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什么是儲(chǔ)能系統(tǒng)？在這篇文章里，作者給出了他的回答，儲(chǔ)能系統(tǒng)即一個(gè)“巨型充電寶”，可以在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)等場(chǎng)景應(yīng)用，起到平衡供需、優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行、節(jié)省用電成本、應(yīng)急備用等關(guān)鍵作用。一起來(lái)看看作者關(guān)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的解讀。

動(dòng)機(jī)

近期，個(gè)人對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)品相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行了學(xué)習(xí)與研究，基于通過(guò)輸入-輸出的方式，進(jìn)一步梳理和強(qiáng)化自己的認(rèn)知的目的，我從什么是儲(chǔ)能？ 為什么需要儲(chǔ)能？?jī)?chǔ)能的幾種方式？電化學(xué)儲(chǔ)能的構(gòu)成等方面，對(duì)輸入的知識(shí)進(jìn)行一步梳理與轉(zhuǎn)化。

一、什么是儲(chǔ)能系統(tǒng)？

儲(chǔ)能，從字面上理解，儲(chǔ)能即能量的存儲(chǔ)，是指通過(guò)介質(zhì)或者設(shè)備，把能量存儲(chǔ)起來(lái)，基于未來(lái)應(yīng)用需要以特定能量形式釋放出來(lái)的能量循環(huán)轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程。

舉個(gè)例子：在日常生活中，我們使用移動(dòng)智能設(shè)備的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到設(shè)備電量低，但因環(huán)境限制無(wú)法為移動(dòng)智能設(shè)備充電的場(chǎng)景。此時(shí)，充電寶通過(guò)提前存儲(chǔ)的電能，就可以為移動(dòng)智能設(shè)備提供臨時(shí)的電力支持，幫助我們應(yīng)對(duì)各種充電困難的場(chǎng)景。

在上述案例中，充電寶，通過(guò)提前存儲(chǔ)的電能幫我們打破了電能在時(shí)間和空間上的限制，解決了電能供需匹配的問(wèn)題。

回到供電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能是指電能的存儲(chǔ)，指利用化學(xué)或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)起來(lái)，并在需要時(shí)以電能形式釋放的一系列技術(shù)和措施。

儲(chǔ)能系統(tǒng)就像一個(gè)“大型的充電寶”，它可以分別應(yīng)用在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)，通過(guò)儲(chǔ)存電能優(yōu)化電能的輸入與輸出，提高新能源的利用率，解決新能源電能與傳統(tǒng)電能共存的沖突，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性與靈活性。

二、為什么需要儲(chǔ)能系統(tǒng)？

1. 提高新能源發(fā)電穩(wěn)定性與能源利用效率

2020年，中國(guó)在聯(lián)合國(guó)會(huì)議中提出了碳達(dá)峰和碳中和的雙碳目標(biāo)，承諾在2030年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值，并努力爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)碳中和，即減少二氧化碳排放至幾乎零的狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和提高能源利用效率是必要的路徑，其中能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型策略的核心是，降低對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)，減少煤炭等高碳能源的使用，加快太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等可再生能源的利用發(fā)展和利用。

在政策的驅(qū)動(dòng)，太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電在新能源電站、工商業(yè)、戶用等場(chǎng)景快速發(fā)展，然而，太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電其自身具有間接性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，即它們產(chǎn)生的電能受到天氣條件、太陽(yáng)高度和時(shí)間等因素的影響，因此無(wú)法始終穩(wěn)定地提供電能。

例如：太陽(yáng)能光伏發(fā)電在依賴(lài)太陽(yáng)光照射下將光能轉(zhuǎn)化為電能，但其產(chǎn)能受到季節(jié)、天氣、時(shí)間條件的限制，陰天、夜晚或其他遮擋因素都會(huì)影響太陽(yáng)能發(fā)電的產(chǎn)能，表現(xiàn)出間接性和波動(dòng)性。

