锂电池储能系统培训课件

锂电池储能系统赋能零碳未来前言能源巨变时代的呼唤全球碳中和目标可再生能源挑战储能系统价值在全球气候变化背景下，各国纷纷制定碳中风能和太阳能等可再生能源具有明显的间歇和时间表，能源转型已成为不可逆转的历史性和波动性特点，无法保证稳定的电力输潮流中国提出2030年碳达峰、2060年出，给电网调度带来巨大挑战碳中和的宏伟目标能源的大动脉与蓄水池传统电网单向输送传统电网主要从大型集中式电站向用户单向输送电能，调度灵活性差，难以适应分布式可再生能源的接入需求智能电网双向流动智能电网实现电力和信息的双向流动，但需要强大的储能系统作为支撑，平衡供需波动，提高系统弹性储能系统电网的心脏第一章能源挑战与锂电曙光全球电力需求永不停止的增长引擎创纪录的电力需求峰谷差扩大能源结构转型年全球电力需求创下历史新高，主要由新现代城市电力负荷曲线呈现明显的双峰特征，2023兴经济体驱动随着城市化进程加速和电气化水白天工作时段和晚间生活时段形成用电高峰，而平提高，预计未来20年全球电力需求将再增长夜间低谷期电力负荷大幅下降，峰谷差率持续扩50%大锂离子电池世纪的伟大发明2011970年代在埃克森美孚公司工作期间，首次提出锂离M.Stanley Whittingham子电池的基本概念，设计了以二硫化钛为正极、金属锂为负极的电池系统，奠定了锂离子电池的理论基础21980年代在牛津大学带领团队发现了钴酸锂₂正John B.Goodenough LiCoO极材料，其嵌锂性能优异，能量密度远高于当时的商用电池，为高能量密度锂电池开发奠定了关键基础31991年年诺贝尔化学奖三位锂电先驱的荣耀20191约翰·B·古德纳夫德克萨斯大学奥斯汀分校教授，时年97岁，成为获得诺贝尔奖的最年长科学家他发明的钴酸锂正极材料是现代锂离子电池的关键组成部分2M.斯坦利·威廷厄姆宾汉姆顿大学教授，最早提出锂离子电池的工作原理和基本概念，开创了锂电池研究的新领域2019年10月9日，瑞典皇家科学院宣布将诺贝尔化学奖授予三位锂离子电池研究先驱，以表彰他们对锂离子电池技术发展的杰出贡献这一奖项彰显了锂电池技术对人3类社会的重大影响吉野彰日本旭化成公司研究员，开发出首个可商业化的锂离子电池原型，使用碳材料替代金属锂作为负极，解决了安全性问题成本断崖式下降储能不再是奢望第二章锂电池核心技术解密锂离子电池看似简单，实则蕴含着复杂的电化学原理和精密的工程设计本章将深入剖析锂电池的工作原理、核心材料、关键性能指标以及电池管理与热管理系统，帮助您理解锂电池技术的精髓所在锂电的魔法充放电的奥秘工作原理锂离子电池的核心原理是摇椅机制，rocking-chair mechanism充电时锂离子从正极脱嵌，穿过电解液和隔膜，嵌入负极；放电时则反向移动，形成完整的电化学循环核心构成正极储存锂离子的源头，决定电池容量和电压•负极储存锂离子的目的地，影响充电速度和循环寿命•电解液锂离子传输的通道，影响内阻和安全性•隔膜防止正负极直接接触，同时允许锂离子通过•正负极材料电池的心脏与大脑正极材料负极材料正极材料是锂离子电池的心脏，决定了电池的能量密度、安全性和成负极材料是锂离子电池的大脑，决定了电池的充电速度、低温性能和本循环稳定性磷酸铁锂LFP成本低、循环寿命长石墨当前主流负极材料，理论容次、安全性量，结构稳定，3000-5000372mAh/g高，但能量密度较低140-成本低廉，循环性能好，广泛用于储能160Wh/kg硅碳复合材料理论容量高达领域，但体积膨胀4200mAh/g三元锂NMC能量密度高180-严重，目前多以少量硅掺杂220Wh/kg，但成本较碳材料使用高，热稳定性相对较低，适钛酸锂循环寿命极长用于对能量密度要求高的场LTO10000次，快充性能和低温性能优景锰酸锂LMO成本低、功率密度高，但循异，但能量密度低，成本高环寿命短，已较少应用电解液与隔膜无名英雄的贡献电解液离子传输通道电解液由高纯度有机溶剂如碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、锂盐六氟磷酸锂LiPF₆和各种添加剂组成，在锂离子电池中扮演着导体角色•液体电解液导电性好，但易燃，是当前主流方案•凝胶电解质安全性提升，但导电性略降•固态电解质安全性极高，能量密度潜力大，但面临离子导电率低、界面阻抗大等挑战隔膜安全守门员隔膜通常由聚烯烃材料PE、PP制成，厚度仅15-25微米，孔隙率30-50%，孔径

