2024年储能白皮书.pdf

德国莱茵 TV 2024年储能白皮书版权声明本报告版权为德国莱茵TV所有，由德国莱茵TV负责发送和提供相关咨询服务。德国莱茵TV对白皮书拥有唯一著作权。报告有偿提供给限定客户，应限于客户内部使用，仅供客户在分析研究过程中参考。如客户引用报告内容进行对外使用，所产生的误解和诉讼由客户自行负责，本单位不承担责任。如将来用作商业或其他用途，未经本公司同意，不得以任何异于本报告原样之装订或包装形式将本报告出借、转售、出租、或在网上发布。凡使用本报告者均受本条款及本报告一切有关版权之条款约束。如未获得德国莱茵TV书面允许，不得用任何方式抄袭或翻印本报告任何部分之文字及图片，在任何媒体上（包括互联网）公开引用本报告的数据和观点，否则引起的一切法律后果由该使用者自行承担，同时其行为亦涉嫌侵犯了德国莱茵TV的著作权，德国莱茵TV有权依法追究其法律责任。报告的所有图片、表格及文字内容的版权归德国莱茵TV所有。其中，部分图表在标注有数据来源的情况下，版权归属原数据所有公司。凡有侵权行为的个人、法人或其它组织，必须立即停止侵权并对其因侵权造成的一切后果承担全部责任和相应赔偿。否则我们将依据中华人民共和国著作权法等相关法律、法规追究其经济和法律责任。德国莱茵 TV 大中华区市场部前言李卫春TV 莱茵全球电力电子产品服务副总裁兼大中华区太阳能与商业产品服务总经理近年来，全球储能行业经历了迅猛的发展，尤其在中国，储能技术已成为新能源领域的重要支柱，对稳定电网、提升能源效率具有举足轻重的战略意义。据数据显示，新型储能装机已提前两年完成了国家“十四五”规划中设定的3000万千瓦目标，这充分证明了储能在实现双碳目标中的不可替代作用。然而，随着行业的快速发展，新型储能技术的重要性日益凸显，相较于传统储能，新型储能具备更高的能量密度、更快的充放电速度及更低的维护成本等优势。但与此同时，市场也暴露出无序竞争、价格战激烈以及供需失衡等问题，亟待行业内部的规范与整合。此外，储能设备的安全运行，特别是防止火灾和爆炸等事故，已成为行业当前急需攻克的安全技术难题。TV 莱茵始终致力于可再生能源领域的深耕，持续关注储能行业的现状、未来趋势及所面临的挑战。继2020年推出储能白皮书2.0后，我们再次推出全新升级版。新版白皮书不仅全面更新了全球及中国储能行业的最新动态，深入调研业界专家观点，为行业提供全面、及时的市场信息，还强调了新的欧盟电池法案的重要性以及注意事项等，为新老企业进入全球各地市场提供有力的工具手册，助力企业突破市场壁垒。同时，白皮书还重点突出了储能安全的重要性，探讨了消防和防爆设计的关键性，以及随着储能产品智能化发展所带来的信息安全和功能安全挑战。我们期望通过这份白皮书，为储能产业的健康发展贡献我们的力量。储能行业在新能源领域中的价值不容忽视，其广泛的应用场景与可再生能源的紧密结合，为解决能源供需矛盾、提高能源利用效率、减少对传统能源的依赖以及实现能源的可持续发展提供了有力支持。尽管储能技术仍面临诸多挑战，但其巨大的潜力和价值在全球新能源领域将持续被发掘，为推动和加速零碳未来发挥积极作用。TV 莱茵将继续深耕细作，为产品质量保驾护航，助力储能行业健康、有序、蓬勃发展。第四章 储能应用的技术挑战与安全风险4.1 储能应用场景及商业价值 4.2 储能安全风险及技术要求 4.2.1 储能系统架构 4.2.2 电芯 4.2.3 电池系统 4.2.4 电源转换装置 4.2.5 储能系统5563第六章 品质坚守 安全为本“质胜之道”6.1“一测定乾坤”突破兆瓦级储能安全69707172737475第七章“质胜中国 以质取胜”76834.3 前车之鉴-应用挑战 第五章 TV莱茵技术解决方案6667685.2 全球化服务体系与网络5.1 一站式技术解决方案瓶颈，攻略北美储能市场6.2“纵横新能源”合纵新能源产业链，连横储能全球市场 6.3“心无旁骛”押宝户用储能高端市场6.4“卧薪尝胆”行业先锋，潜心耕耘 6.5“十年磨剑”坚守品质，成就卓越 6.6“生于忧患”产业升级阵痛期第八章 储能行业领袖高瞻 目录第一章 全球储能行业概况1.1 2023全球储能市场新增装机规模1.2 2023全球主要储能市场表现 2.2 2023年中国储能市场发展特点 第二章 中国储能行业概况2.1 中国储能市场规模2.3 中国新型储能市场发展预测 第三章 储能行业市场调研 050607120809101120212223243139474.2.6 消防及防爆05德国莱茵TV2024年储能白皮书第一章 全球储能行业概况德国莱茵TV2024年储能白皮书根据彭博新能源财经预测，全球新型储能新增储能装机容量有望在2023年创下纪录，新增装机容量有望达到42GW/99GWh，同比增长163%/183%。