因此，為了解決新能源發(fā)電的問(wèn)題與提高能源的利用效率，通過(guò)在新能源發(fā)電的產(chǎn)與供環(huán)節(jié)中，增加儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將多余的再生能源電能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)釋放，以平衡供需差異和穩(wěn)定能源輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生能源發(fā)電的調(diào)峰填谷，提高能源利用效率，并確保持續(xù)供電。

2. 解決新能源電能與傳統(tǒng)電能共存的沖突

在傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)中，電能的來(lái)源時(shí)相對(duì)單一、集中的，電力系統(tǒng)根據(jù)用電需求實(shí)時(shí)進(jìn)行電能的生產(chǎn)和供應(yīng)。

具體來(lái)說(shuō)，電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠（如火電廠、核電廠等）會(huì)通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并將其輸入到輸電網(wǎng)中，輸電網(wǎng)將電能以高電壓進(jìn)行傳輸，以減少能量損耗。然后，通過(guò)變電站將高壓電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合不同用戶使用的低壓電能，并通過(guò)配電網(wǎng)將其輸送給終端用戶。用戶在需要用電時(shí)，通過(guò)插座或開(kāi)關(guān)等裝置將電能提取出來(lái)，供各種電氣設(shè)備使用。

在上述“即發(fā)即用”電能供應(yīng)下，電能供應(yīng)來(lái)源單一，電力系統(tǒng)需要在瞬時(shí)間完成產(chǎn)與供，發(fā)電機(jī)組通常以額定功率運(yùn)行，以滿足電網(wǎng)中用戶安全、可靠、連續(xù)的用電需求，電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率主要依賴(lài)于實(shí)時(shí)的供需情況，如無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)用戶的電力需求，或者用戶的需求突然出現(xiàn)大的波動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致電力供應(yīng)不足或者浪費(fèi)電力資源的情況。

由于新能源電能其自身具備間接性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，當(dāng)常規(guī)的火電、核電等提供的電能與新能源電能同時(shí)輸入電網(wǎng)時(shí)，傳統(tǒng)供電系統(tǒng)則會(huì)面臨穩(wěn)定性、靈活性、電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)營(yíng)、供需調(diào)度、交易機(jī)制、安全等方面的挑戰(zhàn)，例如：傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)則會(huì)面臨優(yōu)先使用什么類(lèi)型的電能？供大于求時(shí)，怎么辦？

因此，通過(guò)在供電系統(tǒng)的中的電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)增加儲(chǔ)能系統(tǒng)，不僅可以在新能源大發(fā)或者用電低谷時(shí)充電，新能源出力小或者用電高峰時(shí)放電，還可以平滑不穩(wěn)定的新能源發(fā)電、助力其開(kāi)發(fā)消納，配合常規(guī)火電、核電等電源提供調(diào)峰調(diào)頻等服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的靈活性與穩(wěn)定性。

舉個(gè)例子：當(dāng)某個(gè)地區(qū)電能供應(yīng)來(lái)源主要為火力發(fā)電和光伏發(fā)電，在中午高溫時(shí)刻，用電側(cè)用電需求大，當(dāng)火力生產(chǎn)的電能現(xiàn)已經(jīng)能滿足供電需求，此時(shí)如果同時(shí)將光伏發(fā)電輸入電網(wǎng)，則可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降和頻率不穩(wěn)定等問(wèn)題，進(jìn)而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

為解決這個(gè)沖突，通過(guò)增加儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以在光伏發(fā)電量超過(guò)電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)，將光伏發(fā)電量先通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)起來(lái)，并在需要時(shí)將其釋放出來(lái)供電網(wǎng)使用，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的平滑接入電網(wǎng)，同時(shí)提高電網(wǎng)的可靠性和供電質(zhì)量。

3. 小結(jié)

