大容量電池儲能系統平滑風電出力波動的控制策略研究。2010年7月，依託中國電科院儲能實驗室4套100 kW/100 kWh鋰離子電池儲能系統，國內率先完成了電池儲能平滑風電和光伏發電出力波動的半實物仿真實驗以及控制策略驗證。基於上述成果，2011年3月申請了國家自然科學基金項目「基於多類型大容量電池儲能系統的風光發電平滑控制策略研究」，並在8月獲批立項。同年5月依託國家風電研究檢測中心張北儲能併網試驗基地以及中國電科院自主研發的兆瓦級電池儲能電站監控系統，在國內首次完成了兆瓦級電池儲能系統(1 MW/1 MWh鋰離子電池儲能系統和500 kW/1 MWh液流電池儲能系統)平滑3 MW風力發電出力的併網實驗和功能驗證，實現了儲能平滑風電出力1分鐘和10分鐘波動限值以及兆瓦級電池儲能電站功率協調控制與能量管理。依託張北併網試驗基地，在多類型電池儲能系統優化控制方面，提出了基於分頻控制或小波濾波的多類型儲能系統功率分配方法，並完成了應用驗證。在電池儲能電站實時控制與能量管理方面，中國電科院首次將儲能系統最大允許充電功率、最大允許放電功率作為控制參量，提出了兼顧儲能電池系統荷電狀態SOC(state of charge)、放電狀態SOD(state of discharge)、儲能最大允許充放電能力的電站實時功率控制方法，實現了基於SOC/SOD的功率分配、基於儲能最大允許充放電功率的比例分配、兼顧上述兩種方法的儲能電站充放電功率優化分配等三種控制模式。並將上述最大允許充放電功率作為了儲能設備必須向電站監控系統實時上報的技術參數，為儲能電站/儲能系統的功率/容量可信度判斷和控制策略制定等提供了重要依據，並納入了後續編寫的儲能系統運行控制相關國家標準、企業標準中。
2011年12月國家風光儲輸示範工程一期14 MW/63 MWh的多類型鋰離子電池儲能電站併網運行。該電站採用了比亞迪(變流器採用比亞迪自產)、寧德時代(變流器由北京索英電氣提供)、中航鋰電(變流器由北京四方提供)、萬向(變流器由許繼電氣提供)等四個廠家生產的電池儲能系統。中國電科院提出的儲能電站監控系統中，採用了就地控制器和協調控制器相結合的分層控制架構，並基於實時以太網EPA(Ethernet for Plant Automation)信息模型與通信協議，提高了就地控制與協調控制間的響應速度和運行可靠性，是EPA通信方式在儲能領域的國內外首次應用。基於中國電科院自主研發的大規模多類型電池儲能電站監控與能量管理系統，實現了儲能電站平滑新能源發電功率、跟蹤調度計劃、削峰填谷、參與系統調頻調壓等多目標應用功能，是國內首個新能源側儲能電站多目標應用的標杆性成果。依託示範工程，國際上首次提出並完成了基于波動率反饋控制的電池儲能電站平滑風光發電出力的優化控制，有效減少了電池使用頻次。基於儲能電站監控系統，國內首次提出並驗證了調度直接控制儲能電站的運行模式，儲能電站監控系統與風光儲全景一體化監控系統以及遠方調度之間的通信協議均採用了IEC 60870-5-104。隨後，2 MW/8 MWh全釩液流電池、2 MW/12 MWh鉛酸電池、1 MW/0.5 MWh鈦酸鋰電池、3 MW/9 MWh梯次利用動力電池、1 MW超級電容、10 MW/3.3 MWh虛擬同步機等多類型儲能在張北國家風光儲輸示範工程先後完成調試及併網，並接入至儲能電站監控系統以及風光儲全景一體化監控系統。通過示範工程儲能電站監控與能量管理系統，為國內不同廠家儲能變流器和電池廠家各類設備的功能測試、故障診斷、缺陷識別、升級改造等提供了技術支撐。2015—2016年，在國網冀北電力有限公司的組織下，國網新源張家口風光儲示範電站有限公司聯合華北電科院、中國電科院、許繼電氣、北京索英電氣等單位，在國內首次完成了國家風光儲示範電站光儲「黑啟動」試驗、國家風光儲示範電站整站「黑啟動」試驗，通過試驗，發現了風機設備控制參數及併網策略優化的必要性，積累了黑啟動全過程的現場實測數據，為風機製造企業以及儲能和光伏設備廠家提出了黑啟動技術要求，為國內相關標準制定提供了重要依據。2018年，依託示範工程，國網冀北電力有限公司聯合國網電科院、中國電科院等單位，在國內首次實現了10 MW儲能支撐500 MW風電場的新能源場站虛擬同步發電機技術。目前多類型儲能設備總規模達到了33 MW/95.8 MWh，支撐了500 MW風電和100 MW光伏發電的友好併網運行。