0.03-

0.1微米•物理屏障防止正负极接触短路•离子通道允许锂离子顺利通过•热关断功能温度过高时熔融闭孔，切断电流，提高安全性性能指标衡量电池健康与活力的体检报告能量密度单位重量Wh/kg或体积Wh/L内储存的电能，决定储能系统的体积和重量储能用磷酸铁锂电池系统的能量密度约为90-120Wh/kg功率密度单位重量能够提供的最大功率W/kg，决定储能系统响应负载变化的能力高功率密度电池可以快速响应电网频率调节需求循环寿命电池容量衰减至额定容量80%时的充放电次数储能用磷酸铁锂电池循环寿命通常为3000-6000次，相当于8-15年的使用寿命倍率性能电池在不同充放电电流下的容量保持能力1C表示1小时完成充放电，2C表示

0.5小时储能电池通常需要支持

0.5C-2C的放电倍率电池管理系统智慧大脑与安全卫士BMS实时监测BMS通过传感器网络实时监测每个电池单体的电压精度±5mV、电流精度±1%和温度精度±1℃，为电池状态评估提供基础数据安全保障设置多重安全阈值，在电池出现过充

4.2V、过放

2.5V、过流

1.5C或过温55℃等异常状态时及时断开电路，防止安全事故均衡管理采用被动或主动均衡技术，解决电池组内部单体一致性问题，防止木桶效应，延长整个电池组的使用寿命SOC/SOH估算通过复杂算法精确估算电池的荷电状态SOC和健康状态SOH，为系统运行和维护决策提供依据热管理系统电池的空调与消防员温度对电池的影响冷却技术对比热失控防控锂电池最佳工作温度为15-35℃，温度每升高风冷结构简单，成本低，但散热效率有限采用防火隔板、阻燃材料和热扩散阻断设计，防10℃，电池老化速度约增加一倍；而低温止单体热失控蔓延至整个系统，配合温度监测预液冷散热效率高，温度均匀性好，但系统复杂0℃则导致锂析出，降低容量和循环性能警系统，实现多级安全防护相变材料热容量大，适合瞬时热负荷，但成本较高制造工艺从粉末到能量的核心流程混浆与涂布将活性材料正/负极材料、导电剂碳黑、粘结剂PVDF按比例混合成浆料，通过精密涂布机均匀涂覆在铝/铜箔集流体上，厚度控制在40-100微米辊压与分切经过干燥后的极片通过辊压机压实，提高能量密度，然后按照设计尺寸精确裁切成所需形状，确保尺寸公差控制在±

0.5mm以内卷绕/叠片将正极片、隔膜、负极片按顺序卷绕成圆柱形或方形，或者叠成层状结构，形成电芯的基本结构，并进行外壳封装注液与密封在真空环境下注入精确计量的电解液，确保电解液完全浸润电极和隔膜，然后进行严密封装，防止电解液泄漏和空气进入化成与老化按特定充放电制度进行首次激活，形成稳定的SEI膜，然后经过数天的老化过程，使电池性能趋于稳定，并通过严格测试筛选出合格产品第三章储能系统构建未来能源网锂电池从单体电芯到大型储能电站，需要经过系统化的集成设计本章将介绍储能系统的整体架构、多样化应用场景、安全标准与消防技术，以及经济效益分析方法，帮助您全面了解锂电池储能系统的实际应用储能系统架构从单体到巨型电站电芯Cell储能系统的基本单元，通常为方形、软包或圆柱形电池，单体容量在50-300Ah之间，电压