随后直至2030年将以27%的复合年增长率增长，其中2030年年新增装机容量达110GW/372GWh，是2023年预期数字的2.6倍。1.1 2023全球储能市场新增装机规模06Global gross energy storage capacity additions by key market5020162017201820192020202120222023E0100数据来源：BloombergNEFUSUKGermanyOther Europe Latin AmericaChinaIndiaAustraliaSouth Korea and JapanRest of the worldBuffer2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E42GW99GWCAGR27%GW德国莱茵TV2024年储能白皮书从区域市场来看，2023年全球储能市场依然以中国、北美和欧洲为主导。中国市场的储能电池需求持续旺盛，占据了全球市场的显著份额。与此同时，北美和欧洲市场也表现出对储能电池的强劲需求。这些区域市场的持续发展和对可再生能源的重视，推动了全球储能市场的增长。中国欧盟美国2023年，中国新增投运的新型储能项目装机规模超过21.5GW/46.6GWh，同比增长超过150%，首次超越抽水蓄能，增长近四倍。其中，超过100个百兆瓦级项目投运，同比增长370%。中国共发布了653项与储能相关的政策，其中60项为国家层面政策。中国储能产业凭借技术、成本和产业链优势，已成为全球领先产业。鉴于国内储能电池产能扩张过快和商业模式待改善，海外市场成为众多储能企业的盈利新选择。2023年8月，欧盟实施了电池法规，要求自2025年2月起，动力电池和工业电池进入欧盟市场需申报碳足迹。这一“碳门槛”对中国锂电池出口构成新挑战，企业需要降低碳排放以满足要求。美国推出了电网弹性和创新伙伴关系计划（GRIP），首期拨款34.6亿美元，主要用于支持超过35GW的独立储能和400个独立微电网项目，这是美国政府历史上对关键电网基础设施的最大直接投资。为实现净零经济目标，美国电网到2050年可能需要225-460GW的长时储能，预计累计投资将达到3300亿美元。1.2 2023全球主要储能市场表现英国11月26日，英国政府发布了英国电池战略，旨在通过政府的一系列措施，到2030年建立一个具有全球竞争力的电池供应链，以推动经济繁荣和实现净零排放目标。该战略以“设计-制造-可持续”为核心理念，并配套了一系列政策措施数据来源：CNESA中关村储能产业技术联盟0708德国莱茵TV2024年储能白皮书第二章 中国储能行业概况德国莱茵TV2024年储能白皮书95%85-90%01充电：0-60 放电：-20-60适合15-85%SOC,深度充放电影响寿命衰减后不可恢复较差一般，存在过热起火，爆炸风险，当前主流技术路线锂离子电池（三元锂）兆瓦级180-3001500-350090-95%85-90%01充电：0-60 放电：-30-60适合15-85%SOC,深度充放电影响寿命衰减后不可恢复较差当前主流技术路线之一钠离子电池兆瓦级100-1802000-350090-95%85-90%01充电：0-60 放电：-20-600-100%SOC,深度充放电对 寿命基本无影响衰减后不可恢复较差比较好已有相应型号生产全钒液流电池百兆瓦级15-501600065-80%60-70%无自放电5-400-100%SOC,深度充放电对寿命无影响可在线再生好好锌溴液流电池百兆瓦级75-852500-500065-80%60-70%无自放电20-600-100%SOC,深度充放电对寿命无影响可在线再生好比较好，十兆瓦级100-2502000-450090%80%300-350约3%电化学电网储能环境适应性强环境适应性强15-20年寿命；工作温度范围宽15-20年寿命；工作温度范围宽能量密度低、寿命短，挑战能量密度低、能量密度偏低；能量密度偏低；阳极的金属钠是易燃物，高温运行，不宜深度充放电荷大功率放电存在一定安全风险存在一定安全风险材料成本限制充放电倍率低；效率较低充放电倍率低