深圳寶清儲能站是配電網儲能電站應用的典型代表。設計規模為10 MW的儲能站，通過10 kV變壓器接入電網，2011年投運了一期4 MW/16 MWh。該儲能電站在能量轉換方面，採用了基於雙級式變流器的分組接入模式，可降低電池間環流；在監控系統方面，採用了基於IEC 61850-7-420的信息模型和監控方法。基於該電站，在國內首次實現了配電網側的電池儲能電站接入調度系統，並依據電網需求開展了負荷削峰填谷、參與系統調頻、系統調壓和孤島運行的示範應用，是國內首個配電側兆瓦級電池儲能電站應用的標杆性成果。目前二期2 MW/2 MWh以及三期4 MW/4 MW均已投運，儲能系統併網總容量為10 MW/22 MWh。
2013年2月，與遼寧臥牛石風電場配套的5 MW/10 MWh全釩液流電池儲能示範電站併網運行，是國內風儲聯合應用的標杆性成果。該風電場風力發電總裝機規模為49.5 MW，配套的儲能電站由16個獨立單元儲能系統構成，每個單元352 kW/700 KWh(含1台352 kW的PCS和一套700 kWh全釩液流電池系統)，採用了中國科學院大連化學物理研究所與大連融科儲能公司合作開發的22 kW電堆。基於風儲聯合電站能量管理系統，實現了平滑風電輸出、提高風電場跟蹤計劃發電能力、風場棄風限出力情況下儲電、暫態功率/電壓緊急支撐等功能。
2016年7月，國內首座規模最大的商業化光儲電站——格爾木時代新能源50 MWp併網光伏電站的15 MW/18 MWh鋰離子電池儲能電站完成了系統調試與併網應用。通過儲能解決了新能源富集區棄光限電問題，並接入到了青海電力公司調度系統，是國內首個新能源發電側電池儲能電站商業化應用探索的標杆性成果。該項目採用計及儲能SOC區間最優、功率跟蹤偏差最小的光儲電站全時段能量管理方法，實現了光儲電站多時間尺度優化運行。基於中國電科院自主研發的光儲聯合分層能量管理系統，實現了光伏、儲能、調度等多源數據融合的光儲聯合發電系統跟蹤調度計劃、減小棄光等應用功能。
在火電機組和儲能聯合(以下簡稱火儲聯合)調頻方面，2013年9月，北京石景山熱電廠2 MW鋰離子電池儲能調頻系統併網運行，通過兆瓦級儲能輔助火電機組，對電網提供了AGC調頻服務，是國內首個火儲聯合調頻應用的標杆性成果。但是由於電池儲能成本高且火儲聯合參與系統調頻的相關補償政策不完善等問題，上述應用模式沒能在國內及時推廣應用。直至2018年前後，在山西、廣東等地才先後發展出了更多商業化探索的火儲聯合調頻應用項目。
綜上所述，2018年以前的國內儲能應用技術，主要處於兆瓦級至十兆瓦級不同規模電化學儲能系統功能驗證與商業化探索的發展階段。在此階段中，不僅借鑑了國外大容量電化學儲能系統在電源側、配電網側、負荷側的不同應用模式，而且結合我國新能源發電併網技術要求和電化學儲能裝置技術特點，創新發展了具有中國特色的多類型大容量電化學儲能電站提升新能源發電和電網調節能力的能量管理與多目標控制應用的創新技術體系，實現了大容量風光儲聯合發電的國際技術引領，掌握了配電網側兆瓦級儲能應用的關鍵技術，積累了不同類型、不同規模兆瓦級儲能電站併網運行的第一手運行數據及工程實踐經驗。但是大容量儲能電站接入電網過程中的管理流程、運維檢修、調度控制等相關技術規範尚不完善，亟待解決。
1.2　百兆瓦級集中/分布式儲能的應用評價階段
