数字智慧储能电站

白皮书

2023 年 4 月

前 言

PREFACE

碳中和是全球能源变革的共同愿景，也是我国能源战略的远景目标。党

的二十大报告提出，要积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，

坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加快规

划建设新型能源体系。

储能产业链是整个电力体系中涉及范围较广的产业链，随着储能单站规

模逐渐大型化、电化学储能新增装机规模持续提升、电源侧强制配置储能

和电力改革不断深化，储能行业正加速发展。在“互联网 +”和“中国制造

2025”政策的推动下，数字智能作为储能系统的“软实力”正变得越来越重要。

截至 2022 年底，全国已投运新型储能项目累计装机规模达 870 万千瓦，

比 2021 年底增长 110% 以上。其中，锂离子电池储能占比 94.5%、压缩空气

储能 2.0%、液流电池储能 1.6%、铅酸（炭）电池储能 1.7%、其他技术路线

0.2%。从 2022 年新增装机来看，锂离子电池储能占比达 94.2%，处于绝对主

导地位，新增压缩空气储能、液流电池储能占比分别达 3.4%、2.3%。到 2030 年，

我国有望实现新型储能全面市场化发展，储能行业迎来重大发展机遇期。

本白皮书以电化学储能，尤其是锂离子电池储能为对象，旨在分析储能

发展现状、存在的困难和挑战，以及未来行业内创新的技术理念和方向，供

行业参考。

目 录

CONTENTS

电化学储能发展现状

储能是建设新型能源体系的重要一环 ..............................................................................02

电化学储能快速发展 ..........................................................................................................02

安全、高效和利用率依然是较大挑战................................................................................02

数字化电化学储能系统

数字化储能系统概述 ..........................................................................................................03

数字化储能系统体系架构 .................................................................................................04

全数字电站 .........................................................................................................................07

储能云平台 .........................................................................................................................07

数字孪生体 .........................................................................................................................07

客户价值

多级防控“0”事故安全电站 .............................................................................................09

精细运营 高效运行 ...........................................................................................................10

无人值守 智能运维 ............................................................................................................10

