电化学储能系统标准对比分析

汪奂伶，侯朝勇，贾学翠，胡 娟，许守平



电化学储能系统标准对比分析

汪奂伶，侯朝勇，贾学翠，胡 娟，许守平

（中国电力科学研究院，北京 100192）

基于电化学储能技术和产业发展，介绍并分析了国外和国内电化学储能系统标准的现状。针对国内外电化学储能系统现有的标准体系，提出了标准制定的需求以及制定标准的路线图，并对我国电化学储能系统标准未来的方向和标准制定提出了建议。

电化学储能系统；电网；标准

近年来电池储能系统在电力系统中的应用比较广泛[1-6]，发展速度很快。截止目前国内外投入并网运行的规模最大的锂电池储能系统为14 MW/63 MW·h，液流电池储能系统为5 MW/10 MW·h，钠硫电池储能系统为50 MW/300 MW·h，铅酸电池储能系统为100 MW/200 MW·h。日本、美国、中国、欧洲等国家和地区建设了很多储能系统，确立了借助储能技术改善间歇式电源可控性、提高其并网应用能力这一有效途径[7-9]。但是，现有的储能系统设计、接入大容量储能设备的技术规范、试验方法、运行和维护等方面的标准很少，已经不能适应当前储能系统发展和维护的需要。

电化学储能技术的发展和标准缺乏的现状迫切需要建立一个完备的电化学储能标准体系，并根据标准体系，制订上述电化学储能系统工程急需的标准，以满足工程建设和运行的需求。

1 国外标准现状

国外储能系统标准主要为IEC标准、IEEE标准，除此之外，美国国家标准技术研究院（NIST）和日本电气技术规格委员会（JESC）也开展了一些储能标准的编制工作。

1.1 IEC标准

目前IEC主要由TC21、SC21A、TC120开展储能相关标准的制定，IEC TC120划分工作组时为了和TC8、TC21、TC22等工作内容不冲突，主要负责储能系统接入系统方面的问题，而不关注储能设备。TC的基本情况见表1。

表1 IEC中与储能相关的技术委员会基本情况

TC21是蓄电池和蓄电池组技术委员会，目前TC21有两个工作组——IEC 60095系列起动用蓄电池和维护工作组及牵引和固定电池工作组。它现有的核心标准包括IEC 60095铅酸启动电池系列标准、IEC60254铅酸牵引蓄电池系列标准、IEC60896固定式铅酸蓄电池系列标准、IEC60952飞机用蓄电池组标准、IEC61056通用铅酸电池（阀控类型）系列标准等标准。上述标准虽然对铅酸电池做了全面详细的规定，但不涉及特殊领域，因此用于并网型的储能电池参考这些标准的意义较小。

国际标准IEC61427-1《可再生能源存储用蓄电池和蓄电池组—一般要求和试验方法—第1部分：光伏离网应用》，主要针对离网型储能系统用铅酸电池，应用领域主要是偏远无电地区或海岛孤网运行的太阳能光伏供电的铅酸电池储能系统。与之对应的IEC61427-21《可再生生能源存储用蓄电池和蓄电池组—一般要求和试验方法—第2部分：并网应用》，则主要针对并网型储能系统的铅酸电池，国内铅酸电池厂家并网操作基本都按照本规范进行，参考价值较大。SC 21A是碱性或非酸性电解的蓄电池和蓄电池组技术委员会，它是TC21的一个子技术委员会。它现有的核心标准包括IEC 60622含碱性或其它非酸性电解液的二次电池和电池组；密封镍镉方形可充电单体电池、IEC 60623含碱性或其它非酸性电解液的二次电池和电池组；通气镍镉方形可充电单体电池、IEC 61434含碱性或其它非酸性电解液的二次电池和电池组；碱性二次单体和电池标准的电流设计导则、IEC 61951碱性或其它非酸性电解液的二次电池和电池组；便携式密封可充单体电池系列标准等。

TC120是储能系统技术委员会，成立于2012年，下设术语、单位参数和测试方法、规划和安装、环境问题、安全事项5个工作组开展相关标准制定工作，并且将根据技术发展需要，适时成立新的工作组。由于TC120是成立不久的技术委员会，无已发布标准，目前正在制定的标准有：① IEC 62933 Ed. 1.0 储能系统——术语；② IEC 62934 Ed. 1.0 储能系统单位参数及测试方法；③ IEC 62935 Ed. 1.0 储能系统规划及安装；④ IEC 62936 Ed. 1.0 储能系统环境问题；⑤ IEC 62937 Ed. 1.0 接入电网储能系统安装的安全事项。