在分布式新能源、微電網(wǎng)、新型電力系統(tǒng)的快速發(fā)展背景下，儲(chǔ)能技術(shù)在促進(jìn)能源生產(chǎn)消費(fèi)、開(kāi)放共享、靈活交易、協(xié)同發(fā)展、推動(dòng)能源革命和能源新業(yè)態(tài)發(fā)展等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它不僅可以解決風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電過(guò)程中簡(jiǎn)接性、波動(dòng)性、隨機(jī)性等問(wèn)題，還是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、建設(shè)新型能源體系、促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的重要技術(shù)與基礎(chǔ)裝備。

儲(chǔ)能的本質(zhì)就是一個(gè)“巨型充電寶”，其在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)等場(chǎng)景的應(yīng)用，起到平衡供需、優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行、節(jié)省用電成本、應(yīng)急備用等關(guān)鍵作用。

能量?jī)?chǔ)存的過(guò)程需要通過(guò)特定的介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾姵?，就是通過(guò)內(nèi)部電解質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，從而實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換。

三、儲(chǔ)能的幾種方式

在廣義上，儲(chǔ)能有電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及氫儲(chǔ)能三大類(lèi)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)和技術(shù)路線的不同，又可以進(jìn)一步細(xì)分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及化學(xué)儲(chǔ)能等多種類(lèi)型。其中，電儲(chǔ)能是最主要的儲(chǔ)能方式，它可以根據(jù)存儲(chǔ)原理的不同，被進(jìn)一步分為電化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能兩種技術(shù)類(lèi)型。

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要包括鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池以及超級(jí)電容器等。機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)則主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能以及飛輪儲(chǔ)能等。

1. 電化學(xué)儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉離子電池、液流電池等細(xì)分類(lèi)型，本質(zhì)上都是都是利用電池的電化學(xué)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并進(jìn)行儲(chǔ)存與儲(chǔ)能電池組中，只不過(guò)電池的材料和化學(xué)反應(yīng)機(jī)制會(huì)有所不同。

以手機(jī)的蓄電池為例，目前市面手機(jī)電池一般為鋰離子電池，充電時(shí)，充電電流通過(guò)正極進(jìn)入電池，推動(dòng)鋰離子從正極材料中脫出并進(jìn)入電解液。

在電解液中，鋰離子會(huì)與電解液中其他離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得鋰離子在電解液中傳輸至負(fù)極材料，并在負(fù)極材料中插入，這個(gè)插入過(guò)程將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并將鋰離子儲(chǔ)存在負(fù)極材料中，因?yàn)閷囯x子插入到負(fù)極材料的晶格或多孔結(jié)構(gòu)中，形成一種所謂的鋰嵌入化合物，該化合物可以在需要時(shí)釋放鋰離子以供電子設(shè)備使用。

放電過(guò)程是充電過(guò)程的逆向過(guò)程，當(dāng)外部電路連接到電池上時(shí)，儲(chǔ)存在負(fù)極材料中的鋰離子開(kāi)始從負(fù)極材料中脫出并進(jìn)入電解液。這些鋰離子在電解液中與其他離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，推動(dòng)鋰離子在電解液中傳輸至正極材料。在正極材料中，鋰離子嵌入到材料的晶格或多孔結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生電荷，這些電荷通過(guò)外部電路流動(dòng)，為電子設(shè)備提供電能。

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲(chǔ)能變流器（PCS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）四部分組成，其中儲(chǔ)能電池用于存儲(chǔ)電能，變流器用于電能的轉(zhuǎn)化，電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)B電池的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、保護(hù)、均衡，能量管理系統(tǒng)（EMS）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度。

2. 機(jī)械儲(chǔ)能

機(jī)械儲(chǔ)能是指利用物理裝置將能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量并存儲(chǔ)的儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同可以分為抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等類(lèi)型。

