主題演講丨2017國際儲能峰會——儲能系統設計及測試技術要求

2017年3月29-31日，由德國杜塞爾多夫展覽（上海）有限公司主辦，智慧能源產業技術創新戰略聯盟聯合主辦的「國際儲能峰會2017暨國際儲能技術與應用展覽會Energy Storage China」(簡稱ESC）在北京皇家大飯店和國際展覽中心（老館）成功舉辦！

3月30日-31日, 國際儲能峰會以「引領下一代能源系統「為主題在北京皇家大飯店連續召開了7個分論壇，分論壇議題聚焦「國際國內最新儲能政策和市場」、「儲能在售配電改革中的創新與應用」、「儲能與電動汽車」、「全球儲能市場更新」、「前沿的儲能創新技術」、「微電網及儲能創新技術」、「儲能系統與光伏微網/光熱發電/風能綜合利用」、「能源商業模式和金融服務」等熱點話題。峰會現場非常火爆，邀請到120餘位海內外演講嘉賓針對具有高關注度的話題展開研討，吸引了近500名參會嘉賓到場聽會，現場50多家重點媒體對本屆盛會進行了實況報道。

主題演講

分論壇六：微電網及儲能創新技術

主題演講：儲能系統設計及測試技術要求

德國萊茵TUV集團大中華區資深項目經理 李強 先生

演講內容速記：

李強：大家上午好！今天我給大家分享的話題是儲能技術系統設計及測試的技術要求。隨著儲能技術的不斷發展和產業政策的越來越清晰，越來越多的儲能系統大規模投入使用。現在有一個很重要的話題，如何讓這些系統更加安全、穩定的運行，這是大家需要關注的一個問題。如何穩定、安全，除了後期的運維實際操作之外，其中很重要的一點就是在前期的設計選型上一定要做到未雨綢繆。

今天我給大家彙報的話題大概分為三部分。第一部分是儲能系統的結構和分類，第二部分是儲能系統的適用參考標準，第三部分是儲能系統的測試要求。

儲能系統的話，根據不同的使用範圍和功能有不同的劃分。常規的劃分，從功能上來講，有離網系統，有併網系統。從能量流向來看，有單向的，有雙向的。如果從使用環境來看，分為工業環境、輕工業環境、家庭環境以及商業環境，不同的環境在設計上是有所曲同的。從工藝上來分的話，它也是分為不同的工藝段，有家庭的儲能系統，有集中型的，有分散式的，有（Rack）。這是一個儲能系統的簡單圖紙。能源有多種，比如說現在流行的太陽能、風能、電池儲能，系統的組成其中很重要的是中央控制系統，包括電子電力的轉換、控制、逆變系統。負載可以接電網、戶用系統，甚至可以接一些充電樁。這麼多系統其實是紛雜的，但是從電路的原理可以用一個簡介的封裝圖來看。能源輸入，能源輸出，中間控制。能源輸入除了光伏之外，還有多種能源，電池裡面其他的設備通過一些電化學或者其他儲能轉化成DC，通過DC、AC轉換一系列的控制，再轉換成AC，給電網供電或者和負載直接供電。

任何系統的設計基本上大同小異，只是中間控制的環節所採用的技術、控制手段是不一樣的。所有的設計都應該遵從一個重要的標準，安全穩定運行設計要遵從標準，目前為止主要的標準分為三大模塊，安全的標準、電池兼容和電網的適用性。當然還有一些其他標準，比如進入歐盟需要一些綠色質量等一系列的標準。這是我去年在某一應用現場拍攝到的照片，系統裡面有電力電子轉換設備，已經被燒的面目全非，線纜全部都已經燒化，裡面的控制設備已經全部熔斷。如果說在您使用的電力系統裡面，儲能系統如果有這種設備的話是非常危險的，不但引發嚴重的火災，有生命的危險，甚至會有經濟影響。現在都在講以人為本，使用者、操作者一定要安全使用。安全的標準很多，目前為止儲能系統是剛剛興起的一個行業，這些標準也沒有一個完全涵蓋，現在的標準是通用標準，國際上通用的標準是-1477標準，如果有光伏系列可能要參考62109，如果具有切換功能在相應的國家也要符合62040，同時功能控制充放電模塊需要符合62509，這些在IEC電工委員會裡面基本都有明確的定義。