；效率较低因而存在一定的安全风险衰减后不可恢复好适合15-85%SOC,深度充放电严重影响寿命，对安全性有影响中，不可过充电，钠、近三年约5%的储能项目运用液流电池，适用于更大型电站储能安全性能已有较大突破存在溴蒸汽泄漏风险硫泄露存在安全隐患系统成本（元/kWh)400-600500-600600-700/4500-60002000-35002000-3000度电成本（元/kWh)0.15-0.30.2-0.30.2-0.3/0.7-1.00.8-1.20.9-1.2MV级占地（平米/MV）150-200100-150100-150/800-1500800-1500150-200钠硫电池一般，存在过热起火，爆炸风险优势技术成熟、结构简单、价格低廉、维护方便长寿命、高能量密度、高效率、响应速度快、长寿命、高能量密度、高效率、响应速度快、钠元素丰富，低成本，环境友好适用范围广泛，原材料资料丰富（锌、铁）；适用范围广泛，原材料资料丰富（锌、铁）；能量密度高、循环寿命长、功率特性好、响应速度快德国莱茵TV2024年储能白皮书264.2.2.3 发展趋势随着工艺和技术创新的提升，锂离子电池将呈现成本持续下降，能量密度持续提高，安全性显著提升的趋势。综合技术和成本，目前锂离子电池优势明显，尤其磷酸铁锂广泛应用，占据市场主导地位。0101固态电池，顾名思义就是将液态电池中的可燃液体成分替换为固体成分。因为整个电池都由固体成分组成，所以它不具有可燃缺陷，能够大大提高安全性。与此同时，对固态电解质的使用也能导致电池可匹配更高的正极材料和锂金属材料，进而大大提升能量密度。0202钠电池有锂电池没有的优点钠离子电池较高有充放电倍率，无过放电特性，允许放电到零伏，便于运输；钠离子电池也具有更宽的温度范围适应性，在-40C 低温下钠离子电池容量保持率 70%，高温 80C 也可以循环充放使用；此外，理论上钠离子电池的安全性能提升，这是由于钠离子电池内阻稍高，短路情况下瞬间发热量少、温升较低。而相较于铅酸电池，钠离子电池在能量密度、循环次数、成本等方面均具有优势，有望率先替代铅酸电池，应用于电动两轮车、储能、低速电动车等细分市场。0303液流电池能够深度充放电，循环寿命长，电池一致性好，功率上限高，虽然占地面积较大，大型项目通常对土地占用面积不敏感，目前处于早期商业化阶段，长期看未来趋势液流电池在大型项目应用中值得期待。0404随着能源转型加速,全球电池需求量持续上升，电池的制造、使用和报废处理带来一系列挑战，电池可持续性、环保和能效的重要性也更加凸显。欧盟作为世界上最大的经济体之一,其电池产业具有重要的战略意义。然而,现行的电池指令在监管范围和内容上存在局限性,已无法满足当前电池产业发展的需求。8月17日，欧盟电池和废电池法规（EU 以下简称“新电池法”）正式落地生效。“新电池法”规范了电池从设计、生产、使用和回收的整个生命周期，并确保其安全、可持续和具有竞争力。新的规定将对欧盟地区电池产业链全生命周期的各环节产生深远影响。0505性能磷酸铁锂电池三元锂电池固态锂电池镍钴锰酸锂（NCM）镍钴铝酸锂（NCA）锂硫电池（Li/S)钠离子电池电压3.2-3.3V3.6V3.7V可实现5V3.0V实际比容量140mAh/g160mAh/g190mAh/g1675mAh/g248 mAh/g理论比容量170mAh/g280mAh/g280mAh/g2500mAh/g372 mAh/g可提升空间21%75%47%49%50%目前能量密度150kW/kg170kW/kg230kW/kg300400kW/kg100160Wh/kg预估最大值200kW/kg300kW/kg330kW/kg900kW/kg200Wh/kg德国莱茵TV2024年储能白皮书274.2.2.4 技术要求环境电芯是电池系统的重要组成部分，它的可靠性，安全性对整个系统有 着重要的作用。电芯的能量密度不断提升，充放电 能力的不断提高，对电芯的寿命，安全性有着更高的要求。电气安全性能电池指令过充过放短路挤压燃烧振动高温热失控循环寿命容量能量密度充放电倍率截止电压高低温性能重金属白色污染碳足迹再生原材料电化学性能和耐久性二维码标签电池护照尽职调查有害物质德国莱茵TV2024年储能白皮书284.2.2.5 安全风险电芯的安全风险主要是起火、爆炸、释放有毒有害气体。