儲能技術解析-儲能系統解決方案現狀及趨勢
2021年7月，國家發改委、國家能源局聯合印發的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》明確，實現新型儲能從商業化初期向規模化發展的轉變，到2025年，累計裝機規模達3000萬千瓦以上。2021年9月，國家能源局發布《新型儲能項目管理規范（暫行）》，促進新型儲能積極穩妥健康有序發展，支持以新能源為主體的新型電力系統建設。
一、什么是儲能
先了解一下儲能的基本概念，儲能是指通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放出來的過程。一般講到儲能，主要是指電能的儲存。其實儲能本身不是新興的技術，但從產業角度來說卻是正處在起步、發展階段。儲能技術是未來能源系統具備柔性、包容性和平衡功能的關鍵節點。
從應用上看，儲能是電力系統中的關鍵一環，可以應用在“發、輸、配、用”任意一個環節。電力即發即用，無法直接存儲，配儲則可以平滑電力波動性，減少資源浪費。按應用場景可分為用戶側（自發自用、峰谷價差套利），發電側（可再生能源并網、減少棄光棄風）、電網側（電力調峰、調頻）、輸配側以及輔助服務（5G基站備用電源）等多種用途。
二、儲能的意義
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保證系統穩定，通過儲能系統的能量存儲和緩沖使得系統即使在負荷迅速波動的情況下仍然能夠運行在一個穩定的輸出水平。
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能量用于備用，儲能系統可以在清潔能源發電無法正常運行的情況下起備用和過渡作用。
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提高電力品質和可靠性，儲能系統還可防止負載上的電壓尖峰、電壓下跌、外界干擾所引起的電網波動對系統造成大的影響，采用足夠多的儲能系統可以保證電力輸出的品質與可靠性。
儲能應用于電力系統，可以彌補電力系統中缺失的儲、放功能，是保障清潔能源大規模發展和電網安全經濟運行的關鍵。儲能在改變電能生產、輸送和使用同步完成的規模，使得實時平衡的剛性電力系統變得更加柔性，特別是在平抑大規模清潔能源發電接入電網帶來的波動性方面尤為突出。
三、儲能為什么這么火爆
儲能本身不是新興的技術，但是似乎一夜之間儲能這個概念就火了？小編認為其根源在于環保。
2020年9月，我國承諾在2030年實現碳達峰、在2060年實現碳中和的目標，西方國家則是在2050年前實現碳中和的減排目標。如今各國都對碳排放達成了共識，并且制定了非常嚴格的標準。在未來，一個產品能否興盛，第一要務不是它是否好用，而是是否環保。
在降碳目標下，電力作為能源轉型的中心環節，碳減排的關鍵領域，電力低碳轉型對實現碳達峰和碳中和的目標具有全局意義。火電廠作為碳排放大戶，在轉型要求之下，就要迎來重大改變，我國目前雖然離不開火力發電，但在中國碳達峰碳中和目標的約束下，停建和減少火電無疑是需要重視的一環。未來發電方式會逐漸向清潔能源的方式靠攏，也就是核電、水電、風電、光伏和生物質發電。
綜合清潔能源發電的優勢來看，風能和太陽能是取之不盡用之不竭的資源，因此風電和光伏沒有燃料成本制約，成為清潔能源電力中增長最快的產業。從裝機規模上看，風電和光伏是最有潛力能夠替代煤電的電力。但是由于風電和光伏發電不穩定，并網消納問題，依然是受限制的，這也導致其商業化步伐降低。
簡而言之，風能和光伏發電有一個關鍵的弱點——出力不穩定，無法做到隨用隨發，風能和光伏發電都有“靠天吃飯”的意思，于是“儲能”應運而生。儲能的出現，將解決發電側這些弊端問題，儲能可以針對風能及光伏發電的隨機性、波動性和間接性進行調解，實現風、光、儲多方面的出力互補，提高新能源發電的可預測性、可控制性、可調度性，使之達到或接近常規電源，解決新能源安全穩定運行和有效消納問題。
在新能源替代化石能源的進程中，儲能技術可以說是新能源產業革命的核心，儲能市場也迎來了爆發式增長，必將導致新能源市場的激烈競爭。
四、儲能的主流方式
儲能技術按照儲存介質進行分類，可以分為機械類儲能、電氣類儲能、電化學類儲能、熱儲能和化學類儲能。機械類儲能的應用形式有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。
小編帶大家了解一下目前市場上主流的儲能方式：機械類儲能和電化學儲能。
機械類儲能
物理儲能作為最成熟并已形成商業化的儲能方式，它主要包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能等。根據根據中關村儲能產業技術聯盟（CNESA）數據統計，截止2020年底全球儲能裝機規模中，抽水蓄能占比達到90.3%，占據絕對的主導地位。
電化學儲能
電化學儲能作為近幾年增長最迅猛的儲能方式，增長速度由2018年的3.7%迅速提升到2020年的7.5%，受益于儲能技術的快速進步，單位成本逐漸降低，具備了良好的商業化運用條件，它主要包括以下幾種方式：鋰離子電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能。由于電化學儲能需要考慮壽命、安全性、以及經濟成本的問題，而鋰離子電池儲能具有能量密度高、商業應用廣、單位成本不斷下降、技術成熟，由此鋰離子電池儲能成為全球電化學儲能的霸主地位。根據數據顯示，截止2020年底，鋰離子電池占電化學儲能裝機量的92%，鈉硫電池和鉛蓄電池分別占比3.6%、3.5%。目前鋰離子儲能主要采用磷酸鐵鋰電池技術