針對集中式百兆瓦級電池儲能技術，2016年7月由寧德時代牽頭，中國電科院、清華大學等參與申報的國家重點研發計劃項目「100 MWh級新型鋰電池規模儲能技術開發及應用」獲批立項，開啟了百兆瓦時儲能技術研發與示範應用的序幕。歷經4年多的技術研發，該項目系統性開展了長循環壽命、高安全性、低成本的儲能用新型鋰離子電池及其系統集成的核心技術研發，實現了百兆瓦時級鋰離子電池儲能電站的安全防護、統一調控、電池能量管理等功能。中國電科院研發的大規模電池儲能電站統一調控與能量管理系統，基於儲能電池特性(SOC、SOH、充放電倍率/能力、一致性差異、熱管理)，採用自適應參數調節、等效壽命評估及大數據分析等技術，實現了儲能電站狀態評價、跟蹤發電計劃、削峰填谷、參與系統調頻調壓等多目標應用功能。相關成果已應用於福建晉江30 MW/108 MWh儲能電站。2020年5月，該儲能電站獲福建省首張獨立儲能電站發電業務許可證，成為國內首個電網側百兆瓦時級儲能電站參與電網調頻業務的應用典範。
針對廣域布局、分散接入的電網側百兆瓦級電池儲能技術，2016年底國網河南省電力公司牽頭，中國電科院、國網電科院、清華大學等參與申報的國家電網有限公司科技項目「多點布局分布式儲能系統在電網的聚合效應研究及應用示範」獲批立項。該項目2018年6月，完成了首套黃龍9.6 MW/9.6 MWh儲能站併網，2018年12月完成了100.8 MW/125.8 MWh的全部併網。依託5個9.6 MW/9.6 MWh和11個4.8 MW/4.8 MWh共計16個廣域布局儲能電站，實現了削峰填谷、參與系統調頻與電壓調節、分散式儲能聚合控制等應用功能。儲能電站已接入河南省電力調度精準切負荷系統，為電網提供緊急功率支持。同時通過參與信陽地區需求側響應，緩解了局部用電緊張局面。2018年7月江蘇鎮江101 MW/202 MWh電網側分布式儲能電站併網投運，儲能電站實現了區域電網調峰、調頻、調壓、應急響應、黑啟動等功能，可緩解鎮江電網迎峰度夏供電壓力，提高電網調頻、安全穩定運行以及新能源消納能力。2018年在江蘇和河南先後投運的電網側百兆瓦時級分散接入的電池儲能電站，是國內電網側的百兆瓦級儲能規模化應用與發展過程中的標杆性成果，對後期國內建設投運的電網側大型儲能電站具有重要借鑑和示範意義。結合我國區域電網供電需求以及特高壓受端電網安全穩定運行需求等，在國際上率先提出了電網側百兆瓦時級儲能電站提供特高壓輸電受端電網緊急功率支撐等新模式、新方法。依託上述示範工程，逐步發現並梳理了我國電網側電化學儲能電站應用過程中的併網調度管理、接入數據規範、安全防護等相關管理規範不完善等問題，為加強相關標準編寫及體系建設等提供了工程實踐依據。
2018年12月，魯能海西州多能互補集成優化國家示範工程50 MW/100 MWh儲能電站併網運行，是國內首個在新能源發電側併網運行的百兆瓦時級離子電池儲能電站規模化應用的標杆性成果。該項目採用中國電科院研發的百兆瓦時電池儲能電站統一調度與能量管理系統，基於百兆瓦時級儲能電站分層監控架構，支持AGC、AVC多種應用，實現了不少於50個儲能單元的統一調度控制與能量管理，跟蹤偏差小於±2%額定功率[28]。該電站通過與新能源電站雙邊交易、市場競價或調度機構直接調用等方式，實現了儲能共享。
2020年11月，青海格爾木美滿閔行32 MW/64 MWh儲能電站併網投運。作為電網側獨立儲能電站，該電站主要參與調峰輔助服務市場，與魯能多能互補儲能電站共同參與並實現了青海儲能電站的共享運營。
2019年5月湖南長沙60 MW/120 MWh儲能示範工程投運，首次採用了電池本體租賃模式，電站運營模式主要為參與市場和合同能源管理。2021年7月在山西大同建設的300 MW/600 MWh集中式鋰離子電池儲能電站，充分利用大同第一熱電廠的退役火電廠改造，可參與調頻輔助服務市場與電力現貨市場等，助力當地新能源發展與電網穩定運行。