物 质隔离膜（聚炳烯，聚乙烯等）隔离膜（聚炳烯，聚乙烯等）跌落，冲击，振动，挤压，内部短路 隔离膜破损，正负极短路 正负极短路出现大电流 泄放阀，隔离膜石蜡封闭电解液中锂盐（LiPE6,LiCIO4,KCLO4)有机溶液（碳酸丙烯酯（PC），碳酸二甲脂（DMC）等）负极材料（由焦炭（PC），中间相碳微珠（MCMB),炭纤维（CF),石墨（C)正极材料正极材料危险现象环境老化，过充，过放，短路过充，过放，高纬度环境，高温环境，燃烧，短路过充，过放，高纬度环境，高温环境，燃烧，短路过充，过放，高纬度环境，高温环境，燃烧，短路电池反接，短路原 理由于温度上升，隔离膜热氧老化由于电压上升，在电压作用下分解出CH4，CO;或电解液锂盐KCLO4分解释放氧气与水反应成强酸，腐蚀隔离膜由于温度上升，其中的C元素与氧反应，或者析出的锂离子与有机溶液PC反应生成C2H4。由于温度上升或者电流或者电压过大。正极材料在充电过程中，锂离子析出后，氧从晶体中脱出的速度随着温度而增加单颗电芯容量或电压不同，在串联电池中出现反充结 果正负极短路出现大电流电芯内膨胀出易燃气体，腐蚀隔离膜，正负极短路电芯内膨胀出易燃气体氧含量增加更易燃易爆正极出现易燃易爆物质防 护（效果差）泄放阀，PTC，隔离膜石蜡封闭泄放阀，PTC，隔离膜石蜡封闭泄放阀，PTC，隔离膜石蜡封闭泄放阀，PTC，隔离膜石蜡封闭泄放阀，PTC，隔离膜石蜡封闭隔离膜融化涂层崩溃高温有机溶液析出C2H4等可燃气体热失控是由副反应引发的链式反应，发热量可使电池温度升高400-1000度热滥用热失控发生热失控，温度突升，电压急剧下降至零温度()电压(v)SEI膜分解1000 温度800600400200543210电解液燃烧IVIIIIIIIIIIIIIV规模内短路?正极分解电解质分解隔膜溶基化质涂崩层溃反温应度电压热电失压控变中化温全度过与程放热速率负极与电解液反应德国莱茵TV2024年储能白皮书294.2.2.6 市场准入市 场安 规性 能法 规/化 学中国GB/T 36276GB/T 36276-德国EN 62619EN 62620EU Battery Directive欧盟EN 62619EN 62620EU Battery Directive北美日本韩国澳大利亚JIS C 8715-2SAE J 2464(4.3.3 Penetration,4.3.6 Crush)SPA-KBIA-10104-03-7312 KS C 62619IEC 62619-KS C 62620IEC 62620-ANSI/CAN/UL 1973UL 1642UL 9540A备注：上述仅为部分市场准入标准。德国莱茵TV2024年储能白皮书304.2.2.7 莱茵洞察磷酸铁锂电池是目前储能应用的最佳选择随着储能电池系统不断发展，电芯容量要求一直在上升，但是更高容量的电芯，稳定性和成本要求也同样迫切。三元材料电池有更高的能量密度和放电效率，但是材质中的钴，镍，铝等价格一直较 高，并且稳定性较低，温度和安全性较好的磷酸铁锂电芯在储能应用中越来越广泛。实际的应用 中，电芯类型的选择至关重要，在未来的储能系统中，磷酸铁锂电芯是否是最佳选择也颇受关注，寻求安全，性能，成本的平衡，未来5-10年磷酸铁锂仍将是储能应用最好的选择，也会在生产工艺 更加创新的带动下更加被广泛应用。更远的未来呢？电芯安全把控：电芯热失控的测试与验证锂离子电芯一旦因为外部或者内部的原因触发电芯内部正负极物质的剧烈反应导致的热失控是难以控制的，尤其众多的电芯组成的电池系统，热失控的威力更是巨大。所以，电芯级别的热失控的测 试和验证都是后端电池系统的最重要保证，其测试方法包括:电芯刺穿，电芯加热，电芯短路，过 充，过放等，这些都是电池系统级别的热失控可选的方法，也是电芯设计和验证的重中之重。电池全生命周期价值链可持续发展随着欧盟提出了新的电池法，电池在整个生命周期中都应该变得可持续，高性能和安全。这意味着使用完全尊重人权以及社会和生态标准的材料生产的电池，对环境的影响尽可能小。电池必须 经久耐用且安全，在使用寿命结束时，应重新利用，重新制造或回收电池，将有价值的材料重新投 入经济。单体容量不断提升，风险评估难度增加随着储能应用的需求越来越广泛，电芯容量不断提升，能量密度也同步增大，在热特性等安全方面带来新的挑战，除了单体的评估，还应结合实际应用来综合考评电芯安全性。德国莱茵TV2024年储能白皮书31电池系统主要由模组或者Pack（电芯的串并联）和电池管理系统（BMS）两大块组成。电池系统一般是由电芯串联或者并联后，安装在保护外壳里，再加上电池管理，监控系统，作为储能系统的储能零部 件使用。