惠东，工学博士，教授级高级工程师。全国电力储能技术标准化委员会副秘书长，IEC/TC120中国联络人。多年来一直从事大规模储能技术研究，在电池成组技术、电池储能规模化系统集成与接入技术、储能提高新能源友好接入能力应用技术、储能系统特性检测与评价等方面取得多项技术成果。近年来，曾先后主持国家863项目2项，973课题1项，国家电网公司科技项目5项。获得北京市科技奖二等奖和三等奖各一次、湖南省科技进步二等奖一次、国家电力科技三等奖两次，及国网公司科技特等奖、一等奖、二等奖各一次。主持国标3项，行标1项，企标5项，并参与国际标准编制1项。
    储能技术是涉及多学科的不断更新换代的战略性前沿技术。波动性、间歇性可再生能源的大规模接入引发电网稳定性，需要借助储能手段提高接纳能力。传统扩容方式受限于输电走廊布局等资源限制与负荷需求不断增长之间的矛盾，引入储能能有效缓解矛盾，并延缓设备更新投资，提高网络资源和设施利用率。储能引入将提高用户侧分布式能源接入能力、应对灾变能力、保证供电可靠性、满足电能质量需求、削峰填谷。
 
    储能发展概况
 
    美国在金融危机之后，已将大规模储能技术定位为振兴经济、实现能源新政的重要支撑性技术。根据《2009美国复苏与再投资法案》，美国政府在2009年上半年已拨款20亿美元用于支持包括大规模储能在内的电池技术研发。日本一直重视发展储能技术及储能可再生能源领域的应用，目前在钠硫电池、液流电池技术等多个电池技术领域都处于世界领先的地位。德国、澳大利亚、英国、瑞士、韩国等国家在不同储能技术领域取得了世界领先的水平。
    2011年全球储能装机是121MW，预计到2021年达到12353MW，总量增长100倍，意味着十年内，将投资1220亿美元开发储能项目。
    我国储能产业发展总体落后于发达国家。截至2010年底，我国电力储能总装机约为16.345GW，仅约占全国电力装机总量的1.7%，世界平均值是3.0%。
    2011年，储能专委会的项目数据库先后收集到了国网张北风光储能项目、中国电科院风电储能研究项目等40多个当年实施的储能应用项目，分别贯穿了可再生能源的接入、输配电、分布式发电、微网以及电动汽车充放储换一体化领域。国内储能技术研究及工程应用明显加速，在电力系统中应用也发展较快。示范工程包括核工业西南物理研究院80MW飞轮脉冲发电机组、比亚迪兆瓦级磷酸铁锂电池储能电站、张北风光储工程。
 