舉給通俗例子：在射箭的時(shí)候，我們會(huì)用手用力拉弓箭，此時(shí)力氣轉(zhuǎn)化為弓弦的彈性能量并存儲(chǔ)在弓弦，在我們松開(kāi)手時(shí)，弓弦會(huì)將儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，推動(dòng)箭飛出去。在這個(gè)過(guò)程中，人的力氣被儲(chǔ)存在弓弦中，當(dāng)需要時(shí)被釋放出來(lái)，產(chǎn)生了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能量。

在電力系統(tǒng)中，目前應(yīng)用最廣泛的是抽水蓄能，其原理是通過(guò)利用水的高低位轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的勢(shì)能來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量，在低電力需求時(shí)，將水抽升到高處的水庫(kù)中，將電能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)；而在高電力需求時(shí)，通過(guò)將高位水庫(kù)下放低位水庫(kù)的過(guò)程中通過(guò)渦輪機(jī)將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能并釋放。

根據(jù)《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2022》顯示，目前我國(guó)已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點(diǎn)資源總量約8.23億千瓦，已建、核準(zhǔn)在建裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.7億千瓦。

3. 電磁儲(chǔ)能

電磁儲(chǔ)能是指利用電磁場(chǎng)來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量的技術(shù)，其中，超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能是兩種常見(jiàn)形式。

1.超級(jí)電容器儲(chǔ)能：超級(jí)電容器儲(chǔ)能可以理解是傳統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能（如電池）的一種升級(jí)版或改進(jìn)形式。

在這里我們可以將超級(jí)電容器看作為一種“特殊”的電池，其結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)電池相似，但在電解質(zhì)和電極材料上進(jìn)行了優(yōu)化。

超級(jí)電容器利用電介質(zhì)的電吸附-電解質(zhì)雙層效應(yīng)，將電能以電荷的形式儲(chǔ)存在電極上，其優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)快速充放電，具有長(zhǎng)壽命，且可以承受大功率的充放電過(guò)程，與傳統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備（如鋰離子電池）相比，超級(jí)電容器儲(chǔ)能以其高功率密度、快速充放電、長(zhǎng)壽命和高可靠性等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能的不足之處。

2.超導(dǎo)儲(chǔ)能：超導(dǎo)儲(chǔ)能是一種無(wú)需經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換而直接儲(chǔ)存電能的技術(shù)，它利用特殊超導(dǎo)材料制成的線圈，在低溫下將電流輸入到超導(dǎo)線圈中，電流可以在超導(dǎo)線圈以超導(dǎo)狀態(tài)無(wú)損耗地循環(huán)流動(dòng)，直到輸出。

4. 熱儲(chǔ)能

熱儲(chǔ)能技術(shù)是指通過(guò)特定的裝置或物理介質(zhì)，將太陽(yáng)能光熱、工業(yè)余熱、地?zé)岷偷推肺粡U熱等熱能儲(chǔ)存起來(lái)，待到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)使用，實(shí)現(xiàn)供熱或通過(guò)能量交換裝置將熱能量轉(zhuǎn)化為其他能量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，最大限度地提高能源的利用率。

熱儲(chǔ)能系統(tǒng)由四個(gè)核心系統(tǒng)組成：統(tǒng)聚光（集熱）系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、儲(chǔ)換熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)協(xié)同完成熱能的收集、吸收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化的過(guò)程。

熱能可以以顯熱、潛熱或兩者兼有的形式儲(chǔ)存，即可通過(guò)改變介質(zhì)溫度、改變介質(zhì)材料狀態(tài)或熱化學(xué)熱反應(yīng)等來(lái)儲(chǔ)存熱能。