4.2.3 电池系统4.2.3.1概述电池系统框图电池模组BMS热管理系统BMSBMMBatteryBatteryBatteryBatteryAuxilliaryBatteryEquipmentBMMEnclosure德国莱茵TV2024年储能白皮书324.2.3.2 技术路线从应用角度，电池系统主要分为户用型、工商业型、电力系统型、便携式场 景电 压/容 量循环寿命 BMS 功 能 电芯类型户用型48-1000V/1-40kWhV/T/I保护8-10年 均衡管理 磷酸铁锂SOC估计工商业型1500V/100-500kWhV/T/I保护 分布式三层5-10年 均衡管理 磷酸铁锂SOC估计 绝缘电阻检测电力系统型1500V/10-100MWhV/T/I保护 分布式三层5-10年 均衡管理 磷酸铁锂SOC估计 绝缘电阻检测便携式300-3000WhV/T/I保护 5-10年 SOC估计 三元锂/磷酸铁锂备注：上述仅为部分市场准入标准。德国莱茵TV2024年储能白皮书334.2.3.3 发展趋势可再生能源的大规模发展，储能应用持续增加，应用场景随之多样化，电池系统未来将主要体现在：高能量密度、大功率输出、多模式输入，携带方便，用途广泛0102030401020304户用型/阳台储能系统工商业型电力系统型便携式型一体化、智能化、高寿命、免维护、安装简便模块化、集成化、保障电力连续性和稳定性规模化、系统化、一体化德国莱茵TV2024年储能白皮书344.2.3.4 技术要求电池系统就是电芯的容量、电压、电流、温度和能量的集成，同样也是安全隐患起火、爆炸、高压电击和化学危险等集成。电池系统的安全性对整个系统有着重要的作用，随着储能系统的电压、电流和容量等级的不断提升，其对应的充放电系统和BMS系统的要求也更加严格，尤其是针对电池热管理的要求。触电危害热危害能量危害火灾危害机械危害噪声危害化学危害电气安全电磁干扰度电磁抗扰度发射性能接收性能电磁场评估电磁兼容/无线电电压保护电流保护温度保护绝缘检测电池安全功能安全管理系统及硬件软件信息安全通讯协议功能安全/信息安全消防监测消防控制灭火泄爆仿真评估通风仿真评估消防/防爆海运空运道路运输运输安全循环寿命容量能量密度充放电倍率截止电压高低温性能效率性能温湿度海拔雨雪风沙盐雾地震环境有害物质碳足迹再生原材料电化学性能和耐久性二维码标签电池护照尽职调查电池指令德国莱茵TV2024年储能白皮书354.2.3.5 安全风险触电危害工作电压超过30 Va.c.(42.4 V peak)或 60Vd.c.的回路会造成触电危害，因此应具有防触电措施，防止在工作过程中对该回路直接或间接接触。热危害电池系统在运行过程中，部分元器件，尤其电池会产生较高的温度，一旦超过其能承受的温度范围，就会产生起火的风险。同时，可接触表面也会产生较高温度，进而会对人员造成烫伤危害。应通过合理的元器件选型和警示标识降低热危害。能量危害以下两种情况均有可能产生能量危害，应采取防护措施：电压不低于2V，且能持续60秒输出能量超过240VA的电气回路；电压不低于2V，且存储能量超过20J的储能器件。化学危害电池系统在运行过程中存在大量的化学反应，应确保这些化学反应不会向外部释放有害化学物质。噪声危害如果电池系统在运行过程中会产生过大的噪声，应采取措施进行降噪，确保不会对人员和环境造成噪声危害。机械危害电池系统中可移动的部件、尖锐的表面、强度较弱的安装支架等因素均有可能会导致机械危害，因此应采取合理有效的防护措施。功能安全风险电池管理系统是储能系统的核心部件之一，其功能安全（function safety）是设备安全的重要组成部分，主要是从电子电路相关的控制系统考虑，着重防止由于受控设备及其相关系统在故障或者失效的情况下导致的风险。从系统的危险识别和风险分析、整体安全要求确定和安全功能分配、安全完整性实现及验证三个重要分析步骤，参照IEC 61508、IEC 60730-1等相关参考标准梳理电池系统BMS功能安全的分析与设计过程。火灾及爆炸危害电池系统的火灾危害主要由于电芯的热失控引发过热，进而引起火灾。电池系统的爆炸危害主要由电芯损坏时产生的危险可燃气体聚集而产生，可通过泄爆和通风措施来降低爆炸风险电磁兼容及无线电危害电磁兼容包含电磁干扰和电磁抗扰度，一方面是指电池系统在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指电池系统对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。