BYD刀片及新品圆柱电池助力全球储能市场

 

    　随着人们对环保和节能的日益重视，太阳能板的应用也越来越广泛。在家庭光伏发电系统中，家用储能太阳能板的设计和应用非常重要。本文将介绍家用储能太阳能板的设计及其应用。

 

　　设计：　　1.太阳能板：太阳能板是光伏发电系统中的核心部件，其质量直接影响发电效率。在家庭光伏发电系统中，选择适合的太阳能板很重要。　　2.逆变器：逆变器是将太阳能板产生的直流电转化为交流电的设备。逆变器的质量和稳定性也直接影响发电效率。　　3.储能电池：储能电池是家用储能太阳能板中不可缺少的组成部分。储能电池的容量和寿命都需要满足家庭用电的需求。

 

　　应用：　　1.家庭光伏发电系统：家庭光伏发电系统是最常见的家用储能太阳能板的应用，通过太阳能板的发电和储能电池的储存，为家庭提供电力。　　2.灾备备用电源：在自然灾害等紧急情况下，家用储能太阳能板可以作为备用电源，为家庭提供电力。　　3.独立野营电源：家用储能太阳能板可以搭配户外野营设备使用，为户外活动提供电力。　　总之，家用储能太阳能板在家庭光伏发电系统中具有非常重要的作用，其设计和应用都需要仔细考虑。在未来，随着新能源技术的不断发展，家用储能太阳能板的性能和应用领域也将得到进一步的提升和扩展。

从整个电力系统的角度看，储能的应用场景可以分为发电侧储能、输配电侧储能和用户侧储能三大场景。实际应用中，需要根据各种场景中的需求对储能技术进行分析，以找到最适合的储能技术。本文着重分析储能的三大应用场景。

从整个电力系统的角度看，储能的应用场景可以分为发电侧储能、输配电侧储能和用户侧储能三大场景。这三大场景又都可以从电网的角度分成能量型需求和功率型需求。能量型需求一般需要较长的放电时间（如能量时移），而对响应时间要求不高。与之相比，功率型需求一般要求有快速响应能力，但是一般放电时间不长（如系统调频）。实际应用中，需要根据各种场景中的需求对储能技术进行分析，以找到最适合的储能技术。本文着重分析储能的三大应用场景。

 

一、发电侧

从发电侧的角度看，储能的需求终端是发电厂。由于不同的电力来源对电网的不同影响，以及负载端难预测导致的发电和用电的动态不匹配，发电侧对储能的需求场景类型较多，包括能量时移、容量机组、负荷跟踪、系统调频、备用容量、可再生能源并网等六类场景。

能量时移

能量时移是 通过储能的方式 实现用电负荷的削峰填谷 ，即 发电厂在用电负荷低谷时段对电池充电，在用电负荷高峰时段将存储的电量释放。此外，将可再生能源的弃风弃光电量存储后再移至其他时段进行并网也是能量时移。能量时移属于典型的能量型应用，其对充放电的时间没有严格要求，对于充放电的功率要求也比较宽，但是因为用户的用电负荷及可再生能源的发电特征导致能力时移的应用频率相对较高，每年在 300 次以上。

容量机组

由于用电负荷在不同时间段有差异，煤电机组需要承担调峰能力，因此需要留出一定的发电容量作为相应尖峰负荷的能力，这使得火电机组无法达到满发状态，影响机组运行的经济性。采用储能可以在用电负荷低谷时充电，在用电尖峰时放电以降低负荷尖峰。利用储能系统的替代效应将煤电的容量机组释放出来，从而提高火电机组的利用率，增加其经济性。容量机组属于典型的能量型应用，其对充放电的时间没有严格要求，对于充放电的功率要求也比较宽，但是因为用户的用电负荷及可再生能源的发电特征导致能力时移的应用频率相对较高，每年在 200 次左右。

负荷跟踪

负荷跟踪是针对变化缓慢的持续变动负荷 ， 进行 动态调整 以达到实时平衡 的一种辅助服务。变化缓慢的持续变动负荷又可根据发电机运行的实际情况细分为基本负荷和爬坡负荷，负荷跟踪则主要应用于爬坡负荷，即通过调整出力大小，尽量减少传统能源机组的爬坡速率，让其尽可能平滑过渡到调度指令水平。负荷跟踪和容量机组相比，对放电响应时间要求更高，要求相应时间在分钟级。

系统调频

频率的变化会对发电及用电设备的安全高效运行及寿命产生影响，因此频率调节至关重要。在传统能源结构中，电网短时间内的能量不平衡是由传统机组（在我国主要是火电和水电）通过响应 AGC 信号来进行调节的。而随着新能源的并网，风光的波动性和随机性使得电网短时间内的能量不平衡加剧，传统能源（特别是火电）由于调频速度慢，在响应电网调度指令时具有滞后性，有时会出现反向调节之类的错误动作，因此不能满足新增的需求。相较而言，储能（特别是电化学储能）调频速度快，电池可以灵活地在充放电状态之间转换，成为非常好的调频资源。