3.2VLFP或

3.7VNMC模组Module由多个电芯串并联组成，集成温度传感器和BMS子板，电压通常为48V或100V，容量在5-20kWh，便于维护和更换电池簇Pack由多个模组集成而成，配备冷却系统和BMS控制单元，电压可达400-800V，容量在50-500kWh，是能量管理的基本单位电池柜/集装箱将多个电池簇集成在标准机柜或集装箱内，配备空调、消防和监控系统，容量可达1-5MWh，是电站建设的标准化单元储能电站由多个集装箱组成，配备变流器PCS、变压器和电站级能量管理系统EMS，规模从几MWh到数百MWh，接入电网提供各类储能服务电网侧储能稳定电网的压舱石应用场景调峰在用电低谷期充电，高峰期放电，替代高成本燃气调峰机组•调频响应电网频率变化，在毫秒级别内提供功率支持•旋转备用替代传统火电厂的备用容量，降低碳排放•黑启动在大面积停电后，为电网恢复提供初始电源•输电延迟推迟输电线路扩建，节省基础设施投资•挑战大型电网侧储能项目投资规模大，通常需要多种收益来源如容量电费、调频服务费、峰谷价差等共同支撑经济性案例澳大利亚电池储能电站是由特斯拉建造的全球标志性Hornsdale项目，容量，投资约万美元，年投运后150MW/194MWh90002017显著提升了南澳电网的稳定性，每年为电网节省约万美元成本4000可再生能源并网平滑风光输出的缓冲器光伏+储能风电+储能多能互补光伏发电受日照影响，具有风电输出随风速变化剧烈波风光储一体化是新型能源系明显的昼夜变化和阴晴变化动，增加储能系统可以吸收统的典范，通过源网荷储特性储能系统可以平滑光短时间大功率波动，平滑输协调优化，实现可再生能源伏出力曲线，提高光伏电站出功率，提高电网友好性的高效利用中国十四五的调度性能，实现削峰填在中国西北地区的大型风电期间规划建设多个百万千瓦谷和功率爬坡控制基地，储能系统可提高风电级别的风光储一体化基地消纳率15-20%工商业储能企业降本增效的金钥匙应用场景•峰谷套利在低谷电价时段充电，高峰电价时段放电，利用电价差获益•需量管理降低企业最大用电需量，减少容量电费支出•备用电源替代传统柴油发电机，提供更清洁可靠的备用电力•提高自发自用与屋顶光伏配合，提高绿电自给率•微电网结合可再生能源，构建企业独立能源系统适用行业数据中心、工厂、商业综合体、医院、冷链物流等用电量大、对电力质量要求高或有明显峰谷用电特征的企业年30%3-5电费节省投资回收期典型工商业用户采用储能系统后，每年电费支出可降低在电价峰谷差大的地区，工商业储能系统的投资回收期通20-30%常为3-5年