随着现代科学技术的发展，电气及电子设备的数量及种类不断增加，使电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁骚扰，使各种设备正常运转，是一个亟待解决的问题；另外，恶劣的电磁环境还会对人类及生态产生不良的影响。德国莱茵TV2024年储能白皮书364.2.3.5 安全风险电池系统的风险程度与电芯数量，失效原因密切相关Risk Level 风险程度Number of Cells 电芯数量Failure Cause 失效原因重大事故严重事故100Ah 失控后的能量相当于212g TNT 炸药 喷射高温有机物以及可燃或有毒气体O2,H2,CO,CH4,C2H4130C-450C(电解液燃烧)-1000C90C-130C(隔离膜融化)轻微事故电池模组起火爆炸 电池模组鼓胀，泄放48V(安全低电压)电芯起火爆炸 电芯鼓胀，泄放4.2V(安全低电压)电池系统起火爆炸电池系统鼓胀，泄放 电击事故60V-1500V(危险电压)操作失误系统滥用失控 系统外部撞击高温高湿失控 功能安全失效 环境失控软件失效 绝缘失效 BMS失效模组连接导线短路 模组内部热失控 电芯一致性失效模组外部短路模组内部短路 模组外部撞击机械冲击电芯被加热 电芯被撞击电芯内部失效电芯外部短路 电芯内部短路过充过放100Ah212g5048464442402017-2023期间，全球至少发生60起以上储能电站火灾事故。2021 年以前多数由三元锂电池引发；2021 年以后，中国、美国、欧洲、澳洲等储能发展迅速的地区均发生了多起严重事故。德国莱茵TV2024年储能白皮书4.2.3.6 市场准入市 场 安 规 功能安全 电磁兼容中国 GB/T 36276-GB/T 36558北美欧盟德国日本韩国澳大利亚IEC 62619,IEC 63056IEN 62477-12PfG 2698VDE-AR-N-2510-50EN 62619IEC 63056EN 62477-1JIS C 8715-2SPA-KBIA-10104-03-7312KS C 62619IEC 62619IEC 62040-1IEC 60730-1 Annex H IEC 61508 seriesISO 13849-1/-2UL 60730-1 Annex H UL 991+UL 1998IEC 61508 seriesEN 61000-6-1EN 61000-6-2EN 61000-6-3EN 61000-6-4EN 61000-6-1EN 61000-6-2EN 61000-6-3EN 61000-6-4FCCJIS C 4411-2(JIS 61000-3-2)-EN 61000-6-1EN 61000-6-2EN 61000-6-3EN 61000-6-4IEC 60730-1 Annex H IEC 61508 seriesISO 13849-1/-2IEC 60730-1 Annex H IEC 61508 seriesIEC 60730-1 Annex H IEC 61508 seriesIEC 60730-1 Annex H IEC 61508 seriesANSI/CAN/UL 1973 UL 9540A37备注：上述仅为部分市场准入标准。德国莱茵TV2024年储能白皮书384.2.3.7 莱茵洞察标准体系持续完善是基石随着电池系统的容量和规模越来越大，产生的危害：如电池起火，爆炸，有害气体泄放，高压电击等也越来越大，这对于产品和厂家都是致命的打击。随着低碳环保和新能源的国际潮 流到来，全球市场产品的电气安全，功能安全，电磁兼容，运输安全，性能准入标准也日趋 完整，目前储能行业的标准还稍显不足，TV莱茵也将和储能行业一起完善标准体系，更好 的协助电池系统的发展。BMS不断优化加强双重保护BMS作为电池系统的大脑，安全可靠性是重中之重。随着产业不断发展，BMS的功能也在不断的创新与优化，优化不仅要经过多重环境的测试考验，也要持续完善保护功能。BMS的双 重保护必须要保证，设计分断开关的冗余等。电池系统的热管理是安全守卫电池系统的安全最大考验是电池的安全性，事故的发生都是电池热失控引起的连锁反应，电池系统的热设计，热管理也是整个安全性的重要一环。