展望

01

02

03

04

数字智慧储能电站白皮书

01

01

储能是建设新型能源体系的重要一环

新型能源体系加快建设，电力系统形态由“源网荷”三要素向“源网荷储”四要素转变。随着电力系统对

调节能力需求提升、新能源开发消纳规模不断加大，电化学储能建设周期短、选址简单灵活、调节能力强，与

新能源消纳匹配性好，优势明显，加快推进先进储能技术规模化应用势在必行。

电化学储能快速发展

储能规模化发展，锂离子电池储能发展较快。据 CNESA 统计，2022 年国内新增投运新型储能项目装机规模

达 6.9GW/15.3GWh，锂离子电池储能占比达 94.2%。百兆瓦级的大容量储能电站成为我国电化学储能的主要发展

方向，2022 年超过 20 个百兆瓦级储能电站实现并网运行，规划在建中的百兆瓦级储能电站数量更是达到 400 余个。

锂离子电池储能未来发展空间巨大。国务院《2030 年前碳达峰行动方案》提出，到 2025 年新型储能装机

容量达到 30GW 以上。而截至 2022 年底，26 个省市明确公布了“十四五”储能发展目标，新型储能总规模接

近 67GW。2022 年，国家及地方共出台储能相关政策 300 余项，政策支持力度前所未有，电化学储能发展迎来

重要战略机遇期。

装

机

结

构

发

电

量

结

构

图 1：我国电力装机和发电量变化

图 2：国内储能市场累计装机规模占比

电化学储能发展现状

数字智慧储能电站白皮书

02

安全、高效和利用率依然是较大挑战

“双碳”目标下，储能发展迎来战略机遇期，虽然电化学储能行业整体实现了长足的进步与发展，但部分问

题依然没有根本解决，产业的发展依然道阻且长。

图 3：美国亚利桑那州某储能电站卫星地理位置

安全隐患重重

储能电站的安全包括电气安全、化学安全、火灾

安全和机械安全，安全风险隐患存在于储能电站的系

统集成、安装调试、运行维护等全寿命周期各环节。

随着储能容量和规模的快速扩大和发展，储能电站的

事故防范能力和执行标准要求更高。

2022 年 4 月，美国亚利桑那州的一个储能电站起

火，电站总容量 40MWh 。该事故调查报告总结了五

个主要因素：电池单元的内部故障引发了热失控、灭

火系统无法阻止热失控、电池之间缺乏热障导致级联

热失控、没有通风装置、应急措施不完善。

电站综合运行效率有待提升

储能电站系统涉及多个产品和子系统，随着百兆

瓦级大型储能电站加快建设，储能各子系统间信息

孤岛难题越发严重，无法形成数据价值最大化。根

据中国电力企业联合会《2022 年度电化学储能电站

行业统计数据》，2022 年电化学储能平均综合效率

77.95%、平均转换效率 81.06%。

注：综合效率 = 统计期间储能电站生产运行过程

中上网电量与下网电量的比值。锂离子电池转换效率

= 统计期间储能单元总放电量与总充电量的比值。

电站利用率不理想

中国电力企业联合会《新能源配储能运行情况调

研报告》显示，电化学储能项目平均等效利用系数为

12.2%，其中新能源配储系数仅 6.1%，火电厂配储能

15.3%，电网储能 14.8%，用户储能 28.3%。安全技术

以及建设流程不满足相关标准规定、储能系统设备自

身故障停运、运维管理水平不高、电力市场交易参与

度低等是储能电站利用率低的主要原因。

图 4：国内某储能电站现场

图 5：国内某光储充一体化项目现场

数字智慧储能电站白皮书

03

数字化电化学储能系统概述

数字化电化学储能系统坚持全寿命周期理念，建立以电池为核心的储能系统和以涉网为支撑的新型电力系统

两大体系，打造“站（全数字电站）+ 云（储能云平台）+ 孪（数字孪生体）”综合数字化平台，使电站更安全、

更经济、更高效、更智能，提升电站资产价值

02

面对行业困难与挑战，储能技术创新是关键。许继集团深度融合数字信息技术、电力电子技术、电力控制

和电网支撑技术、电化学技术，行业内首先提出“数字化电化学储能”理念，打造“安全可靠、经济高效、智

慧融合”的新一代储能电站。

数字化电化学储能系统

数字赋能

数字生态

数字电站

数字

智慧

图 6：数字化电化学储能的特征和内涵

数字智慧储能电站白皮书

04

数字化电化学储能系统体系架构

构建“站（全数字电站）- 云（储能云平台）- 孪（数字孪生体）综合数字化平台，安全、高效、智能。

图 7：数字化电化学储能系统体系架构图

储能云平台

分 析 决 策

专 家 策 略

集 群 调 控 运 行 优 化

智 能 预 警 智 能 运 维

数字孪生体

全景监控 虚 拟 运 行

价 值 资 产

