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未来,储能技术走向何方?

日期:2023-01-18    来源:生态能源圈

国际储能网

2023
01/18
17:14
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关键词: 储能技术 储能系统 储能项目

在杰里米·里夫金所著的《第三次工业革命:新经济模式如何改变世界》一书中提到:储能是第三次工业革命的技术支撑,对人类能源发展具有重要的战略意义。如果我们有幸成为这个时代的见证者和亲历者,那么我们也将随着时代的巨轮滚滚向前。幸运的是,你我正处于第三次工业革命的历史长河之中。

然而目前,由于新能源的随机性、波动性和反调峰特性,发电与消纳产生了难以平衡的矛盾,给电网造成了巨大的压力。预计到2030年,全国风电、太阳能日最大功率波动预计4-6亿千瓦,完全超出了电源自身调节能力,因而迫切需要储能技术向着更高能效、更广泛的应用面方向发展。

一场关于“新型电力系统安全运行和新能源高效消纳”的思考被推至舞台中央,重新构建调峰体系就成为当前新能源发展道路上迫切需要解决的问题,这也正是储能诞生的意义。从这一层面来说,储能的存在乃至于一切相关技术发展方向,必然将围绕这一重要意义展开。

过去十年,阳光电源聚焦产品应用性,在储能核心技术方面更上层楼,率先攻克VSG、黑启动、直流耦合技术、1500V储能等核心技术难题,并最早应用各类项目中;抢先布局和推广“新能源+储能”深度融合技术,推动领先技术的规模化应用。据阳光电源预测,公司今年全球发货量将在12GWh以上,延续几何式增长态势,成为电化学储能意义最直观的体现。

那么,未来十年,储能技术将走向何方?

众所周知,能量的密度越高,不稳定性就越强。作为电力储能系统,要成为电力系统调节的资源,就要起到调峰、调频、惯量支撑、调压等应用功能。因此,保证长寿命、高安全、大容量、低成本、多应用场景等性能,将成为储能技术为未来发展的“重头戏”。

趋势一:长寿命

2009年,国外最早的锂离子电池储能项目诞生,然而该1MW/250KWh钛酸锂电池储能调频项目,仅仅运行了5年就宣告报废。无独有偶,2010年1月国内某厂区的第一个MW级磷酸铁锂储能项目,也在运行了短短3年后报废。

较为普遍的问题是难以将高密度能量的电池集合温度控制在安全范围内,同时,也无法平衡不同放电深度下的电池容量保持率。从而导致整机电池可用容量严重下降,大批电池单体鼓包,安全风险大幅增加。

在阳光电源最新发布的液冷储能新品——PowerTitan、PowerStack中,寿命短这一大技术痛点得到了有效缓解。

阳光电源全系列液冷产品图

在反复的验证之后,中国电力科学研究院惠东认为:如果储能系统在全寿命过程期间,运行温度能保持在18℃-26℃之间,对电池的寿命影响最小,在减缓电池老化的同时,也能将设备维持在最好的运行状态之中,阳光电源的液冷技术也成为储能热管理新的技术方向。

电芯温度的均衡性决定了电芯寿命与效率。此次阳光电源储能新品采用液冷温控方式,通过多级变径流道和微通道均流的设计,实现电芯温差小于2.5℃,使电池寿命延长2年以上,100MWh电站生命周期内可多放5300万度电。

趋势二:极致安全

2022年3月21日,《“十四五”新型储能发展实施方案》正式印发,方案中提到的,要立足安全,规范管理。加强新型储能安全风险防范,保障新型储能项目建设运行的全过程安全。而电池状态检测粗放、电芯热失控预警缺失、联动保护不足、消防设计不足等是造成一系列储能安全问题的主要原因。

针对这一问题,阳光电源首先提出 储能“主动安全”的新思路,在传统“被动防护”的基础上,将电力电子技术应用于主动安全保护设计,从电芯级、电池簇级、系统级等层级联动保障储能系统全生命周期安全。

主动提前预警——针对电芯热失控问题,阳光电源结合储能运行大数据,通过智能簇间在线诊断、内阻离散算法、析锂状态计算,精确识别电池病变程度,提前预警,协同控制系统调整充放电流和电芯环境温度,将电芯的热失控扼杀在早期阶段,解决了电芯热失控难题。

100%主动识别拉弧——在最新推出的PowerTian液冷储能系统产品中,阳光电源通过毫秒级100%识别拉弧,秒级关断,大幅降低电气拉弧安全风险,提升保护的速度与精度,进一步提高储能系统的安全性。