首先談到安全。安全標準的使用環境不一樣，操作者不一樣，有很多設計模塊，有很多設計要求，目前為止從安全形度來講，首先電力系統一般是電壓比較高，超出了人體所能接受的安全電壓範圍，首先要防止的是電機和能量危害。第二，機械結構危害。第三，發熱。第四，著火。當然，裡面有一些化學物質，要有一些化學危害，我們也需要防護。雜訊比較大的情況下，操縱者和使用人員可能會視覺、聽覺受到傷害。同時有一些流體，在裡面引發一些氣體爆炸。一個系統如果在前期把這些方面全部考量到的話，在後期運用的時候會有很多優勢，可以避免人員財產的安全。因為它的測試要求很多，我在這裡主要簡單介紹一下。

首先第一點是結構安全。第一，在結構設計上，直流、交流、強電、弱電要有一個隔離，這樣使用者在操縱的時候不會受到安全的威脅，不會受到電機的威脅。第二，整體的設計，在外觀上使用者要接觸這個設備，無論是有意還是無意，外觀要有一定的完整性，要承受一定的撞擊。在結構設計里最重要的還是安全隔離，因為這個是最難做到的，也是需要很深的經驗。在我們一個複雜系統里有強電弱電，強電高壓可能到1500V，低壓USB口可能中間只有幾伏，這個需要設計者在前期的時候要把電路模塊功能分清，危險電壓和低電壓電路需要做一個安全隔離，叫做加強絕緣，至少有兩層保護。在機械危害里，像戶用型的設備，像一個移動的柜子，在家庭里使用，靈活性很好。稍微有一個角度傾斜，就會導致一些撞擊的危害，倒了把人給雜上。壁掛式的設備，現在流行的是要節省空間，很多設備像電視機一樣掛在屋子裡面，這個設計牆體結構、外部設計能不能承受相應的重力，因為是長時間運行，在運行過程中的老化有沒有考慮到，這些都是非常重要的一些觀念。

說到電機危險，第一是操縱人員，第二是維護人員，在前期的設計完成之後需要進行一個驗證。怎麼去驗證？通過一系列的測試手段，比如脈壓，打脈衝，如果通過之後OK，證明是可以在應用環境之中能夠承受來自電網、系統、設備內部的內壓衝擊，在壽命階段不會被絕緣破壞，不會導致危險。相斷的電壓介面，人之所以被電死，很大的原因不是電壓太高，而是電流太大，需要考慮到漏電流太大，會不會通過相關的絕緣部件傳到人的手上和大地形成一個迴路，電流太大導致心腎衰竭。在內部維護的時候，也需要對維護人員做一個必要的設計，比如說在打開這些產品的時候，不會無意識的碰到這些危險器件。比如說儲能系統，很多時候裡面都會用到大的電容，在維護的時候很難避免去接觸。打開的時候這些電容內部的能量降到安全範圍之內，要不就是有一個明確的提示，這個產品在維護的過程中需要強度的放電，這個也是從人性的角度降低維護者的危害。同時在故障情況下，大部分產品採用的是金屬外殼設計，金屬外殼設計的情況下需要很好的接地。這些都是在正常情況下使用，有正常情況就會有異常情況，如果在產品的生命周期里發生異常怎麼辦？唯一沒有考慮到的就是異常情況，因為內部布線布的非常緊密，相應的過流保護措施，導致在異常運行的時候沒有保護到，大規模的短路，整個電站直接陷入了癱瘓狀態。在異常測試里，我們會對它進行一個評估，評估的時候主要是模擬故障，模擬故障針對電子線路相應的轉換線路有一個短路或者開路的測，所用的器件在生命周期裡面如果出現故障會不會不可控的出現危險。一個大電流短路了，電池短路了中間有沒有有效的隔離措施，電流會不會以無限增大的方式導致電燒壞，這些都是需要在設計過程之中逐一考慮到的。