1.2 IEEE标准

IEEE标准协会隶属于美国电气和电子工程师协会（IEEE），在100多部现行的或正在制定的IEEE智能电网标准中，IEEE 1547TM 系列互联标准的主要内容是储能和分布式发电资源的并网以及微电网。另外，IEEE P2030.2—《与电力基础设施整合的储能系统互操作性指南》和IEEE P2030.3—《用于电力系统的电能存储设备和系统的测试流程标准》是两个涉及储能系统的标准制定项目。

IEEE 1547—《分布式资源与电力系统互联用标准》于2003年首次发布，并在2008年延续了有效期。该标准在全球的实际使用和执行过程已衍生出9项标准、补充标准和标准制定项目，用以解决新增的市场需求。该标准发布以来，受益于其提出的互连和测试通用要求，现代化互连系统和分布式发电技术的应用在世界范围内已获得了快速增长。如今，IEEE 1547标准已成为可再生能源、分布式发电和储能系统互连标准化的关键基石。与此同时，IEEE标准协会不断地从各国在标准应用过程里遇到的挑战和难题中提炼知识，并将其运用到IEEE 1547标准的持续完善和扩展中。如基于已发布的IEEE 1547系列标准，结合全球分布式电源现有技术制定的标准《IEEE1547.4—2011分布式孤岛电力系统的设计、操作和集成指南草案》。

IEEE P2030.2—《与电力基础设施整合的储能系统互操作性指南》旨在帮助人们理解储能系统，为系统技术特点的界定提供指导性意见以及指导实施如何将离散系统或混合系统与电力基础设施进行整合，实现兼容使用。

另外，正在制定的IEEE P2030.3—《用于电力系统的电能存储设备和系统的测试流程标准》旨在设立标准化测试流程，用于确保所有储能技术和应用都符合互联要求。

1.3 其它标准

美国国家标准技术研究院（NIST）将电能存储列为智能电网标准制订的优先领域之一。智能电网互操作论坛成立了分布式可再生能源、分布式发电和电能存储（DRGS）工作组。该工作组提供了一个平台，针对分布式可再生/清洁能源发电及储能接入智能电网、辨识标准、确认互操作性问题和现有差距，据此建立“优先行动计划”（PAP）和工作组以解决问题，填补差距。DRGS工作组还将解决低压电网和微网中电源/储能设备分布控制的通讯需求，包括基于电力电子接口的设备（如光伏发电和蓄电池）与具有较高内在惯性的旋转电机设备的 通信。

2004年以来，日本电气技术规格委员会（JESC）组织编制了与电力储能相关的多项技术标准，2004年发布了《确保电力品质的电气设备接入技术条件》，2006年发布了《分散式电源接入系统技术导则》，2010年发布《电力储能电池技术规范》。此外，日本储能设备制造商和电力公司根据日本国家标准编制了一些企业标准，如NGK公司与东京电力2004年共同发布了企业标准《钠硫电池接入电网技术规范》和《钠硫电池并网特性规范》。日本储能标准侧重接入电网技术及电池技术规范，目前尚不成体系。

2 国内标准现状

自2010年起，中国电力企业联合会、国家电网公司开始着手储能相关标准的编制。

2.1 国家标准

国内相关储能国家标准的制定主要由中国国家标准化管理委员会和住房和城乡建设部开展。由于储能技术尚处发展阶段，国内已经发布的储能领域标准只有一项工程建设国家标准GB 50148—2014《电化学储能电站设计规范》，该标准主要适用于容量为500 kW且能量为500 kW·h及以上新建、扩建和改建的电化学储能电站，主要技术内容包括站址选择、站区规划和总布置、储能系统、电气一次、系统及电气二次、土建、采暖通风与空气调节、给排水、消防、环境保护和水土保持、劳动安全和职业卫生等，对正在编制和即将编制的标准具有较高的指导作用。目前储能领域国家标准见表2。

