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陈志:电化学储能的项目经验与市场探析

作者:中国储能网新闻中心  来源:中国储能网  发布时间:2017-10-17 16:14:37

中国储能网讯:10月12-13日,第五届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会在深圳顺利召开,来自行业协会、科研院所、知名企业的代表超过300名嘉宾到场参会。会议由中国化学与物理电源行业协会、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会联合主办。中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国储能网承办。阳光电源股份有限公司储能事业部副总经理陈志,在会上就电化学储能的项目经验与市场做了精彩演讲。

演讲全文如下:

非常感谢主办方和承办方,特别是咱们承办方储能应用分会。大家知道今年上半年在苏州有一个千人盛会,是储能行业这么多年举办各种会议人最多的一次,千人盛会,非常可惜那次会议我没有参加,没有参加也似乎全程参加了,因为应用分会的工作人员在微信里面全程把过程都播报了,所以我说下半年这个会也特别有幸参加。这个厅虽然不大,大家齐聚一堂,认识一些新朋友和老朋友,很开心。

10月11日,国家五部委联合发布的关于推进储能技术和产业发展的指导意见,这是五部委联合首次发布的储能的指导意见,虽然内容都是一些老内容,通过五部委联合发布出来,我们内心还是非常开心的。这两天山西省10月11日也发布了山西省电力辅助服务实施方案,这里面也提出来关于电化学储能系统参与电网辅助服务的文件,不管是国家层面还是地方层面,都开始对于储能的关注度越来越高,虽然中国的储能市场还没有大规模发展起来,我想我们越来越看重这样的曙光。今天我带来了“中国电化学储能的项目经验与市场探析”和大家一起分享。

全球市场预测的数据,是最新的数据。我们看过很多数据,这个数据是彭博社的,前几年的数据以及未来的推测,我们觉得相对更靠谱。2024年,全球储能市场预测大概达到81.3GWh,欧洲26GW,环太平洋43GW,美国大概是11GW,日本16GW。中国市场截止到今天为止应该说还没有起来,只是零星的示范性项目和企业自己投资的小规模的应用。中国的起步很缓慢,并且我们预测大概到2019年以后,中国的市场才能进入快速增长阶段。我们知道整个产业的发展取决于多方面:1、技术的成熟度和技术的先进性。2、商业模式,商业模式和整个储能的系统造价有关。这是我们最新的分析,基于我们现在用的电池系统(锂电池),整个储能系统现在的系统造价、单位度电的成本是在0.61元,前几年下降速度非常快,到今年我们认为大概是拐点期,电池的原材料发展来看,伴随着电动汽车的大规模电池的运用,下面的发展趋势我们觉得可以相对比较缓慢,特别是今年全球的正极材料、原材料供应紧张的情况下出现电池价格上涨的情况。

全球储能市场来看,毫无疑问锂电池储能市场,三元锂电池领跑储能市场。截止第一季度,以美国市场来说,大概将近300多MWh的储能,整个锂电池占97%,这97%里面大概99.5%以上是三元锂电池,讲到电池我们都会讲到电池的寿命,这是衡量电池好坏非常关键的指标。有人说一千次,有人说两千次,有人说一万次,还有人说十万次,不管循环寿命多长,不同电池体系表现不一样。我们知道碳酸锂电池的寿命达到上万次,任何电池我们比较寿命的时候一定是在同等条件下进行对比,影响电池循环寿命的因子会很多,有放电倍率(1C放电或者2C放电)、运行温度、放电深度、循环寿命终止以后的剩余电量,不同条件下对比得出的循环寿命完全不一样。以A电池为例,同样1C充电、1C放电,但是放电深度80%、100%的情况下,最后我们得出的循环寿命是5000次和1.2万次,相差1倍之多。第一行和第三行对比,1C充、1C放,B电池是0.3C充、0.5C放,条件更好,循环寿命应该更长,但是别的因素条件不一样,我们发现循环寿命反而是一样的。我这里只是举大概的例子,我们对比电池循环寿命的时候要把前置条件约束好。其中还有一点是均衡能力,昨天也有高特的徐总在说梯次利用要用主动均衡,我说的均衡能力不想说主动均衡还是被动均衡,大规模梯次利用的时候,主动均衡有些帮助,因为电池差异性过大。我的观点是新电池主动均衡技术不一定是最好的技术,关键是看电池本身的品质和一致性。