    储能在电力系统中的应用
 
    储能技术是电网调峰和促进可再生能源大规模应用的重要手段之一，同时将促进电网的结构形态、规划设计、调度管理、运行控制以及使用方式等发生变革，应用于电力系统发输配用各环节。储能在电网中的应用主要取决于技术本身的成熟度和经济性，以及与电网相关联的交互影响与控制问题。我们重点探讨在电网应用中存在的技术问题。
1．削峰填谷
    我国主要电网的高峰负荷增长速度快，峰谷差逐年增大。储能在削峰填谷中的应用是利用储能系统来缓解高峰负荷快速增长，峰谷差不断增大的情况，是一种灵活的解决方案；即在非峰荷时段对储能系统进行充电以形成有功备用，当峰荷出现时储能系统就可以向电网注入能量，以达到消除短暂的负荷高峰的目的。
2．新能源接入中的应用
    将储能系统与新能源发电相结合，可以最大限度地发挥光伏发电和风力发电的经济效益，满足系统中电力的供需平衡。储能在风电接入中的应用主要有平滑出力波动；跟踪计划出力，缩减预测功率输出误差；削峰填谷，降低弃风率。
3．电力系统调节
    储能用于电力系统调节可实现提高暂态稳定行，抑制振荡，调整电压，要求储能具备秒级-数十分钟的不同时间尺度的全过程随机充放电，对倍率特性有一定要求，同时有一定功率要求。
4．微网、电能质量
    微网中多采用多元复合储能技术（功率型与能量型结合），以满足微网并网/孤岛切换时系统稳定运行、可再生能源接入及削峰填谷需求。常见的有蓄电池、电容器等储能技术。满足微网接入的储能技术要求同时具备功率型与能量型的特点，宜选用高密度、小体积的储能技术；用于改善电能质量的储能技术要有一定的响应速度，平滑负荷波动等。
5．我国相关示范工程
1）国家风光储输示范工程
    风光储输示范工程一期，风电98.5MW，光伏40MW，电化学储能20MW，配套建设220kV智能变电站一座。自2011年12月25日，储能电站投运以来，运行平稳、安全，已累计处理电能3230万kWh，储能电站的能量转换效率约89%。
    经过近两年的试运行表明：储能系统能够满足储能电站监控系统的控制和调度，并实现了出力平滑、跟踪计划发电、参与系统调频、削峰填谷等多项高级应用功能。储能系统可以提高风/光伏电站发电的可预测性、可控性及可调度性。
2）张北电池储能并网试验示范基地
    建成于2010年，锂离子电池、液流电池、铅酸电池等储能系统3MW，直接并入35kV电网。是国际上首个开展大容量储能系统并网特性研究与检测的实验室；储能提高可再生电源接入能力的应用技术并网试验平台；多种类型电池储能装置的并网特性试验与检测物理平台。
    主要开展工作：提高新能源接入应用工况下，电池储能系统并网特性试验；多类型电池储能联合应用试验；储能电站的综合试验运行。
3）深圳宝清电池储能电站
    建成于2011年，安装4MW/16MW磷酸铁锂电池储能系统，用于城市电网开展调峰填谷以及调频运行与试验。
4）辽宁卧牛石风电场液流电池储能示范电站
    建成于2012年底，安装5W/10MW全钒液流电池储能系统，是当时世界上规模最大的液流电池储能电站，用于50MW风电场友好接入的运行与试验示范。
5）福建可移动式电池储能示范电站
    125kW/250kWh可移动式锂离子电池储能电站，安装在用户低压侧用于削减峰值负荷以及应急保电。2011年以来在安溪炒茶负荷侧开展运行，在采茶季节应对高峰用电期间发挥作用。
 