表2 储能领域国家标准

正在编制中的国标《电力系统电化学储能系统通用技术条件》规定了电力系统电化学储能系统的系统、设备（含锂离子、铅酸、液流、钠硫四种电化学储能电池以及电池管理系统、变流器）、保护、监控、通信及计量的技术要求和试验方法，适用于电力系统以电化学储能电池作为储能载体、额定功率不小于100 kW且储能时间不少于15 min的储能系统。为了规范示范型储能系统应用，100 kW以下级别的由分布式电源和微网进行规范。该标准涵盖内容广泛，两项国家标准《电池储能系统储能变流器技术规范》、《储能变流器检测技术规程》与其同期报批，其中的变流器相关技术指标及检测方法与《电力系统电化学储能系统通用技术条件》一致，由于内容上的重叠，可以称这两项标准是《电力系统电化学储能系统通用技术条件》的子标准。《电力系统电化学储能系统通用技术条件》的报批发布将奠定整个储能国家标准的基础，也为行业内的各电化学电池厂家、变流器厂家及电池管理系统厂家提供了强有力的指标依据。

2.2 行业标准

国内相关储能行业标准的制定主要由国家能源局开展。目前正在编制的储能行业标准主要涉及电化学储能系统并网技术、检测及运行控制，目前储能领域行业标准见表3。

表3 储能领域行业标准

已经发布的标准有三项NB/T 33014—2014《电化学储能系统接入配电网运行控制规范》、NB/T 33015—2014《电化学储能系统接入配电网技术规定》及NB/T 33016—2014《电化学储能系统接入配电网测试规程》。这三项行业标准规定了以电化学二次电池作为电能存储载体的并网型储能系统的技术、测试及运行控制等相关的指标及具体操作要求，适用于接入35 kV及以下电压等级配电网，额定功率100 kW及以上且以额定功率放电时间15 min及以上的储能系统。这三项标准是储能接入配电网技术要求、测试条件及方法、运行控制及检测等方面标准的基础，均以现有电网结构和配置以及储能技术发展水平为基础，结合我国电化学储能系统推广应用实践，总结、吸收了我国在电化学储能系统接入电网方面的科研成果和先进经验，反映了目前电化学储能技术水平，同时兼具一定的前瞻性。这三项标准的出发点和基本原则是在保障电网及储能系统安全、稳定和可靠运行的前提下，充分发挥储能系统对电网的积极作用，使标准具有科学性和可操作性。

2.3 企业标准

自2010年起，国家电网公司相继发布了9项储能系统相关标准，主要对储能及储能电池、储能变流器等入网、运行、监控通信及相关设备规定了具体要求及实验方法，对后续储能相关标准的制定奠定了重要的基础。目前储能领域企业标准见表4。

表4 储能领域企业业标准

比起电化学储能标准的国家标准和行业标准，国家电网公司企业标准起步较早，Q/GDW 564《储能系统接入配电网技术规定》于2010年就已发布，Q/GDW 676《储能系统接入配电网测试规范》、Q/GDW 696《储能系统接入配电网运行控制规范》等2011年也已发布，这两项标准也于2015年进行了第一次修订。这些标准由于发布较早，当时的电化学储能并网技术及标准编制工作都尚不成熟，标准中涉及储能系统并网的具体指标及操作步骤、方法等规定的都较为模糊，执行难度较大。随着储能国家标准、行业标准的制定完善，新修订的Q/GDW 676《储能系统接入配电网测试规范》、Q/GDW 696《储能系统接入配电网运行控制规范》做了较大篇幅的修改，其中所有的指标与规定均以正在编制的国家标准、行业标准为基础，并结合国家电网电力系统内的科研成果和先进经验，规定了以电化学二次电池作为电能存储载体的并网型储能系统的运行控制、测试条件、设备、项目及方法等，标准适用于接入35 kV及以下电压等级配电网，额定功率100 kW及以上且以额定功率持续放电时间15 min及以上能量的电化学储能系统。指标的具体化及操作规定的细化，使得新修订的标准具有很强的执行操作使用性。

标准Q/GDW 1884—2013《储能电池组及管理系统技术规范》是国内外首个针对电化学储能电池及其管理系统的标准。标准主要针对锂离子蓄电池，规定了电力系统储能电池组及管理系统的技术要求和试验检测所应遵循的原则和技术要求，适用于接入国家电网公司经营区域内35 kV及以下电压等级电网的储能系统。

3 国内外储能标准体系对比

3.1 国外储能标准体系分析

IEC、IEEE等一些国际组织已经着手开展储能相关的标准化工作。

IEC TC120没有发布相关标准体系，其主要对目前备受关注、急需制定的标准开展制定工作，制定的标准之间缺乏系统性和逻辑性。

TC21将所有的电化学系统都考虑在内，它的工作范围是为所有的蓄电池和蓄电池组制定产品标准，侧重于电池本身的通用条件、性能测试及方法、安装安全要求等方面。为所有的蓄电池和蓄电池组制定产品标准。IEC/TC21二次电池技术委员会在二次电池方面开展了一些工作，但范围侧重于电池本身的通用条件、性能测试及方法、安装安全要求等方面。