电池好与坏,我经常和大家一起交流,我说电池好坏看两点,单体电池的品质如何,那就是你对于材料的研究,你对于本身电化学过程中研究水平的高低。第二个是生产过程当中对于电池一致性的控制。我们知道现在的电池都是自动化生产,对于过程当中的精度控制完全不一样,我们知道电池最为明显的特点是木桶效应,单个电池里面最差的电池决定整组电池的性能。这里举的是串联的情况,在电池串联的时候,某节电池充满了就不能再充了,因为它已经开始过压保护,整个系统要推出。串联的体系当中,某节电池已经放空,整组电池不能再放,这节电池再放的话就会对它产生影响,它自然就会引起保护。这是串联的情况。并联的时候,我们知道电池有一个非常重要的参数是内组,并联内组不一样,分的电流不一样,长期适用这种差异化越来越大。系统集成的时候,由于电池的一致性不一样,最后导致电池的差异会越来越离散。

想和大家一起探讨未来电池的发展趋势,我认为任何一种产品,特别是电池这种非常特殊的产品,前提条件肯定是安全,在保证安全的前提下小与轻一定是未来发展趋势,因为它代表了未来产品的灵活性和便利性。同样的电池占地面积小,运输成本低,施工费用低,我在整个维护的过程量也会很低,它满足这种产品灵活性和便利性的自然属性,一定是未来发展的方向。行业里还有一种声音,电池由于三元锂电池本身的燃点比较低,可能危险性比较高,所以我说电池这种特殊的产品在保证安全的前提下,它的大规模使用是没有问题的。

下面和大家分享我们的项目经验,通过做这么多的项目,我总结出来两句话“设备的性能决定系统的潜能,系统集成又决定了设备性能的发挥空间”。所以我们一直提倡因地制宜、科学设计的设计理论,我们通过不同的应用场景进行灵活的设计,发挥产品最大的性能,把产品发挥到极限。比方100KW的产品,要用足,用足客户得到的回报率最高。1度电,让用户真正享受到1度电所带来的效益,我给你1度电,只能用0.9度电,从投资汇报来说肯定不划算,所以我们要通过优化的设计把产品最终的潜力充分挖掘出来。给大家看一个案例,这是我们在美国巴哈马群岛做的工商业储能项目,这是我们今年刚做的,500KW、1.3MWh,这个项目刚刚装完调试结束就经受了飓风“艾玛”的考验。这是阳光电源在全球首创的单边式的集装箱设计方案,我们看过很多的集装箱方案,就是集装箱。集装箱拿过来要进行消防设计、热设计等,但是这种单边的集装箱设计是我们全球首次发布并且现在已经开始实际运行,它的好处是要满足美国的安规标准,所有的电池维护都是箱外,人不用箱体里面,人员维护的安全角度很好。因为电池是单边摆放的,并且进行模块化设计,电池组合和边上的PCS是两个箱可以分开,不是连在一起,不至于产品的长度过长,现场安装不方便。如果这个箱子是500KWh的电池,以500KWh作为模块,如果1MW就是2个,2MW就是4个。所有的柜门都可以在前面和后面分开打开,进行维护,配置灵活,适用性很强,并且可以模块化设计,进行灵活的配置,可以应用于削峰填谷、微电网等多种应用场景。

绿色工厂项目,这是非常特殊的工厂,做皮具生产和高端的时装生产。柬埔寨的电力系统很不稳定,并且电价很高,首先电力系统不稳定,经常跳闸,它的电价很高,1度电大概要1.7元-1.8元,所以我们给整个工厂铺了太阳电池板,以前用柴油机进行电网切换,我们知道柴油机噪声大,污染也大,因为它是奢侈品工厂,如果用非清洁能源又面临很高的碳税。我们把供电结构改为光伏发电为主,辅助储能系统进行电网和柴油机的切换,让整个柴油机作为远后备电源,这个系统上来以后柴油机基本不用了。这是我们具体的方案拓朴图,我们在里面做灵活的方案设计,增加ITS的切换柜,整个光伏+储能的系统在正常运行,遇到电网故障的时候灵活切换,并且可以做到无缝切换。

下面和大家简单分享储能的几大运用,储能与大规模可再生能源结合的微电网方案,我们叫交流母线的微电网方案,交流母线的好处是光伏风电储能部分是并联结构,各自相互独立,并且扩容也比较方便,同时通过升压到10KW到35KW,整个微电网系统的供电半径会非常长。这也是我们基于光伏发电系统的深刻理解所开发出来的光伏限发解决方案,特别是西部地区“限发”已经成为非常严峻的问题,制约光伏在西部的地面电站的大规模发展。光是弃掉了也不愿意装储能,因为储能成本太高,装储能把弃的光留下来,可能还不划算。在电池价格居高不下的情况下,只有从系统方案着手进行系统方案的优化,我们首创直流侧的储能系统,它的特点是储能系统是装在原来光伏逆变器的直流侧,常规做法是把它放在交流侧,通过变压器再上到10KV或者35KV的电网,这样就需要增加另外的升压装置,整个储能系统要经过大循环,整个效率损失相比较直流系统的效率要损失3-5个点。它还有一个优势是省去了我们进一步进行电网申报的并网拦截,如果做交流母线必须并入高压电网,那就必须和电网公司进行并网申报,因为光伏电量容量定了,再申报很困难。我们做这样的方案之前走访了很多弃光的电站,和他们不断交流的过程中了解了他们的诉求,装在直流侧,不影响原光伏电站的交流接入系统,从电网看上去等于没有这套储能系统。现在这样的方案在西部电站、甘肃等开始应用,整个储能系统的效率达到96.2%左右,这是我们实测的数据。