2021年8月，位於山東肥城的國際首套10 MW鹽穴先進壓縮空氣儲能電站併網運行，系統效率達到60.7%。2021年10月，國際首套10 MW先進壓縮空氣儲能電站(貴州畢節壓縮空氣儲能國家示範項目)完成併網發電。該電站集氣裝置系統採用四級壓縮儲能和四級膨脹發電，儲氣壓力<10 MPa。通過先進壓縮空氣儲能技術，在電網負荷低谷時通過壓縮機將空氣壓縮並存入集氣裝置存儲，電網負荷高峰時將高壓空氣釋放驅動膨脹機帶動發電機發電，可實現電力系統調峰、調相、旋轉備用、應急響應、黑啟動等功能。
2021年9月位於江蘇省常州市金壇區的非補燃壓縮空氣儲能電站(60 MW/300 MWh)開展併網實驗，採用清華大學的基於先進絕熱壓縮空氣儲能技術(advanced adiabatic compressed air energy storage，AA-CAES)的非補燃壓縮空氣儲能技術，利用金壇地下鹽穴作為儲氣室，是國內首個百兆瓦時級岩穴壓縮空氣儲能電站併網應用的標杆性成果。該儲能電站主要用於支撐當地電網的調峰需求，促進電力系統經濟運行，緩解峰谷差造成的電力供應緊張局面。
2021年12月，位於河北張家口市的國際首套100 MW先進壓縮空氣儲能國家示範項目進入了系統帶電調試階段。該儲能電站由中國科學院工程熱物理所建設，採用先進壓縮空氣儲能技術，項目規模為100 MW/400 MWh，系統設計效率70.4%，是國內首個百兆瓦級先進壓縮空氣儲能電站併網應用的標杆性成果。儲能電站主要用於電力系統調峰、調頻、調相、旋轉備用、黑啟動等多個功能，可配合風電、光伏、區域電網、雲計算中心等聯合運行，形成大規模儲能系統運行新模式。
2021年底，「200 MW/800 MWh大連液流電池儲能調峰電站國家示範項目」基本完成了一期工程100 MW/400 MWh儲能單體設備的調試準備。該項目從2016年10月策劃開建，歷經5年多，計劃在2022年8月完成併網調試。該示範工程採用中國科學院大連化學物理研究所自主研發的全釩液流電池儲能技術，是國內百兆瓦級液流電池儲能電站併網應用的標杆性成果。儲能電站主要用於解決當地電網調峰能力不足、提高地區供電可靠性、助力新能源消納等問題。此外，2021年8月和12月，他們在國內分別簽約了湖北襄陽、深圳工業園區等地的100 MW級全釩液流電池電站項目。
綜上所述，2018—2021年期間，我國在百兆瓦級儲能電站應用方面，已逐步實現了從「技術創新引領」向「規模化應用」的大幅邁進。在此階段中，在儲能裝置研發方面，創新發展了鋰離子電池儲能、液流電池儲能、壓縮空氣儲能等百兆瓦級新型儲能技術，並完成了關鍵設備研發、系統併網調試、電站工程應用，在國際上引領了新型儲能裝置技術的大型化發展趨勢。在運行控制方面，結合我國新能源發展與特高壓電網輸電等特色，創新發展了具有中國特色的多點布局儲能集群規模化聚合調控、百兆瓦級規模化儲能支撐電網安全穩定運行、共享儲能參與市場交易的創新應用模式，實現了集中式或分散式聚合的百兆瓦級規模化電池儲能電站的創新應用及其國際引領。並依據儲能電站併網運行與調控經驗，逐步完善了各類電池儲能電站在接入電網過程中的備案流程、併網管理、調控運維等相關技術規範內容。但針對儲能電站安全防護、建模仿真、調試檢修等相關技術標準還亟待完善。另一方面，針對電源側或電網側接入的部分儲能電站利用小時數偏低、經濟效益不好等問題，也備受關注。
1.3　吉瓦時級儲能的跨越式發展階段
2021年12月，由寧德時代牽頭，中國電科院、中電普瑞科技、清華大學等參與申報的國家重點研發計劃項目「吉瓦時級鋰離子電池儲能系統技術」獲批立項。項目將研發超大規模儲能電站智能控制與管理平台，在單站容量不小於1吉瓦時的集中式儲能電站示範應用，實現構網型儲能電站主動支撐、靈活調節與規模化調峰等多目標功能示範。2022年山東將在濟南、德州、滕州、海陽、萊蕪等地，相繼併網投運5個100 MW級的電網側調峰共享儲能電站，其整體聚合規模將達到1.32 GWh。