顯熱是靠?jī)?chǔ)熱介質(zhì)的溫度升高來(lái)儲(chǔ)存，如常溫下水和卵石均為常用的儲(chǔ)熱材料。

潛熱儲(chǔ)存則是利用材料由固態(tài)熔化為液態(tài)時(shí)需要大量熔解熱的特性來(lái)吸收儲(chǔ)存熱量，熱量釋放后介質(zhì)回到固態(tài)，相變反復(fù)循環(huán)形成貯存、釋放熱量的過(guò)程。這些技術(shù)使用如熔鹽、混凝土、鋁合金或巖石材料等介質(zhì)將熱量存儲(chǔ)于絕熱容器中，使用最廣泛的技術(shù)路線是熔鹽和聚光太陽(yáng)能（CSP）發(fā)電設(shè)施相結(jié)合。

舉個(gè)例子：2019年12月31日，我國(guó)在敦煌建成了以熔鹽為吸熱、儲(chǔ)熱介質(zhì)的商業(yè)化光熱發(fā)電站，該電站就是利用熔鹽作為吸熱和儲(chǔ)熱的介質(zhì)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存起來(lái)。在白天，太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)光聚焦到熔鹽上，使熔鹽加熱到高溫狀態(tài)。這些熔鹽被儲(chǔ)存在一個(gè)熱儲(chǔ)存裝置中，在需要發(fā)電時(shí)通過(guò)高溫工質(zhì)產(chǎn)生的高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電實(shí)現(xiàn)從熱能經(jīng)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。

5. 化學(xué)儲(chǔ)能

化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能是指利用不同介質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲得化學(xué)能并存儲(chǔ)，然后在需要的時(shí)候再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化回電能的技術(shù)。目前，這種技術(shù)的主要應(yīng)用包括氫儲(chǔ)能和合成天然氣儲(chǔ)能等。

以氫儲(chǔ)能為例，氫儲(chǔ)能是過(guò)通過(guò)燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，氫儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、氫發(fā)電系統(tǒng)三個(gè)部分組成。目前制氫路線主要包括煤炭制氫（價(jià)格低廉，但設(shè)備成本高、碳排放量大）、天然氣制氫和可再生能源制氫（主要指將太陽(yáng)能、風(fēng)能等間歇性可再生能源余電或無(wú)法并網(wǎng)的棄電，通過(guò)電解水制氫），其中可再生能源制氫為發(fā)展重點(diǎn)。

6. 小結(jié)

在眾多的儲(chǔ)能技術(shù)中，機(jī)械儲(chǔ)能的抽水蓄能是目前商業(yè)化應(yīng)用最為成熟的儲(chǔ)能方式，具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性和大規(guī)模儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)。電化學(xué)儲(chǔ)能方面，鉛酸電池由于其成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直占據(jù)主導(dǎo)地位，但隨著科技進(jìn)步，鋰電池、鈉硫電池等新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)正在逐步發(fā)展，并正處于從示范階段向商業(yè)化過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期。

其他儲(chǔ)能技術(shù)，如機(jī)械儲(chǔ)能中的高速飛輪儲(chǔ)能，電磁儲(chǔ)能的超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能，以及化學(xué)儲(chǔ)能等，盡管在理論和實(shí)驗(yàn)階段展現(xiàn)出巨大的潛力和優(yōu)越性，但由于技術(shù)復(fù)雜度、成本控制等因素，目前仍處于研發(fā)和試驗(yàn)階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

四、電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成

能量的儲(chǔ)存過(guò)程包括能量輸入、能量轉(zhuǎn)化、能量存儲(chǔ)和能量輸出四個(gè)關(guān)鍵步驟，這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要軟硬件的協(xié)同工作，其中硬件部分提供了能量轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)和輸出的物理能力，而軟件部分則通過(guò)監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化算法來(lái)確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效運(yùn)行、安全性和可靠性。

以電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，要實(shí)現(xiàn)電能的輸入、轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)、輸出、電力調(diào)度、運(yùn)行監(jiān)控等關(guān)鍵任務(wù)，需要儲(chǔ)能電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）以及儲(chǔ)能變流器（PCS）等多個(gè)組件的協(xié)同工作，它們共同構(gòu)成了一個(gè)完整的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