    大容量储能及其应用技术现状和发展趋势
 
    储能在新能源接入中的作用从时间维度可以分为短期、中期、中长期和长期的应用，从空间维度可以分为电网侧、新能源发电侧和负荷侧的应用，其中电网侧的应用类型比较丰富。相关的技术主要包括储能电池本体技术、系统集成技术、并网检测技术、运行控制技术、储能在电力系统中的多功能综合应用技术、广域优化配置（规划）和协调运行控制技术等。
    储能电池本体技术是制约储能系统大规模应用的瓶颈，要解决的的关键问题是增强和提高储能器件的能量密度、功率密度、响应时间储能效率、循环性能、经济性和可靠性等。目前的研究热点包括：高容量锂离子电池电极材料设计开发；利用传感等实时监测和先进电源管理技术解决锂电池安全性问题；深入认识锂空电池充放电化学反应过程，开发性质稳定的电解质，优化设计电极结构，实现实用化等方面。
    储能系统大规模集成技术包括大容量电池成组技术、变流技术和规模化集成技术三个方面。这三个方面目前存在的问题和今后发展的趋势如下：
1．大容量电池成组技术目前国内外尚没有成熟的标准化的电池成组技术，总体发展趋势是：采用大容量单体电池，降低电池系统串并复杂度；利用电池成组和管理成组技术弥补电池一致性差异；采用基于电池标准模块的储能系统大容量化技术。
2．储能系统用变流技术的难点是：实现控制功能多样化，提高动态和稳态性能；与电池管理系统配合，实现储能电池的优化控制；实现多台变流器并联；通讯接口及协议不统一；缺乏统一的测试标准。未来发展趋势是模块化、标准化和集成化。
3．储能系统规模化集成技术不足是：储能电站的整体效率低于单一储能单元的转换效率2-5%；储能电站整体响应速度比单一储能单元慢将近一个数量级；储能电站整体出力控制精度小于单一储能单元精度；储能电站的整体循环寿命小于理论预期值。未来发展趋势是模块化、标准化和大容量化。
    并网检测方面，美国的几个国家实验室、荷兰KEMA和中国电科院都开展了一些研究，建立了一定的试验检测能力，各自侧重于不同的环节。其技术不足与发展趋势是：检测评价对象和评价环节相对孤立，且尚未针对储能应用的真实工况开展工况适应性和并网特性的测试与评价研究；储能电池的相关评价检测标准尚在讨论中，针对储能电池应用工况和检测标准评价体系的研究还处于初步阶段；需贯通整合现有部分连贯的检测评价环节，建立具备理化特性、基本性能、并网应用特性和工况适应性等四个方面的评价能力，形成完备的储能电池检测评价体系。
    运行控制技术包括电池能量管理系统、储能电站中央监控技术、储能电站运行维护技术等三个方面，目前存在的问题和今后发展的趋势如下：
1．电池能量管理系统已进入实际应用阶段，但还不够成熟，性能不够理想。其中SOC的确定是电池能量管理系统中的重点和难点。设计上还有一些技术难点，安全性问题需做大量试验研究。发展趋势是提高抗干扰性、安全性、通用性。
2．储能电站中央监控技术关键问题是有效应对庞大数量的电池状态监测，实现储能单元的实时快速控制及高效能量管理。发展趋势是监控体系结构、通信网络标准化，以及软、硬件平台通用化。
3．储能电站运行维护技术的工作内容是储能电池本体维护、功率转换系统（PCS）维护、监控系统维护等。发展趋势是自动化、在线维护（不断电、热拔插）。
    在新能源接入中的应用技术的关键问题是在发电侧平抑新能源功率波动和在电网侧利用广域分布的储能系统提高电网接纳新能源的能力。
    储能在支持新能源接入中的作用也可以通过其它途径来实现，需综合考虑和比较不同的措施，才能明确特定电网的储能应用需求和可能的应用模式。