綜上所述，進入2022年，我國集中式或分散式聚合的吉瓦時級大型電池儲能電站集成、調試、調控等技術已步入了理論研究與創新發展的新時代。隨着吉瓦級儲能電站系統集成與運行控制、儲能政策機制與商業模式、儲能參與電力市場運營等新技術、新方法、新模式的不斷湧現，針對上述儲能電站的規劃配置、系統集成、調控運營等技術或標準，亟待創新或完善。從儲能電站系統安全措施、集成拓撲與控制架構優化、運行狀態分析與診斷、與集中/分布式新能源發電聯合應用、多目標能量管理、技術經濟性評估、系統建模與仿真、與傳統安穩控制系統協調配合、規劃布局與規範指標等9個方面，可開展相關理論、工程應用、技術標準的深入研究與探索。
2 檢測技術
2012—2022年間，電力儲能測試評價經歷了儲能設備關鍵性能驗證評價、儲能核心部件標準化綜合評價、儲能安全與質量全流程測試評價的三個發展階段，相關核心技術已在儲能性能測試評價與檢測等工作中得到了應用與驗證。
2.1　關鍵性能驗證評價階段
2012年前後，國家風光儲輸示範工程儲能電站投運，以鋰離子電池為代表的新型儲能開始了規模化功能驗證階段。彼時，專門針對電力儲能的標準體系尚未建立，對儲能電池的測試評價僅能參考動力電池相關標準，且主要圍繞儲能應用關注的循環壽命等關鍵性能，測評的目的也主要是為了驗證宣稱的某方面性能是否真實，達不到對儲能電池面向實際應用需求的綜合性能的全面評價。根本的原因在於儲能電池與動力電池在應用需求、關鍵性能要求、熱失控安全要求、技術管理模式等多個方面存在巨大的差異，動力電池標準難以匹配電力儲能應用對儲能電池高安全、長壽命等關鍵性能的核心關注點。這個階段雖然僅做到對儲能電池這一核心部件關鍵性能的驗證評價，但是通過這種評價，掌握了國內外不同類型儲能電池的特性和優缺點，完成了不同類型儲能電池關鍵性能的橫向比對評價，重點掌握了不同充放電深度條件下電池的壽命衰減特性，測試評價的關注點主要集中在電池單體特性、成組特性和長壽命特性，同時結合初期示範工程開展了多類型儲能電池實際運行特性評價及聯合運行模式探索，評價對象包括不同材料體系的鋰離子電池(磷酸鐵鋰、三元、鈦酸鋰、錳酸鋰等)、液流電池、鉛酸(炭)電池、鈉硫電池、鈉氯化鎳電池、鎳氫電池、梯次利用電池等。
2.2　適用實際應用需求的儲能核心部件標準化綜合評價階段
2018年前後，江蘇鎮江百兆瓦大規模電網側儲能電站示範工程投運，以鋰離子電池為代表的新型儲能進入規模化商業示範階段。在這個階段，以中國電科院為代表的國內研究機構經過近十年的理論研究和實踐積累，已發展出適用於電力系統實際應用需求的電池儲能測試評價理論及實踐體系。2018年6月，GB/T 36276《電力儲能用鋰離子電池》國家標準正式發布，正是體現了前述測評理論和實踐積累成果向最高標準的轉化，從世界範圍來說，首次出現以理解和認知電力系統大規模應用對電池真實需求為基礎的儲能電池標準，比如以功率條件標定容量、效率、壽命等關鍵應用指標，對電池熱失控等安全性能要求更高等。同一時期發布的還有儲能電池管理系統、儲能變流器等其他核心部件的國家標準。至此，已發展出了相對完善的鋰離子電池儲能應用的核心標準體系，開始進入更契合實際應用需求、針對儲能核心部件開展標準化綜合評價的階段。此階段評價對象主要聚焦於鋰離子電池，包括電池單體、電池模塊、電池簇，測評關注點囊括基本性能、循環性能、安全性能，重點關注儲能電池性能分級評價。通過標準化的測試評價方法，積累了大量的商品化產品實測數據，全面掌握了不同生產單位不同型號儲能電池面向實際應用條件下的綜合性能。在深入研究分析這些標準化數據的基礎上，結合對電力儲能應用實際需求的深刻認知，通過識別儲能電池關鍵性能和關鍵技術指標，以性能等級劃分的形式結合翔實的性能數據全方位展現和辨識電池產品的質量和安全技術水平，開創了儲能電池產品性能等級評價技術，涵蓋基本性能、循環性能、安全性能和綜合性能的全方位等級。為行業提供了十分便利的技術工具，便於使用方開展技術對比與電池選型，便於製造方進行同行業比對，精準定位產品優劣勢，為全行業開創了全新的技術評價和對標公共平台與服務，引導儲能電池技術升級與轉型，促進電池儲能行業健康可持續發展。