功能安全重要性凸显电池系统功能安全的全面评估，对整个电池系统性能和使用寿命有很大的提升，评估包含测量功能，保护功能，故障报警，通信，继电器控制等其他功能，电池系统的电压，电流，温度测 量保护是主要功能，电压的保护裕值要严格根据电芯的参数设定，电流的设定要严格满足电池 系统电芯的要求。德国莱茵TV2024年储能白皮书39电源转换装置（Power Conversion Equipment,PCE）功率调节器或变流器(Power ConversionSystem,PCS)是指使用电力电子技术将电能从一种形式转换为另一种形式的设备。如今，可再生能源的大量接入使 PCS 成为连接直流电能(光伏、燃料电池)或可变交流电能(风能)等能源 与 电网侧实现电能双向变换的核心部件。通过现代电力电子控制技术，电源转换装置可以使电压、频率、相数及其他电气参数或特性按需要改变，衍生出的专用电气设备众多。若以电能转换方式分类，则有以下几种常见产品。整流器、逆变器、变频器、不间断电源、电动汽车充电装置、储能变流器、DCDC变换器等。4.2.4 电源转换装置4.2.4.1概述电源转换装置常见产品电源转换装置整流器逆变器储能变流器变频器不间断电源电动汽车 充电装置光伏 PV风能 Wind其他 Others电池 Battery储能变流器 PCS电网 Grid负载 LoadBAT+直流防雷器直流防雷器直流保险负荷开关软启动电路LC滤波器直流接触器直流接触器交流断路器直流EMC滤波器UVWPE双向DC/ACBAT-PE直流EMC滤波器DCDC变换器德国莱茵TV2024年储能白皮书40早期变流器功率较小，大多采用隔离型设计，输出交流波形不完美，且大多只具备离网功能，配合 铅酸电池使用，通常仅作为应急电源使用。随着电力电子变流技术和储能技术的发展，储能变流器功率逐渐增大，具有并网和离网以及两者结合的多种工作模式，控制电能具备双向流动的能力，使储能系统应用的灵活性大为提高。同时出现了光伏和储能电池同步输入的储能变流器，将储能系统与新能源相结合，两者互为补充，应用场景更为广泛。光伏+储能已成为储能系统应用场景中的典型模式。光储电站的增多，对变流器的电能转换效率要求逐渐提高，为降本增效，出现了高直流电压输入，高交流电压输出并网的技术方案。随着电动汽车行业的迅猛发展，具备光储充一体功能的储能变流器应用也逐渐增多。变流器技术发展的成熟，从单一的离网备用电源，到光储一体并/离网变流器，再到光储充一体，使得储能系统能够在更多的领域发挥作用，促进了新能源产业的发展。4.2.4.2 技术路线微型变流器因其低直流电压、隔离型设计、高安全性的特点，近年来得到快速发展。虽然产品功率较小，但应用场景灵活，使得传统的工业发电设备呈现家电化的特征。技术类别微型组串式(小型)组串式(中型)集中式(大型)应用场景户用、阳台户用、家庭住宅工商业楼宇屋顶、农光渔光、水面、山地丘陵等大型地面电站电气隔离隔离型非隔离非隔离隔离型直流能源接入光伏组件及小型储能电池各类光伏阵列、中小型储能电池单元各类光伏阵列、中小型储能电池单元大型光伏阵列、集装箱储能电池单元交流电网接入低压（无变压器接入）或离网应用（不过电表）低压(无 变压器接入)低压(无变压器接入)、中、高压(变压器接入)中、高压(变压器接入)安装方式支架、墙面支架、墙面支架、墙面配电房、集装箱运维要求极低低中高德国莱茵TV2024年储能白皮书414.2.4.3 发展趋势低功耗、快运算、新拓扑基于 SiC、CaN 等新材料开发的半导体功率器件损耗小，内阻低。基于功能强大，运算高速的 DSP 等控制器件以及多电平新型电路拓扑的应用，将使变流器的电能转换效率，谐波等电能质量指标进一步提高，终端产品的机械结构、重量体积等也有望更趋于优化。易安装、家电化、智能化组串式小功率变流器主要应用于户用住宅，小型轻量化，便于安装的结构设计是关键。另外，其家电化、智能化也是大势所趋。无内部风扇、无大显示面板及无按键的设计更受市场青睐。能源管理正从工业领域悄然在人们日常生活中延伸。配合各种传感设备、利用无线通信技术以及特定通讯协议，将众多家用电器互联互通，并集成能源管理控制方案于变流器，使其成为家庭能源管理系统(HEMS)的核心。多应用、高功率、易运维组串式中功率变流器广泛应用于工商业屋顶，山地丘陵，农光渔光互补等分布式电站项目。近来，组串式变流器单机功率50kW至350kW 不断提高。因地制宜，充分考虑安装的便捷性，减少现场配线施工等。无内部风扇设计，维护维修也多趋向免开盖设计。直流侧输入路数的增加，减少了汇流中间环节，不仅节省电缆及施工成本，还提高了可靠性。