99.9%供电可靠性户用储能家庭能源独立的新选择应用场景•光伏自发自用提高家庭光伏系统的自消费率，减少电网购电•峰谷套利利用居民电价峰谷差，降低家庭用电成本•备用电源应对停电风险，保障家庭关键负载供电•离网系统在电网覆盖不足地区，提供稳定可靠的电力供应系统配置典型户用储能系统容量为5-15kWh，工作电压为48V，可支持家庭1-3天的基本用电需求系统通常采用挂壁式或落地式安装，集成度高，安装维护简便市场趋势户用储能在欧美、澳洲等电价较高地区普及率迅速提升德国约40%的新增家用光伏系统配备储能；美国加州因电网可靠性问题，户用储能需求激增；中国户用储能市场起步较晚，但随着分时电价推广和光伏补贴退坡，正逐步成为新蓝海户用储能系统与家庭能源管理系统HEMS结合，可实现智能控制，根据天气预报、用电习惯和电价信号自动优化充放电策略，最大化经济效益安全标准与法规储能产业的生命线国际标准中国标准•UL9540储能系统安全标准，评估•GB/T36276电化学储能电站通用整体系统安全性技术规范•UL1973电池组安全标准，评估电•GB/T34131电化学储能系统安全池组机械、电气安全要求•IEC62619工业用锂电池安全要求•GB/T34120电池管理系统技术条件•NFPA855固定式储能系统安装标准，规定间距、消防等要求•GB/T39753储能用锂离子电池安全要求•NB/T42073电化学储能电站防火设计规范安全认证重要性储能系统安全认证是进入市场的必要条件，也是保障用户安全和企业声誉的基础在全球主要市场，未获得相应安全认证的储能产品将无法销售和安装获得UL、TÜV等国际认证的产品在市场竞争中具有明显优势，特别是在跨国项目和高端市场消防与热失控抑制紧急情况下的最后防线热失控机理早期预警系统消防系统选择热失控是锂电池安全事故的主要原因，通常由内先进的储能系统采用多维度监测手段，包括电池储能系统常用消防介质包括七氟丙烷环保高部短路、过充、过热或外部冲击触发，一旦启动表面温度监测、电池内部温度估算、可燃气体效，但成本高、水雾适合大规模系统，但可能会导致电池温度急剧上升600℃，伴随大量CO、H₂检测和烟雾监测，实现热失控早期预导致二次短路、气溶胶渗透性好，但对电子设热量、有毒气体和可燃物质释放警，争取宝贵的处置时间备有腐蚀、二氧化碳冷却效果好，但有窒息风险等环境影响与回收构建绿色循环的未来生命周期环境影响锂电池从原材料开采到制造、运输、使用和废弃的全生命周期评估LCA显示，主要环境影响来自原材料开采和电池生产阶段研究表明，使用可再生能源生产的电池可减少60-70%的碳足迹碳减排贡献尽管锂电池生产有一定碳排放，但其在可再生能源并网和电动交通领域的应用，可在全生命周期内实现显著的净碳减排每千瓦时储能容量在其寿命内可减少约10吨二氧化碳排放回收技术与价值•梯次利用退役动力电池转用于储能领域，延长使用寿命•材料回收通过火法、湿法或生物法回收锂、钴、镍等贵重金属•经济价值一吨废旧动力电池可回收材料价值约2000-4000美元政策引导欧盟《电池指令》要求到2030年回收95%的锂、钴、镍；中国《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》建立了生产者责任延伸制度，推动回收产业发展经济效益分析储能投资的价值罗盘第四章展望通向零碳未来的关键锂电池储能技术仍在快速发展，新材料、新结构和新应用不断涌现本章将探讨下一代电池技术的发展方向、全球政策驱动与市场前景，帮助您把握储能产业未来的发展脉络，做好技术储备和战略规划下一代电池技术能量密度与安全性的新突破固态电池钠离子电池用固态电解质替代传统液态电解质，理论能量密度可达以地球资源丰富的钠元素替代锂元素，虽然能量密度略低400-120-，安全性显著提升丰田、大众等车企和宁德时代等电，但成本优势明显中国已投产首条级钠离子电500Wh/kg160Wh/kg GWh池厂商已投入巨资研发，预计2025-2030年实现商业化池生产线优势安全性高、能量密度高、温度适应性强优势原材料丰富便宜、低温性能好••挑战界面阻抗大、量产工艺复杂、成本高挑战能量密度有限、循环寿命需提升••液流电池智能管理通过电解液中活性物质的氧化还原反应储存能量，功率和能量可独人工智能和大数据技术将彻底革新电池管理方式，通过深度学习算立设计，适合10小时以上的长时储能应用法精确预测电池状态、优化充放电策略、提前预警故障，延长电池寿命20-30%优势寿命长年、安全性高、可深度放电•20方向数字孪生、自适应算法、云端协同挑战能量密度低、系统复杂、成本高••价值提高利用效率、降低全生命周期成本•政策驱动与市场前景全球储能的黄金十年各国储能政策中国《新型储能发展指导意见》提出到2025年装机规模达30GW以上；多地出台储能补贴政策美国《通胀削减法案》提供30%投资税收抵免；加州要求新建太阳能项目配套储能欧盟《欧洲绿色协议》支持储能发展；德国家用储能补贴；英国电网辅助服务市场改革日本《绿色增长战略》将储能列为关键技术；提供住宅储能系统补贴澳大利亚多州推出家庭电池补贴计划；支持大型储能示范项目市场增长预测彭博新能源财经BNEF预测，全球储能市场将以每年31%的复合增长率扩张，装机容量从2022年的27GWh增长到2030年的411GWh到2030年，全球储能市场规模预计将超过

1.2万亿美元增长引擎•可再生能源装机快速增长，配套储能需求激增•电动汽车普及带动电池规模化生产，降低成本•电网灵活性需求提升，储能价值凸显•能源安全考虑推动分布式储能发展结论锂电储能，点亮零碳地球的希望赋能电网智能化能源革命的基石储能系统赋予电网更强的灵活性和弹性，支持电网从单向传输到智能互动的转变，提高电力系统锂电池储能系统不仅是一种电力设备，更是构建的安全性和效率未来能源系统的基础设施，承载着能源革命的核心使命推动可再生能源储能解决了风能、太阳能等可再生能源的间歇性问题，是实现高比例可再生能源并网的关键技术，加速世界向绿色能源转型共建可持续未来加速能源独立掌握锂电储能技术，就是掌握未来能源变革的主动权让我们共同努力，构建一个清洁、高效、分布式储能系统让工厂、商业建筑和家庭能够实可持续的能源未来！现一定程度的能源自主，构建更加韧性和可持续的能源体系。