2.3　面向工程的儲能安全與質量全流程測試評價階段
2021年前後，「雙碳」目標提出，需加快建設新型電力系統，以鋰離子電池為代表的新型儲能是重要的支撐，其發展上升到國家戰略層面，開始進入規模化推廣應用階段。鋰離子電池儲能歷經10年的驗證、示範、試錯，亟需通過規範化標準化完成技術的迭代升級，實現安全和高質量發展。此階段發生了北京「4·16」儲能電站火災事故，引起了全社會對儲能安全的關注。以中國電科院為代表的國內研究機構在充分研究和分析電力應用需求的基礎上，重點關注儲能電池規模化應用安全問題，結合儲能技術和標準研究以及實踐積累，發展出了適合實際工程應用安全與質量把關的鋰離子電池儲能全流程測試評價理論和實踐體系，融合儲能電池產品性能等級評價技術，實現了從儲能電池等核心部件形式試驗、性能等級評價、實際供貨批次產品抽檢到儲能電站併網檢測的全流程閉環，做到面向工程應用的儲能電池安全與質量事前、事中、事後測試評價的無縫銜接。充分認識到儲能電池作為新型電力元件其安全防控的特殊性和複雜性，認識到儲能電池性能衰退伴隨的安全性能演變，將儲能電池的安全與質量強關聯起來，突破電池在其他行業應用領域安全風險防控的慣性思維，將電力系統對電力設備的總體安全和質量需求層層分解到儲能電池等核心元件，從對電力應用需求的深刻認知、從電力用戶的視角重新審視對儲能電池的技術和管理要求，實現對電池在儲能這一新興應用領域的科學管理、創新管理。
3 標準制定
過去十年來，我國儲能標準制定經歷了從借鑑到自主，從局部到整體的過程。依據儲能應用特點以及在工程應用中和試驗檢測中暴露的問題，適時開展了標準制定重點的調整，逐步完成了儲能標準體系建設與標準制定等工作。
3.1　標準體系
標準體系是一幅包括現有、應有和計劃制定的標準工作藍圖，用來說明儲能技術標準的總體結構，反映電力儲能領域內整體標準的相互關係。標準體系是對標準的制定進行頂層設計，是編制計劃和制定標準的依據。第一屆標委會成立(2014年)初期構建標準體系時，考慮到電力儲能包含的技術領域眾多，涵蓋不同形式的儲能、不同的應用功能，但是生命周期卻是一致的，都包含規劃設計、設備及試驗、施工及驗收、併網及檢測、運行與維護這5個環節。這5個環節本身互相關聯，但又具有較高的獨立性，可以此劃分儲能標準的界面，在此基礎上，增加術語和定義、編碼導則等基礎通用類標準，將標準體系分為6大類：基礎通用、規劃設計、設備及試驗、施工及驗收、併網及檢測和運行維護評價。隨着儲能由早期示範工程發展到電源側、電網側、用戶側廣泛應用，第二屆標委會成立(2019年)時將標準結構進行了調整，將安全環保、技術管理單列，一共8大類。第二層為儲能形式層，包含電化學儲能、機械儲能、電磁儲能等不同的形式。如圖1所示。

圖1電力儲能標準體系結構圖
3.2　標準制定
截至目前，全國電力儲能標委會歸口管理國家標準57項，涉及規劃設計、設備及試驗、施工及驗收、併網及檢測、運行與維護、評價等方面，其中12項發布、1項正在報批、38項正在編制，構成了儲能標準體系的核心部分。值得特別提出的是，2021年「4·16」大紅門儲能安全事故後，標委會秘書處組織了多次儲能標準體系討論，完善了電力儲能技術標準體系表，增加了儲能電站規劃配置、調試、運行、設備及試驗、安全環保、技術管理等方面亟需的標準，申報了「儲能質量與安全」系列國家標準27項並全部獲批立項。能源行業標準方面，標委會歸口管理儲能領域能源行業標準35項，其中18項發布、1項正在報批、16項正在編制。已經發布實施的標準，廣泛應用於檢測機構、設計單位、儲能設備製造商、工程施工單位和儲能電站運營單位，指導儲能電站設計、產品升級改造、併網測試、運行維護等工作。