仿真验证平台

全 链 仿 真 多 类 方 式

数字赋能是关键 多 家 厂 商

商业运营是核心

全面感知是基础

台区储能

集中式储能 工业园区储能

调频储能

共享储能 户用储能

储能生态圈

多元主体

政 府 部 门 投 资 商

科研院所 电 网 企 业

设备厂商 电 池 厂 商

多 点 聚 合

电 力 市 场

能 源 生 态

零 碳 转 型

源

网

荷

储

数据 数据

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05

全数字电站

基于“人体全感知系统”思想，建设储能电站各环节能量流和信息流的感知体系，建立相对应的自识别模型，

实现物理电站和数字深度融合，保障电站全透明化运行，有效监测各环节安全。同时，对电站运行的过去、现在

和未来，进行历史追溯、全景监测和精准预测，确保电站安全高效。

直流侧全感知和数字化

依托电芯级传感系统、储能电站千万级海量数据秒级存储计算和查询技术、数据标准建模、微秒级信息交互、

局域全感知全开放环境虚拟运行，从而形成对过去，现在，未来三个时间刻度的全息反馈，确保数据采集全面无误。

交流涉网侧全感知和数字化

依托储能变流器、控制保护、变压器等交流侧设备数字化，完成感知模型的进一步“拓展”。借助储能电站

涉网技术能力，实现交流侧电压及频率的高灵敏数据反馈、集合连续高低电压与频率穿越、宽频振荡抑制、构网

控制与组网运行、交流侧数据环境的虚拟数字化。

全站辅助系统全感知和数字化

建设多维数据融合的储能电站一体化辅控系统，实现消防、安防、动环、视频等各辅助子系统的统一接入、

集中监控，信息共享、智能联动；数据模型的分级接入，宛如人体的肌肤感应，更加流畅的促进整个电站实现数

字世界的完整运行，通过辅控数据聚合分析与决策，支撑电站形成完整的数字生命体。

图 8：人体全感知系统示意

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06

储能云平台

基于互联网生态和物联网架构，服务于电站全寿命周期的储能云平台，面向各类用户提供一站式定制化服务，

实现储能电站集群式安全管控、运营数据全面连接、储能业务全程在线、能源生态开放共享和储能多元化盈利，

构建共享、共赢的“互联网 + 储能”生态体系。

全景监控

对所有接入的储能电站运行数据统一管理、统一分析，实现运行监视、操作控制、智能告警等，有效解决储

能电站点多、面广、分散、难监控的问题。

运行分析

依托储能电站运行数据，按照时间范围、取数周期提供储能电站充放电能力分析、一致性分析、能效分析、

故障分析、设备对标分析等服务，并以图形化、可视化等方式展示，支撑决策服务。

智能运维

异常预警，从电站设备安全和运行两个角度，对储能电站、电池堆、电池簇、电池单体分层次进行预警，逐

级定位问题。健康状态评估，对储能电站、储能 PCS、储能电池评估期内的健康状态进行总体综合评价，并出具

诊断报告和诊断建议，支撑决策。运维管理，建立标准运维流程，提出运维建议及设备标准化操作信息、操作流程，

合理制定定时运维计划并提示。

图 9：许继储能云平台界面

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07

数字孪生体

通过物理电站与数字模式的一一关联映射，构建可实时跟踪实物状态、可预测电站未来运行趋势的双向映射

数字孪生体系，虚实同步、闭环互动，实现电站行为可视化、实时仿真计算、智能优化协同等，提升整体效益。

全链仿真预测

构建全链路储能电站仿真平台，覆盖电池、BMS、PCS、EMS、辅控系统等电站全部环节，实现各设备的实时监控、

预测和诊断，及时发现和解决故障，提高电站可靠性。同时，可在模型中调整电站的参数，如电池容量、充放电速率等，

以优化电站性能，提高经济性。

优化运行控制

通过数字孪生技术，实现物理电站虚拟运行，在数字模型中对不同工况下的电站进行虚拟仿真实验，进一步

优化电站运营模式。如通过智能调度算法，实现对电池的优化调度，最大限度地发挥电池的储能和放电能力。

挖掘服务价值

数字孪生贯通储能系统全环节，通过数字孪生收集到的海量数据，对价值链上下游企业开放，实现上下游企

业间的数据集成和数据共享，挖掘释放数据价值，做到产品协同开发、协同制造和协同运维，助力产业生态虚实共融。

图 10：数字孪生示意

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08

03

多级防控，“0”事故安全电站