IEC于2011年12月成立基于IEC TC21、SC21A和TC82的联合工作组JWG 82，该工作组的成立旨在推进国际标准“IEC 61427—2：用于新能源存储的二次电池与电池组（第二部分）：并网应用”的制订工作。该标准涉及到用于电力系统储能的二次电池及其测试方法，主要内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、通用测试条件和要求、事故响应和故障测试、性能测试、耐久性测试。该标准测试的范围仅限于带管理系统及辅助部件的电池组，不包括变流器、整流器等并网设备。制订该标准的目的是为了指导最终用户能够判断并选择合适的储能电池类型、合理地操作以及在寿命结束时进行回收处理。通过针对一些特定的应用场合，用一套统一的测试方法来测试不同电化学体系储能电池的优劣，为最终用户如何选择储能电池提供帮助。

IEEE注重储能接入系统方面标准。IEEE标准协会不会将重点放在预测是机械储能方法还是化学储能方法，亦或是燃料电池、蓄电池等哪种技术会成为全球市场的主流技术，而是关注其与更大规模电网之间的互连以及对各种储能技术的系统要求，目的是为电网提供庞大的可用潜在资源。

3.2 国内储能标准体系分析

2011年起，我国能源局开始下达电力储能行业标准相关计划。目前，正在制定、报批的国家、行业标准有《电网配置储能系统通用技术条件》、《电池储能系统储能变流器技术规范》、《储能变流器检测技术规程》、《储能电站运行维护规程》等20余项，但截至目前只发布了一项工程建设国家标准GB 50148—2014《电化学储能电站设计规范》及三项能源行业标准NB/T 33014—2014《电化学储能系统接入配电网运行控制规范》、NB/T 33015—2014《电化学储能系统接入配电网技术规定》及NB/T 33016— 2014《电化学储能系统接入配电网测试规程》。2010年起，国家电网公司相继发布了Q/GDW 564— 2010《储能系统接入配电网技术规定》、Q/GDW 676—2011《储能系统接入配电网测试规范》、Q/GDW 696—2011《储能系统接入配电网运行控制规范》等企业标准。由于缺乏标准体系的整体规划，正在制定的国标、行标及企业标准存在以下问题。

（1）部分标准缺乏科学性。如正在制定的行业标准《大容量电池储能站监控单元与电池管理系统通信协议》，对于4种电池类型、2种常用通讯接口（CAN、以太网）、2种常用通信协议（104、61850），至少存在16种具体通信协议，该标准的制定不可能将全部通信协议列举和细化；已经颁布且正在修订的企业标准Q/GDW 676—2011《储能系统接入配电网测试规范》，具体内容侧重点在于储能本体设备的一些测试，而不是并网特性的测试，该标准只能根据技术的发展实时修订。

（2）部分标准缺乏系统性。如正在制定的《大容量电池储能站电池管理系统技术规范》、《大容量电池储能站蓄电池技术规范》等标准，均将电池储能电站的范围仅限于锂离子电池，而当今应用的铅酸电池、液流电池、钠硫电池都没有包括，以偏概全。企业标准目前的制定侧重于接入电网类的标准和设备类标准，缺乏后期运行维护、调度类标准。

除潘云外，陈大勇不愿当“俘虏”，他和另外一个“鬼子”换了服装，和吴参谋走在一起。孔老一和缺一指刚经历了那么多事，加上一路疲惫，神情沮丧得比“俘虏”还像俘虏。

（3）标准之间逻辑性缺乏。如正在制定的国家标准《电网配置储能系统通用技术条件》包含各种设备的技术指标与测试方法，与其它分类设备的技术条件、测试方法等标准重叠；已经发布的企业标准Q/GDW 697—2011《储能系统接入配电网监控系统功能规范》与Q/GDW 1887—2013《电网配置储能系统监控及通信技术规范》两个标准界面不清，编写内容存在重叠之处。

综上所述，由于电力储能标准体系的缺失，我国现阶段标准的制定存在散乱、覆盖面不全、交叉重叠等状况。为了保障电力储能标准化工作的有序进行，提高标准制修订的效率，提升标准的权威性，有必要开展电力储能标准体系及路线图研究，建立具有科学性、系统性、逻辑性、开放性的电力储能标准体系，作为编制计划和制定标准的依据。