主动隔绝和消除隐患——新品采用隔舱设计,将电池与电气件分舱放置,舱壁具备超过一小时的耐火能力,可有效隔绝隐患,避免火灾蔓延,降低损失。并结合精准探测、排风防爆、主动灭火等功能,打造出高于全球NFPA15、NFPA855、NFPA68、NFPA69等权威标准的消防系统,足以建立起一小时的耐火能力,成为新品消防系统的最后一道屏障。

趋势三:大容量

自2021年2月22日国务院发布《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》以来,国务院发文要求加快大容量储能技术研发推广,提升电网汇集和外送能力,未来仍将聚焦于大容量、高参数、低污染三个方面,加速推进我国能源资源利用效率于2030年达到国际先进水平。

此次阳光电源液冷储能新品在系统大容量设计思路方面大放异彩。通过正面单开门设计,支持背靠背,肩并肩陈列布局,可减少25%以上占地面积。并采用直流侧增补设计,进一步降低未来容量扩容和增补的难度。

同时,相比于需要频繁更换电芯的储能产品来说,阳光电源采用的“簇级管理器”其中一大好处就是电池更换无需人工调节SOC,系统扩容无需额外新增PCS,解决了新旧电池混用造成的容量失配难题,极大降低了扩容难度,节约了90%的交付时间。实现百MW电站生命周期内增补,仅硬件投资成本就可节约600万元。

阳光电源在系统集成设计上,做到极大兼容多电芯平台设计,并随着储能电站容量的增大,辅电能耗也将会不断压缩,形成良性循环。

趋势四:系统集成协同高效

储能系统本身就是多种软、硬件的集成,就像人类的大脑,有无数个神经突触,但凡有极细小的偏差,就会影响系统整体效率的发挥。如果企业本身没有集成生产的能力,即使这些来自于不同厂家“突触”都实现了最高运行效率,也无法实现协同高效。

在全系列液冷储能系统中,阳光电源通过新型温控、电池管理等多项技术创新,充分发挥电芯级、电池簇、系统级优势,让各环节运行数据互通,达到提寿命、增效率、降损耗的目的,实现从单一高效到协同高效的进化。

首先,通过采用“智能簇级管理器”,配备MEPT能效优化算法,每一簇电池都配备专门的簇级管理器,可以完美解决系统中的“木桶效应”问题,达成充放一致,将系统的可用电量率提升3个点,高达98.5%。并且该设计还可以减少系统初始容量的超配需求,将整体储能电站的造价成本节省2%左右。

其次,凭借4D传感技术获取百万量级大数据,采用递进式休眠算法,结合运行工况智能调节散热能效,实现辅电耗能降低40%以上。

此外,MEPT能效优化算法又在满足系统能量调度的基础上,通过储能新品簇级管理器与PCS、EMS协同控制,主动对各簇电池进行差异化功率分配,发挥每簇电池的潜力,使系统循环效率(RTE)提升3%。

趋势五:主动支撑电网

在液冷储能应用层面,基于电力电子、电化学、电网支撑技术“三电融合”的平台设计思路,阳光电源新品助力电网、负荷之间形成源网荷储柔性协同运作,达到主动支撑电网的高效应用水平。

在发电侧、输配电侧和用户侧,液冷储能产品都有较为全面的应用渠道。不仅能实现新能源调频、削峰填谷的应用场景,平衡输配电线路的供给平衡,促进电网稳定,而且可以提供离网供电功能,应用于黑启动等应用场景。并且在微网的应用场景中也有稳定表现,足以配合新能源发电给偏远无电地区提供清洁能源。

随着新能源渗透率提高,电网呈现不确定性和复杂性。新一代储能系统需要从被动适应电网走向主动支撑电网,进一步实现储能和电网的“OneGrid”深度融合。

针对电网的弱网特性,阳光电源创新融合暂态过电压抑制、阻抗动态重塑等多项技术,自动在线诊断电网状态,实现SCR<1.018的极弱电网支撑能力,多种恶劣电网条件下稳定运行不脱网,轻松应对新能源高比例接入电网带来的弱网难题。

储能技术这棵未来的参天大树无论伸展出多少枝丫,它的根在于“意义”,树荫就是“交付能力”的直观展现。要想持续开拓市场,就要将“为客户创造价值”当做产品研发的目的,不断优化升级系统中较为金贵和脆弱的部件,永不停歇。做好自家擅长的领域,坚守企业核心和底线,在安全性、收益保障方面多下功夫,才能在浪潮退去后,立于不败之地。


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