故障測試里有很多是散熱模式，因為現在很多機器採用的是散熱風扇，散熱風扇在正常情況下能夠正常運行，如果在異常的時候風、熱不能散出去，內部為了防塵可能採用一些元器件，比如海面或者類似的設備，這些東西會不會導致燃燒，所以在前期的話我們都是要考慮到的。像戶用型的設備，在家庭里經常會看到掛在牆上，本身在使用過程中是需要散熱的，如果不經意間有些衣服，或者其他的設施覆蓋了，會不會導致燃燒，這些都是在應用之中要經過前期評估的。在展覽會上大家其實也可以看到，很多的產品是戶用型，上面都有很多開口，這些開口其實是很大的一個隱患，正常情況下有開口非常好，比如說安在屋檐之下，是室內，雨天的時候會不會有水進來，一旦有水進來怎麼辦，所以需要做一個IP防護措施。你的開孔大小有沒有遵從相應的國際法鼓，法規里是有要求的，開孔正常的散熱是非常好的，比如內部設備有了短路，短路裡面有電流噴濺出來，導致相應的絕緣被破壞，有燃燒，燃燒之後會不會有氣體出來，這些噴射出來之後會不會引發火災，這些設計看似很小，其實很多人也沒有注意到，但是就是這些往往疏忽沒有符合相應的法規，工業使用的環境還好一點，但是在家庭環境之下，如果產品沒有做這些細微的考量，有很可能引發很多悲劇出來。在設計者開發設計的時候，一定要前期把這些風險評估，以避免帶來的經濟損失和生命安全。

在選型設計里，我們不同的使用環境也是不一樣的，比如說你的儲能系統是用在西北，有的儲能系統能用一些沿海地帶，所使用的環境是不一樣的。西北風沙很大，需要對風沙的設計，耐磨性、防塵性做一個很好的設計。如果用在沿海地帶的話，海水邊上都有一些腐蝕性，你可能要做一些煙霧測試，如果在高山嚴寒情況下，環境溫度，耐受衝擊，溫差很大的時候，對產品器具尤其是隔離也有很大影響的。海拔越高，空氣流通越少，空氣稀薄之後抗電力的能力也會減弱，這些我們在前期設計的時候去把它給提前考量到，可以規避很多風險。因為測試很多，我就不逐一講解。這是安全的一個設計，其次是電池兼容。大家經常聽到電池兼容，什麼叫電池兼容，包含兩部分，一是對周圍環境的污染，叫EMI，另外是承受程度和抵抗力叫EMS，這兩個統稱為電池兼容。電池兼容在不同的國家和不同的區域有不同的標準，在美國有FCC標準，在這個裡面都是需要逐一考量到的。通用標準，目前儲能系統通用的標準是61000-6-3和-6-1，這也是針對於家用環境。-6-4、-6-2是針對於工業環境，環境不一樣所受的外部電信干擾也是不一樣的。在你做儲能系統選擇和設計的時候，要根據應用環境來做一個選擇。第三是併網，併網部分也是比較複雜的，因為全球有這麼多國家，有這麼多電網法規，每家都要符合相應的法規，前期市場選型的時候要進行考量，在主要的測試裡面第一是電網介面的保護；第二，有功的一些控制，電網調度的時候功率輸出，頻率太高的時候過頻降載、無功控制、無功補償、電能質量、閃電閃爍、電壓諧波、電流諧波、直流分量，還有三項不平衡，如果在大型電站裡面需要一個所謂的低電壓穿越，甚至在未來還有高電壓穿越，這些測試都是因為應用的環境設計要求也是不一樣的。除此之外，儲能系統里如果還有電池，或其他相應的，電池的種類很多，每一種電池在使用的時候要符合相應的法規，要通過相應的測試。這是德國萊茵集團的實驗室的能力，因為萊茵集團是以做認證為主，它能夠為我們各個系統做一個技術監督保駕護航。所以在不同的法規，不同的國家，我們都是了如指掌，也能夠為你提供更多信息。後期大家在設計或者應用過程之中要應用到相應的法規，相應的市場，可以和我們多多溝通，我們可以給你提供一些寶貴的建議，可以為您的投資、產品保駕護航。

以上內容均來自國際儲能峰會現場主題演講速記稿。

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