“智慧岛屿”解决方案,我们运用了比较创新的控制技术VSG虚拟同步发电机技术,在岛屿的应用,岛屿主要是柴油机供电,如何和我们的光伏、储能、风电这样的系统进行结合?柴油机是惯性的,电力电子没有惯性,那就通过更先进的控制技术模拟出来传统发电技术的特性,这样再和现在的柴油机系统和传统的有惯性环节的发电环节结合,可以自适应电压和频率的调整,并且实现和惯性环节的发电单元进行无缝切换。

昨天永联科技的杨总介绍光储充的解决方案,光储充未来的融合是未来电动发展和储能发展的方向,特别是现在大规律的电动汽车同时充电,对电网产生非常大的冲击。前段时间我去过重庆,重庆公交用的都是碳酸锂电池,它的好处就可以少装电池,通过碳酸锂高倍率充放电的特点,短时间可以进行能量的充满,满足公交车在两个站点之间3-50公里的续航就够了,大倍率的充放电对电网产生很大的影响,毛刺很严重,其次是毛刺的幅度很大,而它原来的电网结构是没有改变的,如果同时几辆车进行充电,两个选择:一是进行配电网改造。二是再加一个缓冲池,缓冲池就是储能,充电就不会对电网产生冲击,对储能系统产生冲击。提出的新思路是把电动汽车的充电桩改造成双向的,通过闲置的电动汽车作为储能单元,这是非常好的思路。

我们阳光目前可以提供储能环节的所有产品,作为核心是依托阳光电源20年的电力电子的技术,我们开发的全系列的储能逆变器产品。我们知道储能逆变器是光伏逆变器的自然延伸,这两款产品是非常相似的,它的拓扑结构是一样。光伏逆变器的所有平台,包括测试、检测等等对储能逆变器来说是可以直接使用的。这也是我们储能逆变器的高可靠性的主要优势,同时我们可以提供最为先进的全球一流的三元锂电池,根据不同的应用场景我们有能量应用、功率应用还有项目的组合等等。同时有一整套的运维管理系统、能量管理系统,同时我们刚才介绍了,针对不同的系统要进行储能系统灵活的设计,从而发挥我们系统和所有设备最大的潜能。

储能逆变器,熟悉阳光和光伏的人都知道,这长相和光伏逆变器是非常类似的。

虚拟同步发电机技术,主要用于微网上,可以自动的调频和调压。

我们的电池,单体电池。电池的制造工艺水平对电池性能的要求是非常大的影响。大家看电池好坏、制造工艺好坏,大家只要看电池的电极,每家的电池生产的工艺水平不同,在电池上特别表现出来。好的工艺水平电池电极非常规整,看上去它的平滑度非常高,而向推差一点的电池工艺水平在电极上大家会有明显的感受。我想再说PACK,很多人很忽略这个环节,我们知道电池的核心是电池单体好,电池承租以后的一致性要好,再好的电池如果PACK做得不好会打破一致性。PACK工艺主要是进行电池的重组、串并联连接和BMS安装和温度探头等等的安装,最核心的就是焊接。好的焊接技术是各个电池在连接的时候非常均匀,我们知道均匀的情况下内组就非常一致,流过电池的电流就会一致。

能量管理系统,储能系统的使用一定是需要一套能量管理系统的,因为储能系统不像光伏发电和风力发电,对于发电单元来说我只要最高效的发电就可以了,它的目的就是把电发出去,最大效率对外发电,储能系统不一样,它是被动单元,这里面充多少电、放多少电、什么时候充、什么时候放是依赖于上级管理系统,应该说只要有储能系统运用的场景就需要一套能量管理系统进行系统的管控。这是我们的集成产品。灵活的组合,电池的、逆变器的、变压器的等等,根据不同的需要进行设计和组合。我们自己就做逆变,自己有电池,所以我们知道各个系统各个部分的特性是什么。

应该说阳光电源这几年才储能行业积累了比较丰富的经验,全球范围内我们储能项目案例达到500多个,特别是在微电网领域,这里面500多个案例有400个是微电网的案例,这么多微电网也是和全球储能市场相关的。

我的分享就到这里。谢谢大家!

(本文根据第五届储能技术高层研讨会会议录音整理,未经本人审核,不足之处,请批评指正。)

关键字:阳光电源 陈志

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