1. 儲(chǔ)能電池系統(tǒng)

1.電池組：電池組是擔(dān)任關(guān)鍵的儲(chǔ)能角色，是儲(chǔ)能系統(tǒng)最核心的構(gòu)成部分，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和釋放電能，電池組通常是指的是由多個(gè)單電芯串聯(lián)組成的電池簇，然后多個(gè)電池簇組成的電池組，電池組的大小和容量取決于儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求和應(yīng)用場(chǎng)合，常見(jiàn)的電池類(lèi)型包括鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池等。

2.電池管理系統(tǒng)（BMS）：在通過(guò)電池組進(jìn)行儲(chǔ)能時(shí)，電池組的運(yùn)行狀態(tài)如何、電量?jī)?chǔ)存情況如何、輸入、輸出過(guò)程是否有異常等，需要通過(guò)電池管理系統(tǒng)（BMS）來(lái)進(jìn)行管理與控制。

在BMS系統(tǒng)與電池組之間，儲(chǔ)能電池組中通常根據(jù)需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、控制設(shè)備，這些檢測(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)感知并采集電池組的各種參數(shù)，如電池的電壓、電流、溫度、SOC（state of charge）等，然后通過(guò)通信設(shè)備與數(shù)據(jù)接口，將這些信息傳輸給BMS系統(tǒng)，BSM系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)SOX (SOC/SOH/SOP/SOE) 的分析和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)電池組均衡管理、控制、故障告警、保護(hù)及通訊管理。

總而言之，電池管理系統(tǒng)（BMS），是儲(chǔ)能系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，擔(dān)任感知和決策角色，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和控制電池的狀態(tài)、保護(hù)和控制電池組，確保電池組的安全運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)充放電控制及故障保護(hù)等功能，其核心目的是實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定可靠、高效與經(jīng)濟(jì)的使用。

例如，當(dāng)電池組出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫等異常情況時(shí)，BMS會(huì)采取相應(yīng)的措施，如切斷充放電電路，以保護(hù)電池組的安全。

3.安全組件及輔助組件：在電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池作為儲(chǔ)存能量的關(guān)鍵組件，其性能、安全、穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。然后，電池在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的異常情況與安全問(wèn)題，因此需要一些安全組件和輔助組件來(lái)確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，這些組件通常包括冷卻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

2. 儲(chǔ)能變流器

光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等新能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能是直流電，儲(chǔ)能電池組存儲(chǔ)的電能也是直流電，然而，大部分家庭、工業(yè)和商業(yè)設(shè)備使用的是交流電。因此，為了將新能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電并入到電網(wǎng)或供應(yīng)給家庭、工業(yè)和商業(yè)設(shè)備，需要使用變流器實(shí)現(xiàn)直流電和交流電的雙向轉(zhuǎn)換。

儲(chǔ)能變流器是儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)、用電端之間不可替代的關(guān)鍵器件，其主要功能在于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、用電端和儲(chǔ)能電池能量的雙向轉(zhuǎn)換控制，在用電側(cè)儲(chǔ)能、光伏/風(fēng)力發(fā)電、電源測(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、構(gòu)建微電網(wǎng)等場(chǎng)景均有應(yīng)用。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)路線的不同，儲(chǔ)能變流器有多個(gè)細(xì)分類(lèi)型，例如：戶用型、工商型、集中式、組串式、微型等，關(guān)鍵零部件均包括包括IGBT、IC等半導(dǎo)體器件，傳感器、連接器、線材等電子物料，散熱器、緊固件等機(jī)構(gòu)件，電感、變壓器等磁性器件，電阻、電容等阻容器件以及PCB板等。