和负荷跟踪相比，系统调频的负荷分量变化周期在分秒级，对响应速度要求更高（一般为秒级响应），对负荷分量的调整方式一般为 AGC。但是系统调频是典型的功率型应用，其要求在较短时间内进行快速的充放电，采用电化学储能时需要有较大的充放电倍率，因此会减少一些类型电池的寿命，从而影响其经济性。

备用容量

备用容量是指在满足预计负荷需求以外，针对突发情况时为保障电能质量和系统安全稳定运行而预留的有功功率储备，一般备用容量需要在系统正常电力供应容量 15~20%，且最小值应等于系统中单机装机容量最大的机组容量。由于备用容量针对的是突发情况，一般年运行频率较低，如果是采用电池单独做备用容量服务，经济性无法得到保障，因此需要将其与现有备用容量的成本进行比较来确定实际的替代效应。

可再生能源并网

由于风电、光伏发电出力随机性、间歇性的特点，其电能质量相比传统能源要差，由于可再生能源发电的波动（频率波动、出力波动等）从数秒到数小时之间，因此既有功率型应用也有能量型应用，一般可以将其分为可再生能源能量时移、可再生能源发电容量固化和可再生能源出力平滑三类应用。例如针对光伏发电弃光的问题，需要将白天发出的剩余电量进行储存以备晚上放电，属于可再生能源的能量时移。而针对风电，由于风力的不可预测性，导致风电的出力波动较大，需要将其平滑，因而以功率型应用为主。

二、电网侧

储能在电网侧的应用主要是缓解输配电阻塞、延缓输配电设备扩容及无功支持三类，相对于发电侧的应用，电网侧的应用类型少，同时从效果的角度看更多是替代效应。

缓解输配电阻塞

线路阻塞是指线路负荷超过线路容量，将储能系统安装在线路上游，当发生线路阻塞时可以将无法输送的电能储存到储能设备中，等到线路负荷小于线路容量时，储能系统再向线路放电。一般对于储能系统要求放电时间在小时级，运行次数在 50~100 次左右，属于能量型应用，对响应时间有一定要求，需要在分钟级响应。

延缓输配电设备扩容

传统的电网规划或者电网升级扩建成本很高。在负荷接近设备容量的输配电系统内，如果一年内大部分时间可以满足负荷供应，只在部分高峰特定时段会出现自身容量低于负荷的情况时，可以利用储能系统通过较小的装机容量有效提高电网的输配电能力，从而延缓新建输配电设施成本，延长原有设备的使用寿命。相比较缓解输配电阻塞，延缓输配电设备扩容工作频次更低，考虑到电池老化，实际可变成本较高，因此对电池的经济性提出了更高的要求。

无功支持

无功支持是指在输配线路上通过注入或吸收无功功率来调节输电电压。无功功率的不足或过剩都会造成电网电压波动，影响电能质量，甚至损耗用电设备。电池可以在动态逆变器、通信和控制设备的辅助下，通过调整其输出的无功功率大小来对输配电线路的电压进行调节。无功支持属于典型的功率型应用，放电时间相对较短，但运行频次很高。

三、用户侧

用户侧是电力使用的终端，用户是电力的消费者和使用者，发电及输配电侧的成本及收益以电价的形式表现出来，转化成用户的成本，因此电价的高低会影响用户的需求。

用户分时电价管理

电力部门将每天 24 小时划分为高峰、平段、低谷等多个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，即为分时电价。用户分时电价管理和能量时移类似，区别仅在于用户分时电价管理是基于分时电价体系对电力负荷进行调节，而能量时移是根据电力负荷曲线对发电功率进行调节。

容量费用管理

我国对供电部门大工业企业实行两部制电价：电量电价指的是按照实际发生的交易电量计费的电价，容量电价则主要取决于用户用电功率的最高值。容量费用管理是指在不影响正常生产的情况下，通过降低最高用电功率，从而降低容量费用。用户可以利用储能系统在用电低谷是储能，在高峰时负负荷放电，从而降低整体负荷，达到降低容量费用的目的。

提高电能质量

由于存在电力系统操作负荷性质多变，设备负载非线性等问题，用户获得的电能存在电压、电流变化或者频率偏差等问题，此时电能的质量较差。系统调频、无功支持就是在发电侧和输配电侧提升电能质量的方式。在用户侧，储能系统同样可以进行平滑电压、频率波动，例如利用储能解决分布式光伏系统内电压升高、骤降、闪变等问题。提升电能质量属于典型的功率型应用，具体放电市场及运行频率依据实际应用场景而有所不同，但一般要求响应时间在毫秒级。