    电力储能技术标准的建设

    电力储能技术标准体系不能包罗万象，应有特定的涵盖范围，服务于储能系统并网及应用的各个环节与过程。其中，电力储能技术重点关注储能装置的外特性及其应用适用性，但其标准体系将不涉及储能本体材料工艺及本体工艺。抽水蓄能技术已经实现商业化应用，且建立了相对完善的技术标准体系，电力储能技术标准将不涉及抽水蓄能技术。
1．国家电网公司电力储能技术标准框架体系
    2012年，国家电网公司发布了电力储能技术标准框架体系（2012年版），包括七大类，五十余项标准。目前国家电网公司已经制订并发布了部分核心标准，并逐渐引领 国家和行业标准的制订。电力储能技术标准框架体系（2012版）为基础综合、规划设计、设备材料类、工程建设类、运行维护类、调度与交易类。
2．参与储能国际标准组织情况
    2011年至今，主持承担IEEE P2030.3™《电力系统应用的电力储备设备和系统的测试流程标准》：旨在设立标准化测试流程，确保所有储能技术和应用都符合互联要求。
    2012年，参与编写IEC 61427-2《用于新能源存储的蓄电池与蓄电池组–测试方法和通用要求-第二部分：并网应用》：该标准涉及到用于电力系统储能的蓄电池及其测试方法，主要内容包括术语和定义、通用测试条件和要求、事故响应和故障测试、性能测试、耐久性测试。制订该标准的目的是为了指导最终用户能够判断并选择合适的储能电池类型、合理地操作以及在寿命结束时进行回收处理。通过针对一些特定的应用场合，用一套统一的测试方法来测试不同电化学体系储能电池的优劣，最终为用户如何选择储能电池提供帮助。
    参与IEC MSB SWG4纳米技术发展路线图项目工作组：该工作组旨在编制纳米技术在储能和太阳能这两个技术领域的发展路线图，为将来国际标准的制订提供参考依据。中国电科院于2012年派出代表两次赴德国参加了该工作组的工作，参与了纳米技术在储能领域的应用前景、技术发展方向及发展路线的讨论，参与编写IEC MSB 《大容量储能技术白皮书》白皮书：分析了储能在电力应用中的角色，介绍了各种可用的储能技术及其特点，提出了目前和将来对储能技术的市场需求，最后为所有储能投资者提出了合理可行的建议。这个白皮书同时给IEC在储能方面的工作提供市场指导。
    主持编写IEC MSB《大容量新能源接入电网及储能应用》白皮书：分析了储能在新能源接入电网中的作用，为大容量新能源接入电网和储能在新能源接入电网应用提供一个全球性的视野，识别了电网运行者和电力生产者面临的挑战，为解决这些困难提供了目前的和潜在的方法。
    拟向IEC TC120 提交两项标准提案：《电池储能系统并网测试流程标准》和《电池储能系统并网试验与调试规程》。
3．全国电力储能标准委员会状况
    目前，我国储能电池的产业链已初步形成，储能装置在电力系统的应用与推广正在逐步展开。但是由于相关技术标准的缺失，储能装置在生产和应用各个环节如储能装置的制造、招投标、监造、验收、接入试验与调试、设备交接以及运行维护等方面存在诸多不便。我国在电力储能领域已经开展了大量科研与实践活动，具有丰厚的技术积累与应用经验，具备了建立储能技术标准体系的基本条件，而行业的发展也迫切需要建立全国电力储能标委会，来统一协调相关工作，推动我国电力储能标准化建设工作。
    2014年5月，国标委批准成立全国电力储能标准委员会。挂靠单位是中国电力科学研究院，归口管理是中国电力企业联合，对口国际标准组织是TC120。
4．大容量储能接入电网技术标准体系分析
    近年来电池储能系统在电力系统中的应用发展很快，标准化工作相对滞后，不能满足需要。迫切需要建立完备的大容量储能接入电网标准体系，并根据标准体系，制订急需的标准，以满足工程建设和运行的要求。目前主要是美国和中国在积极开展电力储能标准体系建设工作。本项目根据大容量储能的应用实践和技术现状，提出标准体系。
    工作思路是以行业性、全国性标委会为平台，加强与国外同行的技术交流。根据标准体系，对已制定、在制定、计划制定标准进行梳理，按照标准成熟度，将标准分为两类：借鉴同类标准；针对储能特殊性，需要做基础工作，组织专家从头制定的标准。
    并开展以下基础研究：标准电池模块，需要研究电池及电池组一致性影响因素的机理和判据方法、电池组的管理技术、储能电池模块的设计以及电池模块的特性检测技术等；大容量储能系统的集成化技术，主要包括储能电站系统容量配置、动态仿真究、储能电站系统的集成技术研究等，研究储能电站接口标准化和通用化，进一步推进储能电站标准化；电池安全性，目前是储能设计、检测、运维等标准中的一个巨大缺失，而在电动汽车中是一个强制性条文，借鉴电动汽车标准编写的经验和成果，开展电池本体热安全性、电池系统安全防护设计等研究。
5．2014-2015标准制修订计划
    加快基础性标准的制定。标准体系中，《储能设备及系统术语和定义》是电力储能标准的基础性标准。目前，这个标准还没有列入制定计划，其他储能标准评审的过程中，相当一部分时间都耗在储能相关术语和定义上，如果国标能给出一个规范、全面的解释，将会为其他标准的制定节省时间和精力。
    完善核心标准的制定和升级。标准体系中，《电化学储能接入电网技术规定》、《电化学储能系统接入电网测试规范》等是电力储能核心标准。目前，企标和行标已经有相关标准的发布和制定，根据行业发展需要，可以逐步完成企标到行标、企标到国标、行标到国标的升级。
    修订已经发布的标准。Q/GDW 564-2010《储能系统接入配电网技术规定》、Q/GDW 676-2011《储能系统接入配电网测试规范》已经发布，随着研究的深入和技术的发展，标准部分内容需要调整，可以考虑实时对该标准进行修订。


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