引言

       随着全球新能源产业的不断发展，新型储能已经进入商业化发展阶段，依据新型储能行业的增长趋势分析，未来五年储能产业将高速发展。2024年4月10日，“第十二届储能国际峰会暨展览会”（ESIE 2024）在北京首钢会展中心隆重召开。开幕式上，中国科学院工程热物理研究所所长、中关村储能产业技术联盟理事长陈海生先生作主旨报告，并发布了《储能产业研究白皮书2024》，经过2022年的爆发式增长，国内新型储能装机规模2023年新增近50GWh，三倍于2022年的水平，庞大的增量将带动整个储能产业链的发展[1]。

       从研发设计、生产制造领域来看，我国储能产业链已逐渐走向完善，但从末端应用来看，市场还蕴含着巨大的潜在需求。储能系统由能量接收装置、储能装置以及能量输出装置构成，储能装置一般呈箱体结构，一个完整的储能箱系统中包含控制系统、电池、变流器以及对应的钣金结构壳体，因此，钣金结构与壳体作为储能产业链重要的一环，其新兴市场伴随着储能行业的发展，也同样影响着储能行业的技术水准，钣金加工企业如何在钣金行业产品、设备、材料、工艺、技术日新月异且传统市场稳定成熟的今天，进一步开拓储能钣金业务，实现企业订单体量的快速增长，是钣金加工企业需要重点研究与规划的方向。

1.储能产业的发展背景

       在我国提出2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和的前提下，太阳能、风能等新能源零污染的优势突出显现，受到了投资方与广大市场的高度关注，新能源装机容量也出现了爆涨。就目前我国储能产业结构而言，水利抽水储能仍超九成，由于应用较早、成本与技术要求较低，其产业链与传统电力系统深度结合。然而，随着国家积极推动产业升级和创新，尽管抽水蓄能在全球范围内都保持高比例地位，但也在逐年下降。与此同时，电化学储能技术正在快速崛起，其对应的供应商企业也在加速发展。

       随着储能技术的不断提高和产业链布局的日益完善，电化学储能成本不断下降。电池的能量密度在不断提高，制造成本逐渐缩减，使用寿命大幅延长。从产业链的整体布局来看，当前我国正积极优化储能行业的生态结构，从储能技术的研发升级、原材料的战略储备与采集，到各大零部件的生产制造、集成控制系统、以及能源回收都已经有了较为完善的产业链，我国电化学储能规模增长趋势如图1所示。尽管部分关键技术仍需要依赖外国进口，但主流成熟技术路线的掌握以及前沿技术的布局都能够实现自给自足，并且在某些领域达到了国际领先的水平。
       在国家政策的加持下，储能产业链相关的企业能够在税务与研发投入、产品等方面得到政府的补贴，这也大大增强了产业链相关企业的发展信心，这其中也包含了钣金加工企业对应的储能钣金零部件供应，钣金结构与零部件的质量与成本也将直接影响储能行业产品的应用水平。所有环节的高质量发展，为我国进一步完善增强储能产业构建了坚实的基础保障。

2.新型储能产业链

       储能产业链涵盖了从研发设计到原材料供应、配套产品制造、系统组装集成，直至最终的应用端，未来还将形成完整的回收利用，形成产业闭环。当前主要的储能产业链分支结构如图2所示，新型储能方式在用电侧、发电侧、输送侧三个环节均展现出重要的应用价值。一方面，通过削峰填谷，可以解决峰谷时段发电量与用电负荷不匹配的问题；另一方面，可以参与提供电力辅助服务，解决风光发电的波动性和随机性导致的电网不稳定。
       2.1.电化学储能

       储能技术以储存介质的不同进行分类，可以分为机械储能、电气储能、电化学储能以及热储能和化学类储能，电化学储能作为最主要的储能方式，技术成熟度与成本都具有较大优势。电化学储能产业链可分为上游原材料介质、中游核心部件制造（装置+系统）、下游储能系统运营与应用。储能产业链上游主要为电池原材料的生产，包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及结构件等；产业链中游主要为储能系统的集成与制造，对于一个完整的储能系统，一般包括电池组、电池管理系统（BMS）/储能变流器（PCS）等组成部分；产业链下游主要为应用储能系统的各种终端用户。主要包括以下几个环节：

       1. 原材料供应：电化学储能系统的核心部件包括正负极材料、电解质、隔膜等，这些都需要依赖于稳定的原材料供应链。正极材料通常是锂、镍、钴等金属氧化物，负极材料主要是石墨、硅基材料等。