许继集团基于“数字化电化学储能”理念，倾心打造了数字化簇控储能解决方案，相比传统储能解决方案，

在安全、效率和经济性等方面有诸多提升，具体表现在以下方面。

数字化赋能储能系统的实时监测、异常告警、故障诊断、消防安全等安全场景，依托多级防控和提前预警，

打造“0”事故安全储能电站。

客户价值

电池安全

利用 EMS 及存储云等，基于大数据技术对电池深度优化，电芯级预测、报警，毫秒级响应，智能化防护策略

配置，实现主动安全。

消防安全

就地电、热、烟、气多参量采集，系统多维度智能感知，设备健康状态及火灾状态实时科学研判。插箱级精准灭火，

BMS 联控电气隔离及故障切除。抑制复燃，10S 内扑灭明火，长时不复燃。

涉网安全

在直流侧构建基于继电保护思维的储能方案，在交流侧突破弱网接入、连续高低电压与频率穿越、宽频振荡

抑制、构网控制与组网运行等技术，强力支撑电网电压及频率的稳定。

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精细运营，高效运行

数字化实现更精细运营，通过特有控制策略主动优化配置，基于运营工况自动切换运营模式，达到相同放电

深度，初始电池配置减少 5% 以上，系统可用率达 99.9%，整体充放电量提升 10%，全面提升储能电站综合效率

和利用率。

更高放电量和系统可用率

单簇独立充放，整体充放电量提升 10%；采用故障簇控 PCS 柔性投退策略，单簇设备故障不影响其他簇运行，

系统可用率提升至 99.9%；通过智能化冷却系统，降低系统辅助设备能耗 30%。

更长的电池使用寿命和利用率

单簇控制，通过智能化电池簇 SOC 均衡自主功率分配技术，整套系统电池容量衰减慢，电池使用寿命提升

20%。消除簇间环流，簇间 SOC 独立管理，电池利用率提升 6%。

恒温舱内环境温度

根据电池系统的运行工况进行热性能分析（CFD），分析整个系统的制冷制热需求，实现对电池集装箱内部

环境温度的有效控制，平均温差不大于 3°。

能量密度高

预装式储能系统采用非步入架构设计，相比传统预制舱，能量密度高，同等条件下电池容量提升 50%，40 尺

容量可到 5MWh 以上。

图 11：电池精细化管理示意

09

数字智慧储能电站白皮书

无人值守，智能运维

通过特有算法智能分析，准确预估电池寿命，识别异常单体进行主动隔离，可延长电池寿命 20%。采用在线

均衡技术实现电池箱即插即用，节约相关运维时间 90% 以上；异常故障智能决策全自动工作流，实现无人值守，

降低运维成本 30% 以上。

全景监视

实现多个储能电站电池状态的全面监控，智能故障告警、运维工单处理、大数据存储、统计分析和报表管理

等功能，能很好的解决储能站点间的孤岛问题。

智能巡检

储能云平台可实现可视化智能巡检作业，有效进行远程巡检指挥、巡检轨迹监测、巡检任务下发、巡检结果

反馈等工作，实时掌握巡检工作的进度及结果，有效降低储能电站事故发生率，提高人员的工作效率。

智能检修

云平台结合数字孪生、人工智能等技术，实现电池健康状态的评估和检查，诊断电池在运行中的异常变化，

及时发现和消除电池缺陷和隐患，实现储能系统的智能决策和主动预警，提升储能站智能运维水平。

图 12：储能电站数字运维示意

10

数字智慧储能电站白皮书

04

当前，全球进入数字化时代，数据是驱动经济社会发展的战略资源、重要引擎和新增长点。近日，中共中央、

国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，提出“夯实数字基础设施和数据资源体系‘两大基础’，数字基

础设施高效联通，数据资源规模和质量加快提升，数据要素价值有效释放”，我国数字化进程持续加快。

构建新型电力系统、实现电力行业和电工装备数字化转型，已成为大势所趋。装备实体与数据融合形成的

新型生产资料—数据资产，则成为继产品制造之外的另一个全新的价值创造点，进而将逐步构建出完备的装备

数字资产化新价值体系。

展望

11

数字智慧储能电站白皮书

储能是构建新型电力系统的核心设备，而数字化储能作为电力能量管理与控制领域的一项颠覆性技术，对

储能产业未来发展具有变革性意义。

许继集团打造“站（全数字电站）+ 云（储能云平台）+ 孪（数字孪生体）”数字化储能体系，将充分发

挥电化学储能优势，持续进行数字储能技术创新、产品创新，推动产业链发展，更好服务以新能源为主体的新

型电力系统建设，为“双碳”目标实现作出许继贡献。

12

地址：河南省许昌市许继大道 1298 号

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