2015年3月，國務院印發《深化標準化工作改革方案》(國發[2015]13號)提出了培育發展團體標準，鼓勵具備相應能力的學會、協會、商會、聯合會等社會組織和產業技術聯盟協調相關市場主體共同制定滿足市場和創新需要的標準，供市場自願選用，增加標準的有效供給。中國電力企業聯合會、中關村儲能產業聯盟、中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會、中國電工技術學會等社團組織紛紛開展儲能團體標準的制定，保障了儲能快速發展形勢下標準的有效供給。
3.3　國際標準領域
IEC在2012年成立了電能存儲系統技術委員會TC120，負責儲能系統接入電網相關標準的制定。該技術委員會成立了術語、單位參數和測試方法、規劃和安裝、環境問題、安全考慮5個工作組開展相關標準制定工作。IEC TC 120劃分工作組時為了和TC 8、TC 21、TC 57等工作內容不衝突，主要負責儲能系統接入系統方面的問題，而不關注儲能設備，只是從目前備受關注、亟須制定的標準入手，開展標準制定工作。每年都有中國專家加入IEC TC 120工作組。歷經10年發展，中國專家由參與跟隨制定逐步轉變為牽頭主導制定。目前，中國專家主導制定IEC標準2項，分別是2019年立項的「IEC 62933-3-2 ED1電力儲能系統規劃和性能評估：功率密集型及與可再生能源接入相關應用的附加要求」和2020年立項的「IEC 62933-4-2 ED1電力儲能系統第4-2部分對電化學儲能系統故障的環境影響評估要求」。IEC 62933-3-2目前是DTS投票階段，預計2022年9月出版；IEC 62933-4-2目前是CD1流轉階段，預計2023年3月出版。2021年度新註冊專家數共2人，共2個工作組，工作組參加覆蓋率40%；累計註冊專家數14人(24人次)，共5個工作組，工作組參加覆蓋率100%。
3.4　發展過程
我國儲能標準制定經歷了從借鑑到自主的過程。在儲能電池方面，最初借鑑動力電池的標準，比如恆流法測試電池循環壽命等性能，不能反映面向應用的真實技術性能和指標參數，無法為儲能電站的設計、電池選型、經濟評估、運維、考核管理等環節提供準確的數據支撐，後續根據儲能在電力系統應用特點，以功率-瓦時參數體系為基準測試評價條件，摒棄電動汽車的電流-安時參數體系的測試評價條件；在儲能變流器、接入併網及測試方面，最初借鑑風電、光伏等新能源併網標準，後面根據儲能四象限運行特點，提出了符合儲能各種運行工況的技術指標要求。
標準的制定同時也經歷了從局部到整體的過程。最開始制定組成關鍵設備的標準，包括GB/T 36276《電力儲能用鋰離子電池》、GB/T 36280《電力儲能用鉛炭電池》、GB/T 34131《電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統技術規範》、GB/T 34120《電化學儲能系統儲能變流器技術規範》等，後續制定系統及電站級整體標準，包括：GB/T 36558《電力系統電化學儲能系統通用技術條件》、GB/T 36547《電化學儲能系統接入電網技術規定》、GB/T 36549《電化學儲能電站運行指標及評價》等，逐步完善標準體系。
4 總結與展望
本文回顧了新型儲能系統工程應用、檢測技術、標準制定在2012—2022年十年的研究進展。隨着應用領域及規模的不斷擴大，新型儲能技術將成為新型電力系統建設中的重要組成部分，以下幾個方面需重點關注。
（1）針對大型儲能技術，2021年底立項的下述兩個國家重點研發計劃「儲能與智能電網技術」重點專項值得關注。
一是作為中長時間尺度儲能技術，寧德時代公司牽頭的「吉瓦時級鋰離子電池儲能系統技術」項目中，將開展集中式吉瓦時級儲能關鍵技術研究。
二是作為高比例可再生能源主動支撐技術，中國長江三峽集團有限公司牽頭的「規模化儲能系統集群智能協同控制關鍵技術研究及應用」項目中，將開展分散式接入的規模化儲能關鍵技術研究。在2022年國家重點研發計劃「儲能與智能電網技術」重點專項中，作為超長時間尺度儲能技術，新一代100 MW級液流電池儲能技術位列其中。作為物理儲能技術，100 MW級先進壓縮空氣儲能項目已開展示範應用。上述儲能相關項目將是未來幾年我國百兆瓦級和吉瓦級不同類型、不同技術路線的規模化儲能裝置及其控制應用技術研究的標杆性項目。