儲(chǔ)能變流器的工作原理是通過(guò)其內(nèi)部的逆變器與控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能的交直流雙向轉(zhuǎn)換。在充電場(chǎng)景中，它將電網(wǎng)的交流電整流為直流電，用于充電儲(chǔ)能電池組，在此過(guò)程中，變流器充當(dāng)了一個(gè)整流器的作用，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；而在放電場(chǎng)景中，它將儲(chǔ)能電池組中的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，供電給電網(wǎng)或其他負(fù)載，在該過(guò)程中，變流器充當(dāng)了一個(gè)逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

日常生活中的手機(jī)充電器的功能將家用插座中的220V交流電，轉(zhuǎn)換為手機(jī)內(nèi)電池所需的5V~10V的直流電，這與儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電過(guò)程中將交流電轉(zhuǎn)換為電池堆所需直流電的模式是一致的。

舉個(gè)例子：某個(gè)園區(qū)光伏電站，在并網(wǎng)模式下，在用電低谷期，儲(chǔ)能變流器把電網(wǎng)的交流電整流成直流電給電池組充電，在用電高峰期，儲(chǔ)能變流器把電池組中的直流電逆變成交流電反送到電網(wǎng)中；離網(wǎng)模式下，儲(chǔ)能變流器與電網(wǎng)脫離，給本地的用電需求提供滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的電能。

3. 能量管理系統(tǒng)

對(duì)于整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，雖然儲(chǔ)能電池系統(tǒng)和儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)了能量的基礎(chǔ)存儲(chǔ)與輸入、輸出，但用戶在能量存儲(chǔ)、輸出、輸入過(guò)程中涉及到的信息化管理、調(diào)度策略的管理、計(jì)劃的管理、設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)測(cè)與診斷、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)分析等問(wèn)題，還需要儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)的支撐。

儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的決策中樞，充當(dāng)“大腦”角色，在整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，它通過(guò)與儲(chǔ)能變流器（PCS）、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)、電網(wǎng)的的交互實(shí)現(xiàn)能量的數(shù)字化、信息化管理，從而提高整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)從頂層往下拆解，其系統(tǒng)架構(gòu)主要包括，應(yīng)用層、服務(wù)層、通訊層。

1.應(yīng)用層：應(yīng)用層是儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)的頂層，面向用戶提供能量管理的具體應(yīng)用服務(wù)。用戶可以通過(guò)儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)的應(yīng)用層進(jìn)行能量信息的可視化管理、調(diào)度管理、設(shè)備管理、實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等能量管理相關(guān)管理與優(yōu)化。

舉個(gè)例子：用戶可以通過(guò)應(yīng)用層信息化界面查看電池組的電量、功率、溫度等參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和管理。

2.服務(wù)層：服務(wù)層是儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)的中間層，起著乘上啟下的作用，向上為應(yīng)用層的應(yīng)用服務(wù)提供支撐，向下下達(dá)控制指令。具體 而言，服務(wù)層通過(guò)通訊層與儲(chǔ)能變流器、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)進(jìn)行交互，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理與計(jì)算、控制指令下達(dá)等關(guān)鍵任務(wù)。

舉個(gè)例子：服務(wù)層，通過(guò)計(jì)算下游系統(tǒng)的上傳的電池參數(shù)計(jì)算電池運(yùn)行狀態(tài)并反饋給應(yīng)用層。

3.通訊層：通訊層是儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)與下游系統(tǒng)的關(guān)鍵連接層，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)與下游系統(tǒng)之間的通信連接，是儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)正常運(yùn)行和優(yōu)化能量管理的基礎(chǔ)，其核心任務(wù)主要包括通信協(xié)議管理、數(shù)據(jù)傳輸管理、控制指令傳遞管理、連接信號(hào)管理等。

舉個(gè)例子：當(dāng)用戶發(fā)送指令來(lái)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率時(shí)，通訊層會(huì)將指令轉(zhuǎn)換為特定的通信協(xié)議格式，并通過(guò)傳輸通道將其發(fā)送給下游系統(tǒng)。下游系統(tǒng)接收到指令后，解析并執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后將執(zhí)行結(jié)果反饋給通訊層。