提升供电可靠性

储能用于提高微网供电可靠性，是指发生停电故障时，储能能够将储备的能量供应给终端用户，避免了故障修复过程中的电能中断，以保证供电可靠性。该应用中的储能设备必须具备高质量、高可靠性的要求，具体放电时长主要与安装地点相关。

 

1.储能技术的原理与特点

由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的电网接入装置成为储能系统的两大部分。储能装置重要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换，实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。

储能系统的容量范围比较宽，从几十千瓦到几百兆瓦；放电时间跨度大，从毫秒级到小时级；应用范围广，贯穿整个发电、输电、配电、用电系统；大规模电力储能技术的研究和应用才刚起步，是一个全新的课题，也是国内外研究的一个热点领域。

2.常用的储能方式

目前，储能技术重要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如各类蓄电池、可再生燃料动力电池、液流电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)等。

 

1)物理储能中最成熟、应用最普遍的是抽水蓄能，重要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能的释放时间可以从几个小时到几天，其能量转换效率在70%～85%。抽水蓄能电站的建设周期长且受地形限制，当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。压缩空气储能早在1978年就实现了应用，但由于受地形、地质条件制约，没有大规模推广。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能存储起来，在要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能的特点是寿命长、无污染、维护量小，但能量密度较低，可作为蓄电池系统的补充。

2)化学储能种类比较多，技术发展水平和应用前景也各不相同：

(1)蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储能技术，根据所使用化学物质的不同，可以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等。铅酸电池具有技术成熟，可制成大容量存储系统，单位能量成本和系统成本低，安全可靠和再利用性好等特点，也是目前最实用的储能系统，已在小型风力发电、光伏发电系统以及中小型分布式发电系统中获得广泛应用，但因铅是重金属污染源，铅酸电池不是未来的发展趋势。锂离子、钠硫、镍氢电池等先进蓄电池成本较高，大容量储能技术还不成熟，产品的性能目前尚无法满足储能的要求，其经济性也无法实现商业化运营。

(2)大规模可再生燃料动力电池投资大、价格高，循环转换效率较低，目前尚不宜作为商业化的储能系统。

(3)液流储能电池具有能量转换效率较高，运行、维护费用低等优点，是高效、大规模并网发电储能、调节的技术之一。液流储能技术在美国、德国、日本和英国等发达国家已有示范性应用，我国目前尚处于研究开发阶段。

(4)超级电容器是20世纪80年代兴起的一种新型储能器件，由于使用特殊材料制作电极和电解质，这种电容器的存储容量是普通电容器的20～1000倍，同时又保持了传统电容器释放能量速度快的优点，目前已经不断应用于高山气象站、边防哨所等电源供应场合。

3)超导电磁储能利用超导体制成线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快、转换效率高、比容量/比功率大等优点，可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节，提高电网稳定性和功率输送能力的要求。和其他储能技术相比，超导电磁储能仍很昂贵，除了超导体本身的费用外，维持系统低温导致维修频率提高以及出现的费用也相当可观。目前，在世界范围内有许多超导电磁储能工程正在运行或者处于研制阶段。

各种储能技术的发展程度、系统规模及应用环节比较如图1所示。各种储能技术综合比较如表1所示，表1中UPS为不间断电源。

 

3.储能产业的发展前景

由于我国的能源中心和电力负荷中心距离跨度大，电力系统一直遵循着大电网、大电机的发展方向，按照集中输配电模式运行，随着可再生能源发电的飞速发展和社会对电能质量要求的不断提高，储能技术应用前景广阔。国家电网公司近期确定的智能电网重点投资领域中包括了大量储能应用领域，如发电领域的风力发电和光伏发电中应用储能技术项目，配电领域储能技术，电动汽车充放电技术等。

储能技术重要的应用方向有：①风力发电与光伏发电互补系统组成的局域网，用于偏远地区供电、厂及办公楼供电；②通信系统中作为不间断电源和应急电能系统；③风力发电和光伏发电系统的并网电能质量调整；④作为大规模电力存储和负荷调峰手段；⑤电动汽车储能装置；(作为国家重要部门的大型后备电源等。

随着储能技术的不断进步，安全性好、效率高、清洁环保、寿命长、成本低、能量密度大的储能技术将不断涌现，必将带动整个电力行业产业链的快速发展，创造巨大的经济效益和社会效益。

 

4.促进大容量储能产业发展的政策建议

1)将储能与新能源发展同步规划。按照实现整个电力系统安全运行和效率最优的原则，在规划新能源发电和电网输送线路的同时，应提出相应的储能解决方法，明确储能发展的规模和建设区域等。

