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內外進化 儲能系統的N種“打法”

2023-06-07 10:08:23 高工儲能

火熱的儲能行業創新涌動。

在電芯層級,基于大容量的電芯此起彼伏;在系統層級,基于電芯、PCS、綜合算法,以及與電網、光伏等協同形成內化兩大進化方向。

以近日的上海SNEC展為例,在內部進化方向,寧德時代推出新型光儲融合方案,利用耐高溫石墨負極,實現高溫電芯技術,實現0輔源、自加熱技術的儲能系統;比亞迪推出“刀芯配儲”,即搭載刀片電池的比亞迪魔方;天合儲能亦推出搭載高溫電池的無空調儲能系統;蜂巢能源推出短刀電芯儲能系統……

而在外部進化方向,陽光電源、華為等推出光儲融合方案;陽光電源、遠景能源、南瑞繼保、海博思創等推出構網型儲能系統。

高工儲能分析認為,從寧德時代、比亞迪、陽光電源、天合儲能、華為、蜂巢能源等的一系列企業創新步伐來看,儲能系統領域 “內外進化”趨勢明顯,并已經形成了不同系統解決方案。

所謂內外進化中的“內”,是指儲能系統從內部開始優化,比如電芯、PCS、軟件算法等不斷創新,從而形成更優的系統;而“外”則是指儲能系統加速與電網、光伏耦合,形成構網型儲能、光儲融合方案,從而加碼儲能系統的優化、迭代。

內部:儲能系統電芯、PCS、算法進化

內部進化,是儲能系統優化的重要方式。

當前,儲能系統因入局者龐雜,在技術進化方向亦表現極大的“領域特性”。

首先,具備電芯能力的系統集成玩家,開始聚焦電芯材料或者電芯結構,形成更優的方向。

在電芯材料迭代方面,寧德時代、天合儲能以高溫電池主導儲能系統的革新。

5月24日,寧德時代發布全球首個零輔源光儲融合解決方案,光與儲實時聯動,實現毫秒級功率控制,保障電力平滑輸出,同時充放電效率提升10%。該光儲融合系統通過高溫電芯技術結合自加熱技術,實現系統自主控溫,無懼寒暑,無需冷卻系統及外部輔助電源,擺脫儲能電池對輔助電源的依賴。

寧德時代高溫電芯技術采用耐高溫石墨負極材料及特質的電解液配方,電芯在超過35°C的條件下依然保持良好的衰減特性。

在儲能電柜模塊,寧德時代配備了首款長壽命高溫電芯,系統循環壽命可達15000次。在光儲變流器模塊,寧德時代為每一個組串式光儲變流器都配備了儲能電池,對光伏組件輸出功率進行實時調節。

寧德時代還首創本地能量管理系統(Local EMS),搭載于每一個組串式光儲變流器中,一方面可實時與上層管理系統通訊,另一方面可實時識別儲能電池能量分配需求,實現毫秒級響應,輸出功率“零”偏差。

另一個重磅玩家——天合儲能亦在此期間對外推出搭載高溫電池的無空調儲能系統。

天合儲能將圍繞高溫鋰電材料體系、系統結構、均溫控制重新設計。在電池開發上,天合儲能開發出耐高溫鋰電池;在系統方面,持續優化大型儲能的倉體結構,比如打造通風效果良好的全通暢系統。

寧德時代、天合儲能的無空調儲能系統,核心均在與電芯,試圖從電芯角度定義系統,為項目建設提供更具價值更安全的儲能產品,助力實現電力在發電側、電網側以及用戶側的穩定運行。

除了電芯材料變革外,亦有從結構尺寸來主導儲能系統進化。

該路線主要以比亞迪、蜂巢能源等為例,刀片工藝等亦將重新“定義”儲能系統。

5月24日,比亞迪推出首款集成刀片電池的儲能系統“比亞迪魔方”。

據悉,比亞迪魔方無模組、無PACK、直接集成到系統,可降低約36%的零部件數量,提升約98%的空間利用率,加大約30%的結構強度。同時,可通過靈活組合,適用于工商業儲能、電站級儲能等應用場景。

5月24日,蜂巢能源發布了儲能專用場景的系列短刀電池,包括L500型325Ah電力儲能專用電芯、L600型124Ah工商業儲能專用電芯、L600型168Ah家庭儲能專用電芯等系列產品。在系統集成環節,蜂巢能源基于短刀電池推出系統方案。以電力儲能系統為例,與傳統VDA儲能系統相比,325Ah儲能專用電芯基于短刀電芯結構,采用LCTP技術,Pack零部件減少15%,Rack動力連接件減少50%,從而降低系統成本。

其次,除了電芯層級的技術優化,PCS層級是在不斷優化,形成具備綜合控制能力的系統。

PCS決定了電能轉換的質量與系統的效率。PCS玩家相繼推出組串式、集散式、高壓級聯式、模塊化、集中式解決方案。

不同拓撲結構的容量可利用率也不相同。當前,盛弘電氣、上海電氣等入局了模塊化儲能變流器;而智光儲能、新風光、易事特等推出了高壓級聯型儲能變流器。

而表現到儲能系統,亦出現了上述幾種系統分化。隨著市場中300Ah以上的儲能電池陸續推出,以及變流器單體功率即將突破4MW,更高容量電池和更高功率的PCS正在同步進化,形成綜合的系統解決方案。

