第一財經
2023-12-19 
應用場景之智慧儲能丨《2023數字能源年度報告》節選
12月13日，由第一財經與協鑫能科（002015.SZ）聯合研究撰寫的《2023數字能源年度報告》（下稱《報告》）于第一財經2023資本年會上重磅發布。《報告》從算力、低碳、電網安全等方面展望了未來八大數字能源發展趨勢，并從光伏、風電、氫能、石油等新能源和傳統能源領域展現了數智化技術的實際應用，以及這些技術對能源數字化轉型帶來的價值和意義，探討信息流與能量流如何實現有效互動。以下內容為《報告》節選。
伴隨新型儲能裝機規模的快速增長，數字化的重要性日益凸顯——在幫助儲能系統走向高端化的同時，也為儲能系統提供本質安全的技術方案，并進一步優化儲能經濟效益。華西證券預計，儲能信息化市場規模未來將占到儲能市場規模的10%-15%。
據中關村儲能產業技術聯盟（CNESA）不完全統計，截至2022年底，我國新型儲能累計裝機規模首次突破10GW，功率規模、能量規模年增長率分別達128%、141%。
電化學儲能快速增長
新型儲能中，以鋰電池為代表的電化學儲能占比最大，同時也是增長最快的路線。截至2022年底，全國累計投運電化學儲能電站方面，共472座，規模達6.9GW/14.1GWh，同比增長127%；在建電站300座，規模達11.7GW/29GWh；新增投運電化學儲能電站194座、規模達3.7GW/7.9GWh，占已投運電站總能量的60%，同比增長176%。
新型儲能中，以鋰電池為代表的電化學儲能占比最大，同時也是增長最快的路線。截至2022年底，全國累計投運電化學儲能電站方面，共472座，規模達6.9GW/14.1GWh，同比增長127%；在建電站300座，規模達11.7GW/29GWh；新增投運電化學儲能電站194座、規模達3.7GW/7.9GWh，占已投運電站總能量的60%，同比增長176%。
電化學儲能系統主要由電池組、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）、儲能變流器（PCS）以及其他電氣設備構成。
BMS是電池儲能系統中的感知角色，通過測量電池電壓、電流等基本參數，計算分析電池的剩余容量、健康狀態，保證電池儲能單元內各電池運行狀態，實現儲能單元安全運行。
近年來，國家對儲能電池安全的重視程度不斷提高，這對BMS數據監測精度、可靠性等方面提出更高要求。隨著大數據、人工智能等技術逐漸應用于電池狀態算法，BMS功能也由監測、存儲等基本功能，向電池系統安全診斷和云邊協同、全生命周期大數據管理等高級功能發展。
EMS是儲能系統的決策中樞，負責優化調度，提供頻率調節策略、電壓調節策略、削峰填谷策略等多種調度策略，自動維持微電網壓頻穩定。因此，儲能系統可通過EMS參與電網調度、虛擬電廠調度、“源網荷儲”互動等。
其中，優化運行策略和控制策略的設計是EMS產品的核心要點和難點。
綜合考慮儲能運行成本、儲能效益等因素，在滿足電網調度控制需求的前提下，通過數學規劃法、智能算法、引入復雜的數學模型及公式等求解方法，優化運行策略和控制策略設計，可在提升儲能系統運行經濟性的同時，改善各類技術指標。
PCS作為儲能電池與電網之間的功率接口，能對充放電的電壓、頻率等進行快速精確控制，因此也決定了儲能電池與電網之間的能量轉換效率、并網側電能質量以及電池儲能系統的可靠程度。
在電網正常運行時，PCS可以提高電網對風光等大規模可再生能源發電的接納能力，并且通過調度指令調節峰谷電能，提升電網供電質量和經濟效益；在電網故障時，PCS能夠獨立組網供電，增加負載供電安全性。
由于PCS的建模、仿真、控制、優化等步驟是基于數字信號處理單元實現的，相對而言更加適應數智化變革，可通過AI、機器學習、數字孿生等技術實現PCS的智能建模、智能仿真等，進一步提升儲能系統的效率和可靠性。
數字技術全面賦能儲能系統
電化學儲能的經濟性、安全性等問題隨著應用規模日益增加而備受業界關注。
電池是儲能系統成本中占比最高的部分，占儲能系統總成本的一半以上。1GWh的儲能電池系統包含約1250萬顆電芯，并且分布在不同儲能電堆、電池簇、電池pack中。電池數量眾多導致儲能系統實現一致性管理較為困難，也增加后期運維管理成本。
與此同時，儲能系統安全性和穩定性仍有提升空間。中郵證券數據顯示，據不完全統計，2011-2022年10月，全球儲能安全事故共42起。
2023年3月，中國電力企業聯合會發布《2022年度電化學儲能電站行業統計數據》，對電站可靠性情況進行披露。2022年，BMS系統異常是電化學儲能電站非計劃停運的主要原因，停運次數占比43%；從停運時長來看，BMS系統問題導致的單次平均非計劃停運時長為3.65小時，PCS、電池導致的單次平均停運時長最長分別為60.98小時、55.74小時。
時下，大數據、AI、邊緣計算等技術正在全面賦能儲能系統的安全、運維以及運行經濟效益。
經濟性方面，通過建立電池的可重構網絡，實現對電池的柔性控制，可在全生命周期中降低電池系統成本。
比如接納電池的差異性，將資本支出降低30%；免于電池過充過放，使每個電池模組價值得到充分發揮，將儲能系統壽命提高4倍；通過數字化手段進行智能運維，運營支出降低一半以上；在部分電池有效容量觸底時可隨時部分換新，無須整體停機和系統整體重建，進一步成倍提高效率、降低成本。
2022年4月，國網湖南電力建成全國首個新型儲能監控中心，核心技術為儲能集控平臺和儲能電芯在線診斷中心。國網湖南綜合能源公司儲能事業部負責人黃博文介紹，此后1名值班員可同時監控7座儲能電站，效率遠高于此前的一座儲能電站需7人輪換值班，有效降低了人力成本。
安全性和可靠性方面，依托云計算、AI等數字技術，BMS可以對電池數據進行存儲、處理、分析、評估、測算等，從而降低熱損耗、防止熱堆積，避免電池出現熱失控，最終實現儲能電站狀態預警，有效提升安全防護水平。
協鑫BatteryAI電池數字智能管理平臺，提供電池資產全生命周期數字化管理解決方案，為每塊電池提供智能診斷、健康管理等服務，實現更高精度的電池SOH檢測；超早期檢出異常，更準確地異常檢測，提前主動規避安全風險，助力儲能行業資產數字化管理，加強電池資產安全運營管理。依托現代設備管理理念及人工智能技術，協鑫能科杭州龍泉路站儲充換項目運維已實現設備線上值守、智能監測、預測性維護等。
北京昇科能源科技有限公司采用AI+預警算法引擎，實現對電池異常信息的深度挖掘和高效提取，故障預警從分鐘級跨入“天”時代，平均預警時間3天，最長預警時間可達16天，綜合故障識別率高于93%，誤報率低于0.1%。
（文章來源：第一財經）
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