2)执行峰谷电价和储能电价政策。峰谷电价在不同地区可有所差别，但应尽量为电网削峰填谷和吸引储能投资创造更大空间。

3)规范新能源发电技术要求与并网管理。国家应出台有关新能源并网的强制性技术标准，建立强制并网认证和检测制度。执行新能源发电出力短时间预测报告制度，提高短时间预测能力和水平。电网公司对符合入网要求的电能应及时全额接收，对电能质量差、发电预测误差大的新能源发电可选择性接收，并建立相应的惩罚机制。

4)鼓励投资主体多元化。在理顺投资回报机制、规范入网技术要求的前提下，应鼓励发电商、电网公司、用户端、第三方独立储能公司等任何有条件的投资方投资建设储能装置。

5)加紧安排多个储能示范项目。通过执行若干个储能示范项目为储能公司供应重要的工程实践机会，为未来大规模应用储能技术积累技术数据和运行相关经验。在示范项目中，要结合考虑各类储能技术的性能，在全面评价基础上，根据具体用途选用合适的储能技术。早期的示范项目可先与风力发电、光伏发电相结合，探索应用于风力发电和光伏发电的储能技术。

6)加大对大容量储能技术的研发投入，鼓励储能技术多元化发展。储能技术的研究应超前于需求发展，不能等到出现瓶颈的时候再考虑加大投入，另外需进一步加大对储能技术基础研究的投入，鼓励原始创新，掌握自主知识产权。应将大规模储能技术研究及其产业化应用列入国家科技重大专项。由于目前还没有任何一项储能技术完全胜任各种应用领域的要求，因此在重点扶持液流电池、锂离子电池等关键技术的同时，也应鼓励和支持其他储能技术发展。

 

2020年3月29日，全球新能源汽车领导者比亚迪宣布正式推出“刀片电池”。凭借对行业深刻的战略前瞻，强大的创新能力以及深厚的技术积累，比亚迪交出了“刀片电池”这一答案。“刀片电池”拥有其他动力电池无法企及的安全性，并且兼具长寿命和长续航，它的诞生重新了定义新能源汽车的安全标准,引领了全球动力电池安全新高度。比亚迪集团董事长兼总裁王传福表示：“‘刀片电池’体现了比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心，更有能力将引领全球动力电池技术路线重回正道，把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。“

 

超级安全 解决新能源车安全痛点：“针刺穿透测试”是行业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。这一测试要求用钢针将动力电池电芯刺穿，造成电芯内部的大面积短路。比亚迪在发布会当天播放了一段对比三种电池针刺实验的视频回应了之前网络上对于刀片电池超强安全性的质疑。在同样的测试条件下，三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化，表面温度迅速超过500℃，并发生极端的热失控——剧烈燃烧现象，电池表面的鸡蛋被炸飞；传统块状磷酸铁锂电池在被穿刺后无明火，有烟，表面温度达到了200℃~400℃，电池表面的鸡蛋被高温烤焦；比亚迪“刀片电池”在穿透后无明火，无烟，电池表面的温度仅有30-60℃左右，电池表面的鸡蛋无变化，仍处于可流动的液体状态。这一结果足以证明“刀片电池”彻底摆脱了传统动力电池可能会发生的“热失控”的噩梦，其安全性具有无可比拟的优势。

 

来自比亚迪储能及新型电池事业部（以下简称“比亚迪储能”）的消息显示，2023年3月13日，比亚迪储能中标中国电建新疆阜康市60万千瓦光伏+60万千瓦时储能项目。据悉，中电建（阜康）新能源有限公司新疆阜康市60万千瓦光伏+60万千瓦时储能项目场址位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州阜康市境内，总占地面积约20201亩。该项目磷酸铁电池储能系统采购规模为150MW/600MWh，招标范围为储能系统（储能电池采用磷酸铁电池）所需全套设备的供货，包括磷酸铁理电池、储能双向变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）等。比亚迪全球储能及新型电池事业部总经理尹小强：2023年开始国内储能市场大爆发，比亚迪有 绝对实力/必要 做引领者：1. “电池本身做结构件”思路（利用刀片本身超级强度）用到 储能电池上；可大量节约非电池部分的成本；2. 比亚迪 储能 魔方 CUBE 度电成本比现有产品 低 约 30%；3. 安全+成本比亚迪都占优势完全不担心被赶超因为自身技术也在一直颠覆23年底到24年 会有 基于魔方 CUBE的全新一代储能产品。

 

比亚迪新品魔方将引领全球能源加速转型。比亚迪储能，15年行业沉淀，探索求真；一朝回归，厚积薄发。比亚迪全球储能及新型电池事业部总经理尹小强表示，将携搭载刀片电池的集大成者“比亚迪魔方”引领全球能源加速转型，以科技创新助力实现“双碳”！