再次,從電池運行狀態的監控、系統的協同控制、加與電網的協同互動能力來獲取輔助服務收益,數字化、智能化技術逐漸上升為重要基礎。

海博思創認為,儲能系統集成不只是簡單連接和電芯堆疊,儲能系統集成的過程本身就是一個數字化貫穿的過程。數智化技術無論是在電池狀態監控,還是電力交易的策略設計和數據預測方面均十分關鍵。

尤其,當未來儲能系統運行周期動輒20年,對能量管理、電池一致性管理的要求就越高。這就需要通過智能化控制技術,提高儲能系統內部多單元功率出力分配策略的精準性,以此減少不同單元之間電池SOX的差異,進而提升系統的容量可利用率。

海博思創在產品開發、技術迭代、項目管理、質量追溯展開全生命周期數據跟蹤,將在未來的電力交易、碳交易的過程中起到關鍵作用。

遠景能源打造了EnOS智能物聯操作系統,可實現儲能系統的安全管理、功率預測、電力交易等功能,更好應對國際項目更嚴苛的要求和更多變的環境。“智能物聯操作系統EnOS,可解決能源協同的挑戰,目前接入的全球資產已經超過了400GW。”遠景能源創始人張雷曾表示。

而陽光電源儲能系統采用站級調度群控技術,能量管理系統(EMS)的 POD 控制器基于采集 PCC 功率和頻率信息。當檢測頻率超閾值范圍時,基于功率微分計算量進行比例調節,并進行通訊延時和響應延時的補償校正,輸出阻尼功率,儲能系統響應阻尼功率的指令疊加,可在 3~5 個周波內抑制0.15-2.5Hz低頻功率振蕩。

上述案例的功能,均有賴于儲能數字化、智能化的實現。

外部:電網耦合、光伏融合

隨著光伏發電成為主流,向著光儲融合、電網耦合發展。未來,零碳工廠、零碳建筑、零碳園區、零碳城市也將成為現實。

首先,眾多系統集成商開始關注與光伏的融合,推出光儲融合方案。陽光電源、華為、天合儲能、寧德時代等均在在光儲融合領域推出針對性方案。

以陽光電源為例,陽光電源在SNEC上展出了光伏、儲能、充電、氫能、運維管理等全域產品,及“光儲充氫維”全域融合能力,覆蓋能源基地、零碳園區、零碳家庭全場景。

陽光電源還推出“1+∞全屋綠電解決方案”,圍繞逆變技術核心,在業內率先實現全棧自研的“光儲充優云”系統級產品組合,打造一站式系統解決方案和服務。

無獨有偶,華為也提出了全場景智能光儲解決方案,包括清潔能源基地、工商業、戶用三大應用場景最前沿的解決方案和全球成功應用實踐。

在清潔能源基地打造方面,華為創新提出了“三個融合”理念,即通過電力電子技術與數字技術融合、光儲融合、能量流與信息流融合,與生態伙伴攜手打造穩定并網、極致安全、智能運維、更高收益的新型清潔能源基地解決方案。華為推出光伏和儲能系統智能協同控制,可有效保障在離網狀態時2:1高光儲比穩定運行;同等儲能配置下,更高的光伏比例,有利于降低系統度電成本30%。

其次,伴隨更高比例可再生資源的接入,掌握關鍵電網技術,促進儲能系統有效參與電網調度與輔助服務。

當前,國內風、光能源大基地、大水電、大核電等集約化開發主要集中在西南、西北、東北、華北地區,電力負荷中心主要集中在中東部地區,以特高壓為骨干網架的大容量、遠距離能源輸送大通道建設全面加速,不斷深化“西電東送”、擴大“北電南送”的能源配置格局。中國能源生產、消費呈現逆向分布等特征逐漸明顯。

全球能源加速轉型背景下,高比例可再生能源接入、高比例電力電子設備接入、高比例特高壓直流輸電的“三高”態勢逐漸凸顯,對新型電力系統的平穩運行提出更大挑戰

電網的交互能力也決定著儲能系統運行時的性能表現。眾多系統集成商表示,參與到電網調頻、調壓、調峰以及慣量支撐等調節工作才是儲能系統核心價值所在,這就需要企業研發團隊對電力系統、電網的需求有著深刻的理解,構網型儲能得到重視。

陽光電源認為,在“三高”背景下,儲能系統應具備多次連續高低穿構建能力,這也是下一代并網標準要求趨勢。當前,GB/T 34120、GB/T 36547 等多個并網標準要求電壓故障穿越期間的無功響應時間為30ms。并網點電壓因短路等導致跌落、大負荷擾動導致過壓時,需要儲能系統保持并網,并向電網提供無功功率支持電網恢復,“穿越”故障區域。構網型儲能自西藏首提“強配”后,正在加快走進儲能領域。

事實上,構網型技術不僅提高系統自身能力,還可以提高儲能系統參與電力輔助服務市場的能力、提高儲能電站的經濟收益,不斷優化儲能系統應內核。

結語

當前儲能正走向規模化發展初期。儲能系統是直面業主的終端。面對大比例可再生能源接入電網、光儲同壽等一系列發展需求,儲能系統的門檻越來越高,基于儲能系統技術進化也將愈演愈烈,儲能系統解決方案也將不斷得到優化,儲能系統之戰已經全面開啟。不過,究竟是哪種進化或哪些進化會獲得市場認可,時間會給一個答案。




責任編輯: 李穎

標簽: 儲能系統,儲能行業