       2. 电池设计与制造：这一环节涉及电池的设计、组装和制造。设计阶段要考虑电池的能量密度、功率密度、循环寿命、结构稳定性及安全性等因素。制造过程包括电极制备、电解质填充、组装成电芯、各大模组和对应的金属结构壳体。

       3. 系统集成：电化学储能系统不仅包括电池本身，还包括电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、散热系统、结构件壳体等，需要提前进行系统级的集成设计和优化。

       4. 应用与安装：电化学储能系统可以应用于多个领域，包括家庭储能、商业储能、电网调节、可再生能源发电配套等。根据不同应用场景，需要进行相应的系统安装和调试。

       5. 回收与再利用：电化学储能系统在使用寿命结束后，需要进行回收处理。正负极材料和金属壳体等无变性的其他组件可以回收再利用，以实现绿色循环可持续发展，减少对环境的影响。


       2.2.光伏储能

       我国光伏储能产业发展趋势日益迅猛，目前已基本实现了光伏发电全方位化的产业链规模。产业链涵盖了从光伏组件制造到储能系统集成、应用与服务的全过程，具体环节如下：

       1. 原材料供应：包括硅料、银浆、玻璃、背板等。硅料经过提纯处理成为硅片，硅片则是太阳能电池板的核心组件。

       2. 光伏组件生产：涉及将硅片加工成太阳能电池，并通过串联和封装形成光伏板。这个过程还包括金属边框的制作、电池板的层压和测试等步骤。

       3. 光伏系统集成：包括逆变器、支架、接线盒、电缆等辅助设备的选择与配置，以形成完整的光伏发电系统。逆变器的作用是将直流电转换为交流电，供家庭或电网使用。

       4. 储能系统组件：包括各种类型的电池以及对应的电池壳体、集成式储能箱、控制柜、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、充电设备和其他相关配件等。

       5. 储能系统集成：将光伏系统产生的电能存储在储能系统中，通过BMS和EMS对电池进行监控和管理，确保电能的高效利用。

       6. 应用与安装：光伏储能系统可以应用于居民屋顶、工商业建筑、公共设施和电网侧等不同场景。需要根据具体应用环境进行系统设计、安装和调试。

       7. 运营与维护：光伏储能系统需要定期检查和维护，以保证系统的稳定运行和延长使用寿命。这包括清洁光伏面板、检测电池性能、更换损坏部件等。

       8. 回收与再利用：光伏组件和电池在使用寿命结束后，需要对各部件进行拆解、环保回收和资源再利用。

       2.3.产业链前景

       现阶段我国有很多头部企业也在大力布局发展新能源储能产业，如华为、格力等，格力研发出了国际领先的光伏直驱控制系统，目前已经服务于全球30多个国家和地区，系统性将“光储空”有效地结合起来，该机组由光伏系统、能量储存系统、冷凝机组系统、能源信息管理系统组成，能够提供五种运行模式适应不同环境下的储能需求，为我国光伏储能产业高质量发展助力。头部企业的入局也充分展现了未来新型储能行业的发展前景是十分可观的，发展方向值得产业链相关企业借鉴。

       无论是电化学储能产业链还是光伏储能产业链，其健康发展都需要各个环节的紧密配合和高效协同，这也将带动一大批处于传统行业的企业升级转型，完成业务的拓展革新与质量的提升，同时行业的发展也需要适应时代的政策支持、技术创新和市场需求的推动。新型储能产业链建设不仅是我国快速实现“双碳”目标、高质量完成能源转型的必要支撑，同时也是我国进行制造业产业升级、推动经济结构健康发展的战略性新兴产业，是我国在全球能源转型背景下抢占发展优势的重要引擎和支撑性产业。

3.新型钣金储能箱的设计制造

       作为新型储能产业链发展的重要一环，储能箱体金属结构的材料、设计结构、加工工艺、质量稳定性以及生产成本，也是整个储能系统发展应用效益水平的关键点。以一种用于绿色建筑的储能钣金箱体为例，通过系统化的储能箱结构设计，实现储能系统各模块的一体化集成，并对储能箱制造过程进行分析，实现储能箱的高效加工制造，为储能产业大规模发展应用助力。

       3.1.储能箱体结构设计

       作为储能系统重要的组成部分，各大承载装置主要采用钢结构与钣金外壳进行组装。传统的低碳建筑将配电柜、光伏逆变器、控制系统等分散在建筑的不同地方，涉及的组件空间距离远，不利于安装维护与日常管理[2]。通过网络化的高效集成设计，对储能箱的结构体进行分区与线路联通设计，实现各模块的分段组装，配置内外接口，高效集成系统中光伏发电、直流输电、柔性用电、储能体以及控制系统等各板块一体化结构，实现空间利用率的提升，并在箱体控制中心进行各项参数的实时监控，保障系统的稳定运行。