（2）針對未來大規模/超大規模儲能應用，隨着不同類型、不同集成方式、不同規模、不同控制方式、不同商業模式的儲能電站不斷接入電力系統，結合我國電力市場對儲能應用的新舉措和新機制以及新型電力系統對規模化儲能集成與應用需求的發展變化，不同類型儲能在我國新型電力系統中的規模化發展值得期待。儲能系統安全措施、集成拓撲與控制架構優化、運行狀態分析與診斷、與集中/分布式新能源發電聯合應用、多目標能量管理、技術經濟性評估、系統建模與仿真、與傳統安穩控制系統協調配合、規劃布局與規範指標等9個研究方向，仍將是在未來十年儲能電站運行控制與應用中亟待持續深入開展的重點研究內容之一。碳排放約束、共享式儲能、數字化賦能、智能化決策、主動安全防禦、社會物理信息系統融合等方法或理念將融匯其中，支撐新型儲能在源、網、荷側的創新應用與迭代升級。隨着動力電池循環壽命、安全性和能量密度的提升，電動汽車的續航里程將顯著超過日常使用需求，V2G可實現電動汽車和電網之間的能量雙向流動，電動汽車移動式儲能和固定式儲能相結合的儲能方式也將是未來發展的方向之一。
（3）針對電力儲能測試評價，目前電力儲能測試評價體系已較十年前有了質和量的巨大進展，但考慮到前述提及的儲能電池的特殊性和複雜性，當前的測評也僅僅做到儲能設備投運前的安全和質量狀態的確認，儲能設備投運後的壽命預測、容量衰減過程伴隨的安全性能演變、全生命周期運行過程中健康狀態的實時監測評價等重要課題還沒有好的解決方案，針對儲能電池系統整機安全性能的測試評價技術和試驗評估能力還存在缺失，這既是世界難題，也是電力儲能應用關注的重點，也是未來十年電力儲能測試評價發展和攻關的方向。
（4）針對標準制定，後續標準制定工作將圍繞解決行業發展的熱點問題，重點在電化學儲能協調控制以及安全環保兩方面。在儲能協調控制領域，針對雙碳目標下電力系統多場景儲能應用需求，加快制定《電力系統配置電化學儲能電站規劃導則》《電化學儲能系統接入電網運行控制規範》等國家標準，加快修訂國家標準《電化學儲能系統接入電網技術規定》；在儲能安全環保方面，為防止和應對儲能系統安全事故，加快制定《電化學儲能電站安全規程》《電化學儲能電站危險源辨識技術導則》《電化學儲能電站生產安全應急預案編制導則》《電化學儲能電站應急演練規程》《電化學儲能電站環境影響評價導則》等國家標準。為配合標準制定，還需開展一系列基礎研究工作，比如，在協調控制領域，開展儲能設備模型、系統模型研究；在安全領域，開展電池儲能模塊級、簇級的安全試驗，包括電池熱失控蔓延起火的試驗、模塊熱失控特性的試驗、模塊及簇級別的模擬火災及滅火的試驗、全尺寸儲能系統安全試驗等，這些試驗數據將有助於加深電池儲能安全問題的理解，為制定相關標準提供關鍵數據參考。

第一作者：李相俊（1979—），男，工學博士，教授級高工，主要研究方向為大規模儲能技術、電力系統運行與控制技術

第一作者：官亦標（1980—），男，工學博士，教授級高工，主要研究方向為儲能特性與檢測評價技術、新型儲能技術

第一作者：胡娟（1978—），女，高級工程師，主要研究方向為儲能技術及標準化

通訊作者：來小康，教授級高工，主要研究方向為大規模儲能技術

第十一屆儲能國際峰會暨展覽會定檔11月

雙碳目標下，儲能產業呈現全面井噴之勢，ESIE2022匯聚200多家儲能一線品牌，展覽面積突破40000平米，開設了5個展館。同期舉辦超過30+場主題論壇和特色活動，200個新品發布，300+行業權威專家精彩演講。預計將有10萬人次來自政府機構、監管單位、科研院所、電網公司、發電集團、系統集成商、儲能設備廠商、能源服務商等行業同仁齊聚，共同聆聽產業前沿之聲，共探產業發展之勢，是2022年不容錯過的儲能產業盛宴。

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