4 标准需求

由于电力储能技术发展尚处于起步状态，电力储能技术相关标准的制定缺乏体系化。IEC只是从目前备受关注、急需制定的标准入手开展标准制定工作，因此制定的标准之间缺乏系统性和逻辑性且没有发布相关标准体系。美国能源部在2010年12月发布的《电力系统对大规模储能技术应用需求》（Electric power industry needs for grid-scale energy storage applications）明确指出：电力储能技术标准体系的缺失是目前储能技术应用推广的主要障碍之一。但从目前的调研结果，只有美国和中国正在积极筹划电力储能标准体系建设工作，并取得一些初步成果。日本与欧盟虽然也认识到问题的严重性，但是在标准体系建设方面并没有提出实际意义的 思路。电能存储系统的标准化需涉及如下方面[10]：① 术语；② EES部件和系统的基本特征，尤其是进行比较和技术评估所需的定义和测量方法；③ 容量、功率、放电时间、使用寿命、标准的EES单元的尺寸；④ 各部件之间的通信；⑤ 协议、安全；⑥ 互联要求；⑦ 电能质量、电压公差、频率、同步化、计量；⑧ 安全：电气、机械等；⑨ 检测；

⑩ 实施指南。

5 标准路线图及建议

5.1 储能标准化工作路线图

由于电化学储能标准需求迫切，但已发布的仍寥寥无几，所以加快电化学储能标准编制步伐十分必要。当前电化学储能国际标准化工作进展非常迅速，需要把握机遇，做好充分准备。同时储能涉及的专业领域较为丰富，需要把握好工作范畴，依据已有的技术优势和发展战略，分阶段、有重点地参与电化学储能国际标准的制定工作。

国内电化学储能系统接入电网的并网技术条件系列标准基本完备，并网试验与评估系列标准也正在补充完善，资源评价与功率预测、运行与维护系列标准也正在制定，系统级控制与安全防御系列标准缺失比较严重。下一步的工作重点首先是提升已发布标准的等级，开展企标升行标、国标的相关工作，增强标准的约束力。其次应从基础通用、系统要求、设备要求及检测、调试验收和运行维护检修等五个方面，按照重要性，逐步制（修）订电化学储能标准，满足储能并网的需要，建议电力储能标准体系工作路线图（图1）。

5.2 储能标准化工作建议

日益成熟的储能技术离不开标准的推动和约束，为了形成完善储能标准系列，建议如下。

（1）目前国际标准中关于储能技术已有大量设备级的标准，但关于储能接入电网的系统级标准还很少，应积极推进该方面标准的制定。

（3）应积极主导和参与相关行业标准、国家标准体系建设和重要标准的制（修）订工作，全力开展企标升行标、国标的工作。

（4）为继续逐步完善标准体系建设、支撑标准编制工作，应深入分析已有示范工程的运行状况，总结经验，挖掘数据，并有序开展相关技术的基础性、前瞻性研究。

（5）为促进相关标准的国际化工作，条件允许的机构应加快申请成立相应的国家级标委会，积极承担国标委在国际标准化组织中的相关技术工作。尽快与国际接轨，开展国际技术交流，跟踪国际标准动态，积极参与国际标准组织活动，包括争取在国际标准化组织中成立相关领域的技术委员会，推进新国际标准立项工作，争取主导国际核心标准的编制，并积极配合其它国家及国际标准组织的国际标准编制工作和相关研究工作等。

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An comparative analysis forenergy storage system standards

WANG Huanling, HOU Chaoyong, JIA Xuecui, HU Juan, XU Shouping

(China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

Based on electrochemical energy storage technology and industry development, the status of electrochemical energy storage system standards at home and abroad is introduced and analyzed. According to the existing standards system of electrochemical energy storage system, both in China and abroad, putting forward the requirements and roadmap for standard establishment. Finally, making recommendations for the direction and standard establishment of electrochemical energy storage system standards in the future in our country.

electrochemical energy storage system; network; standards

10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.028

TM 464

A

2095-4239（2016）04-583-07

2015-12-14；修改稿日期：2016-03-17。

国家自然科学基金（51407167）及国网公司科技项目（DG71-15-041）。

及通讯联系人：汪奂伶（1988—），女，工程师，研究方向为大规模储能技术标准制/修订，E-mail：wanghuanling@epri.sgcc.com.cn。