       3.2.储能箱工艺设计

       由于箱体结构较为复杂，设计采用模块化的结构形式，其具有快速组装、快速迁移、制造成本低、空间利用率高、柔性调整等多种优势；箱内配备控制电柜、静态切换开关柜（STS）、交变电柜（AC/DC）、直流变换柜（DC/DC）、能量管理系统（EMS）控制柜等装置。主要构件包含转角架、承重柱、底部横梁、底部纵梁、顶部纵梁、顶部横梁、箱体钢板、可视化窗口及电缆井等。

       箱体涉及控制柜设备、信号线路、控制线路、电缆井、风道等设备装置的精准定位，而箱体由各大单一模块组成，所以对单一模块的构件尺寸精度要求较高。通过部件化的齐套加工，将单一的结构模块拆分成顶部框架、底部框架、前端以及后端框架4个单元进行独立的制作加工，然后再通过自动运输定位装置，将各单元汇集到总装工位进行组装，形成结构模块一体化的箱体成品。模块钢结构的工艺设计流程分为主材下料、打砂处理、顶框组焊、底架组焊、前端组焊、后端组焊、箱体总装、箱体总焊、打磨修整、喷涂等，箱体制造的流程如图3所示。
       3.3.箱体结构制作

       箱体制作主要涉及激光切割下料、数控折弯、组件点焊或焊接、框架自动定位组立、框架激光自动焊接（承重部分采用搅拌摩擦焊）、结构强度测试、无损检测等技术，可确保箱体高效率、高精度、高质量加工制作。

       箱体单个框架装配精度控制在3 mm以内，采用龙门翻转变位提升机构，将框架提升到中间变位机位置再进行镜像或90度翻转，钣金壳体装配工位上有多层平台及自动移载小车，实现壳体的自动移出装配，通过激光定准装置进行位置与平直度的检测，方便自动焊接设备来实现钣金壳体与框架的高效焊接。焊接产生的形变误差可通过液压矫正装置，将制造过程中的结构性误差进行校正，保障后续的组装集成。

       3.4.箱体组装总成

       组装总成是实现各模块形成箱体的最后工序，也是技术复杂程度最高的工序，总装包括：底架定位→前后端框架定位→顶部框架定位→装配定位→组件满焊焊接→结构校正修整等工位，各装配工位配置了定位装置、柔性夹具、矫正装置、检测装置等，方便作业人员快速的调整应对不同箱型装配要求，实现各部件的快速调节、精准定位、高效装配。装配完成即采用自动焊接装置，实现了钣金壳体板与箱体框架的自动焊接，进一步提升箱体的焊接效率和焊缝一致性，保障整体封闭性与质量稳定性。

       对关键连接位置采用视觉扫描自动检测，并对整体进行三维快速扫描成像，通过设置软件对比参数，完成箱体外轮廓尺寸、对角线误差、壳体平整度等信息的自动处理，保障关键质量控制点无异常流出。检测完后的箱体应用板链输送系统进行修整打磨后工序的精准自动传输，修整打磨主要进行保障后续壳体内外喷漆质量与外观平整度。通过可移动式喷漆装置完成对顶部、底部、侧边、内部的全方位喷漆，喷漆完需转运到调控房进行固化，因此可设计具有平移升降与自动接驳功能的AGV装置来实现箱体各加工工位的对接。

       由于储能箱采用一体化集成设计且一般放置在室外工作，箱体内部还有众多电缆线路与智能控制装置，除了对这些特殊部分进行加固防护外，还需通过喷淋、打光等封闭性检验方式来保障箱体出厂的对外防护质量达标。

4.结束语

       应对全球储能产业的不断加速发展，储能技术的快速更新，储能装置结构的不断优化，产业链相关企业（钣金加工企业）应主动抓住机遇，研究产业动向，开辟新的市场渠道，制定长远发展战略规划。并持续跟进最新储能产品，保障自身产品结构设计领先，引入先进的制造工艺技术，应用信息化、数字化等现代化技术管理方式，不断提升制造质量和交付效率，进一步提升企业运营效益，成为储能产业链中优质的供应商，为我国制造业高质量发展贡献力量。

5.参考文献

[1]陈海生，俞振华，刘为.《储能产业研究白皮书2024》[M].中国能源研究会储能专委会, 2024(4) ..

[2]高佳伟.模块化建筑研究现状及展望[J].住宅与房地产,2022(5):126-131.