儲能市場巨大，隨著技術進步，儲能方式也會產生緩慢變化，未來代表性的儲能技術包括超導儲能和超級電容器儲能等
五、電化學儲能產業鏈
作為目前技術進步最快的電化學儲能，跟著小編一起來了解下其產業鏈。
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。
電池組
電池組作為電化學儲能系統的主要組成部分，成本占整個電化學儲能的50%左右，主要的電池組廠商包括寧德時代、比亞迪、LG化學、三星SDI、派能科技、億緯鋰能、國軒高科等。
儲能變流器
儲能變流器是控制儲能電池組充放電過程與電流的交直流變換，主要廠商包括：陽光電源、固德威、錦浪科技、科華恒盛、盛宏電器、SMA、SolarEdge等
儲能系統
儲能系統主要作用是數據采集、網絡監控、能量調度。主要廠商包括：陽光電源、海博思創、沃太能源、科陸電子、特斯拉、Sonnen等
六、儲能系統解決方案現狀及趨勢
在一套完整的儲能系統中，儲能監控系統是核心設備。儲能的監控系統不是孤立存在的，不僅僅是要監視儲能相關的信息或者電池的相關信息，它是一個整體的監控體系。
拿國內應用較為廣泛的電池儲能舉例，儲能監控系統可對儲能電站的PCS（變流器）、儲能電池及其他配套輔助設備（傳感器）等進行全面監控，實時采集其運行狀態與參數，并通過網絡與調度層通訊，實現儲能系統的實時遠程監控和調度指令的收發。同時，儲能監控系統還可以通過傳感器采集儲能電站的水浸、煙霧、門禁、溫度等環境數據，無需再單獨配備動環監控系統。
早期的儲能監控系統硬件多是采用X86架構，隨著嵌入式技術的不斷發展，目前已經有很多型號的ARM微處理器可以替代X86架構以滿足儲能監控系統的硬件需求。
今年7月23日，國家發展改革委、國家能源局發布了關于加快推動新型儲能發展的指導意見，意見提出“到2025年，實現新型儲能從商業化初期向規模化發展轉變。”而更低的成本優勢，對未來裝機數量將呈爆發式增長的儲能行業是一個非常利好的因素。
七、ARM在儲能監控系統中的應用
小編以飛凌嵌入式提供的ARM架構核心板講解一下，ARM如何應用于儲能監控系統。
先貼一張儲能監控系統框架圖，通過此圖，我們可以很清晰的了解ARM核心板在儲能監控系統中的定位。
飛凌嵌入式FETMX8MP-C核心板可以實現以下儲能監控系統功能：
2路千兆網絡：1路用于連接調度主機，1路與局域網其它設備通信；
2路CANFD：1路采集電池堆數據，1路采集PCS數據。CANFD數據傳輸速率高達8Mbps；
支持8路UART：用來連接各種傳感器和配套輔助設備。（4路原生UART，4路通過USB擴展）
顯示接口豐富：支持HDMI、LVDS、MIPI等多種顯示接口，可用于本地顯示；
支持4G/5G：可進行無線通訊；
超長供貨周期：核心板供貨周期可達10年以上，為產品的市場生命周期保駕護航。
八、為什么儲能系統ARM解決方案增多
儲能柜部署在全球各個地區，尤其是一些偏遠地區環境比較惡劣，儲能柜的數據量巨大，且對采集時間有較高要求，當設備出現故障時運維成本非常昂貴。如何保證儲能柜的控制系統能夠穩定運行，保障系統故障后自動恢復，如何實時掌握設備工作狀態和信息也就成為了用戶關注的問題。
從用戶需求角度看相較于X86架構的主板，ARM主板解決方案也是一個不錯的選擇。
性能：ARM主板的性能已經越來越接近X86主板，甚至在某些方面超過了它。從視頻多媒體、數據通信等幾個方面，和X86有些類似。
數據安全及硬件結構的穩定性：ARM主板都采用高度集成方式，數據一般都放在Flash內部，采用二進制格式，外部無法直接拷貝內部數據。目前ARM主板的系統一般為Linux、Android系統或者其他非WINDOWS系統，不會受病毒感染，客戶無須擔心病毒感染而導致數據泄漏或文件破壞，尤其是一些對于數據安全性要求很高的場所，ARM主板非常適合。
工作時間：ARM主板功耗極低，僅有幾W，主板溫度一般是常溫，可以一直開機工作，無須人員去維護，而且在掉電情況下，只要來電，那么就會自動啟動，無須人員去開機或者關機，而X86主板CPU的高主頻所產生較高的熱量，容易磨損，壽命有限，需要人員維護，而且不能長期工作，否則會讓主板壽命大大降低。
環境：ARM主板一般都是工業級寬溫，而X86主板對環境溫度適應范圍相對要小。
靈活性：ARM主板可以根據用戶的需要來進行靈活配置，比如logo，內存大小，系統驅動程序裁減，周圍芯片的裁減，系統軟件的加載等等，無論軟硬件都是非常靈活這樣也會大大降低客戶的成本和系統整體的維護成本和性能，而X86卻無法做到這一點
價格：ARM主板目前價格都非常低，而且ARM主板已經包含了內存和存儲介質，無須外部購買配件，因此整體系統成本比X86價格要低很多。
綜合來看，ARM架構產品，在儲能系統中應用是非常合適的，也難怪有越來越多的公司選擇ARM產品設計儲能系統。
關于使用嵌入式ARM核心板更多知識，您可以查閱小編曾經推薦過的《一文讀懂，為什么推薦您采用嵌入式核心板開發產品？》
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