这些都是主流的设计理念。中高压、强支撑、一体化大型电厂(风光储电站)为降本增效，要求变流器功率进一步提升(1MW以上)。直流与交流侧接入电压越来越高。例如，直流侧1500V 接入已非常普遍，直流2000V也在开发或示范应用中。交流侧通过集成变压器直接接入中高压电网。需求响应则要求需具备调频、调压、调峰、惯量响应、黑启动、电池充放电、并离网运行、电网电压故障穿越功能及有功无功调节等功能。集成变流器、中高压变压器一体化的集装箱式解决方案将系统简化，方便安装施工，提高大型电站的可靠性。0102 0403 半导体新材料的应用户用型商用型电站型01020304德国莱茵TV2024年储能白皮书424.2.4.4 技术要求触电危害热危害能量危害火灾危害机械危害噪声危害化学危害电弧危害电气安全发射抗扰度无线电磁兼容/无线电电网适应性防孤岛效应故障穿越有功/无功控制协议并网功能安全管理系统及硬件软件信息安全通讯协议功能安全/信息安全效率自动开关机软启动过载能力通讯性能温湿度海拔雨雪风沙盐雾地震环境德国莱茵TV2024年储能白皮书43触电危险电压值高于安全电压的电压都可能导致触电危险。变流器应确保可靠接地，若有必要，则应增设第二保护接地点。电气间隙与爬电距离应按照标准要求设计。热危险机械危险风扇等运动部件应施加防护，以防止人接触。应考虑在正常安装位置产品的稳定性，并且门或其它可打开的装置应在最不利的位置。挂墙安装的变流器应考虑其结构的机械承载能力。电磁兼容电气电子产品运行时所收发的电磁波可能干扰周边其他电子电气产品，也会受到周围设备的影响。变流器中的一些部件工作时对周边电磁环境有很大影响，需依据相应标准和法规充分评估与测试。4.2.4.5 安全风险合理布局，充分考虑热设计，使大功率发热器件在合理的安全温度范围内工作。并考虑器件在特殊环境，长期时间工作条件下的不利因素。并选择和使用能够降低自燃或引燃的材料。能量危险使用者可接触区域不得出现危险能量，维修者可触及区无法避免的，应在相应位置施加警示，并且应在产品说明书中阐述安全的操作方式。火灾危险产品非正常工作或发生故障而引起的火灾。例如，拉弧、过流、短路、电机堵转等部件过温而引发的火灾。噪声危险凡是使人感到厌烦或不需要声音都可以叫噪声。如果距离逆变器1米外的地方测得的噪声大于80分贝，则认为存在噪声危险。对于中小功率，虽不至于有噪声危险，但由于使用环境是居住的区域，故应该尽可能低的降低噪声风险，不带来任何影响人们生活的噪声。而对大功率逆变器，如果存在噪声风险，应该标识出风险，同时给出指导方法来降低噪声。化学危险产品中的某些部件或者材料在一定条件下产生化学物质的释放。例如，电容、电池故障情况时，其中的电解液泄漏，导电部件因电化学作用而腐蚀等。并网保护分布式电源占比不断提高对电网的影响不可忽视。故此，要求变流器能检测电网侧和电源侧发生的故障或各种异常情况，并适时响应电网变化，必要时断开电网，避免危及电网正常运行或损坏供电装置。环境影响应用场景中的环境因素，是影响产品安全、性能、可靠性的主要外因。日照辐射、温湿度、风力、污染、雨雪、极端天气等，对变流器中各个部件的持久可靠运行带来极大的挑战。功能安全产品功能越来越多的依赖软件来实现，软件在产品安全功能的实现中发挥的作用与日俱增，潜在的风险必须要加以识别和充分评估。德国莱茵TV2024年储能白皮书444.2.4.6 市场准入中国北美欧盟德国日本韩国 SPS-SGSF-025-4-1972 SPS-SGSF-025-4-1972 SPS-SGSF-025-4-1972澳大利亚安 规GB/T 34120GB/T 34133UL 1741CSA C22.2 No.107.1EN 62109-1(有光伏输入)/EN 62477-1(无光伏输入)EN 62109-1(有光伏输入)/EN 62477-1(无光伏输入)50kW:IEC 62109-1(有光伏输入)/IEC 62477-1(无光伏输入)IEC 62109-1/-2(有光伏、电池输入)IEC 62477-1(其他能源输入)GB/T 34120GB/T 34133FCCEN 61000-6-1EN 61000-6-2EN 61000-6-3EN 61000-6-4EN 61000-6-1EN 61000-6-2EN 61000-6-3EN 61000-6-4IEC 61000-6-1IEC 61000-6-2IEC 61000-6-3IEC 61000-6-4JIS C