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新艾电气倪同:新艾组串集中式储能变流器在大规模梯次利用和微电网的优势

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-10-16 浏览:
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中国储能网讯:2019年10月11-12日,第六届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会”在深圳召开。来自科研机构、设计院、新能源发电企业、电力公司、系统集成商、电池制造企业、电气元器件企业、新能源制造企业、项目承包商、投融资机构等500余人参加了本次会议。

在会上,西安新艾电气技术有限公司总经理倪同分享了主题报告《新艾组串集中式储能变流器在大规模梯次利用和微电网的优势》,以下为报告实录:

倪同:大家好,我是新艾电气的倪同,今天大家分享一下储能方面新艾电气比较看好的两个方向:梯次利用和微电网,这两个概念不是并列关系,梯次利用是指旧电池的再利用,微电网是指储能应用场景中的一种,是刚性应用方向,今天的内容包括这几大块:一是储能行业的痛点和关键指标;二是新艾电气组串集中式原理和优势;三是组串集中式解决方案和在梯次利用和微电网中的应用;四是组串集中式的案例分享。

储能行业的痛点分析,包括经济层面问题和物理层面的问题,包括的安全问题和经济问题、寿命问题、可靠性问题、成本问题、可维护问题。接下来是评价储能系统的指标:功率利用率、系统可维护性、有效在线率、容量年衰减率、AC-AC效率、容量利用率。这几块的指标是评价储能系统非常核心的指标,比如说容量利用率,刚才上台的智光电气的郭总也特别提到,容量利用率成为了大家关注的重点。买了多少电池与实际利用多少,这是隐含的帐,我买200万电池,能用200万电池吗?可能吃了大亏还不知道。做电芯、Pack、EMS系统的都在尝试提高容量的利用率,比如说做BMS的主动均衡解决,高压级联尝试解决将电池簇的容量降低,提高系统的容量利用率。再比如有人提出用小型的管理到电芯级别的技术,每个电芯都可以发挥优势,这也是提高利用率的方向,大家都在想办法,PCS方面也可以通过提高精细管理程度从而提升电池容量的利用率。

功率的利用率这个比较少提,如果一个储能系统有十路电池,每一路电池希望都是2C,系统2C,十路电池单体系统、单簇电池设计几C?这个大家可能脑筋要转一下,可能不是2C、可能是3C,如果电池簇和电池系统的电流倍率可以做到一致成本也会降低,这也是隐含的成本。为什么我讲这么多隐含的成本?因为储能也从无到有、从有到基本能够看到锂电池算的过来帐,再到后面竞争加剧。每个阶段关注的问题不同。最早买PCS,十年前要做储能项目,连PCS都不一定买得到。可能用光伏逆变器改制,你说要适合锂电的,有吗?没有。后面竞争越来越激烈、越来越加剧,更多体现在精细管理,原来解决从无到有,以后要解决从有到精的问题。

系统在线率,我看过南方电网的指标,希望能达到99.73%以上,这是一个非常高的指标,什么意思?一年一个储能系统有1天的休息时间,现在的储能系统能否真正意义上做得到?要提高系统在线率,必须从系统架构上去考虑。

系统的可维护性,集装箱储能系统中的单点故障,有没有可能造成系统的宕机?这是我们要考虑的。一个好的储能系统,应该是系统中的单点故障尽可能不造成系统停机。多机并联、冗余备份是提高系统可维护性的重要方式。

容量的年衰减率,看起来和电芯、pack更有相关性,和集装箱的存储原则也有相关性。原来很多人做电池是纵向做的,温度是有梯度的,电池簇可能温度不一样,于是有团队创新提出一种方案,横向来做,单簇管理,每一簇电芯的温度基本上可以做到一样,是不是也可以提高电池的寿命。电池簇的精细管理,也是可以减少电池容量衰减率的。

AC-AC的效率,我的观点是能不用变压器就不用变压器。

以上是关于核心指标的一些解读。

下面介绍一下组串集中式的概念和特点。

组串集中式是什么?新艾电气进入储能行业,经过三年多的储能实践,提出组串集中式产品,所谓组串集中式既有组串式的精细管理电池簇的特点,又可以呈现集中式大机的一些优势,既能并网又能离网。它是基于高精度、高动态响应、低环流的技术多机并联技术、模块化的解决方案;对电网友好,对电池友好的储能解决方案。对电池友好,即电池不需要一个集装箱的所有电池全部串并联到一起,要避免任何单点故障会造成电池系统的故障。既要对电网友好又要对电池友好。同时是一种可以同时覆盖多种应用场景,发电、输电、配电、用电、微电网,一个方案解决所有的应用,有没有可能?组串集中式,可以做到完美兼容。

对于做储能、做系统的人来讲,你是做什么的?有人说我是做电芯的,有人说我做Pack的,有人说我做直流侧的,有人说我做交流侧,直流侧和交流侧在博弈。有人做汽车Pack,有人能管50度电、100度电,相对来讲还算容易。如果直流侧2000度电,安装500千瓦的变流器。这种模式,交流占了便宜,直流需要付出代价,付出什么代价?就是刚才讲的六点,能量利用率降低,功率利用率降低,系统可维护性降低,系统可靠性降低,系统由于直流侧电流均匀度不好,造成容量衰减率加快,最终年有效的系统在线率,一年365天,可能任何一个单点故障都在修系统,到底如何平衡?我还见过平衡到极致的点,可以解放每颗电芯,相信在座的也见过,精细到电池颗粒度到每颗电芯的解决方案,任何一个电芯出问题是不受影响的方案,电池完全解放,但是这种方式,会让系统变得异常复杂?新艾电气的组串集中式就是直流侧和交流侧平衡的情况下取得折中,我们提高直流侧的可用率,降低直流侧的难点,甚至连梯次利用都可以大规模利用。

现在PCS同行业的朋友都逐步关注到了直流侧的问题,我今天不再赘述。锂电池四个自由度的不一致和应用工况不一致,会造成使用过程中造成各种木桶效应。即使新的锂电池,经历三到五年,整个系统的利用率会由最短的木桶,把整个系统的利用率大幅拉低。储能投资变成了去赌电芯好不好、系统一致性好不好,而不是系统的角度看是不是完全可控。

这是实际情况下我们用过的200多个模组,我们可以看到,不管是内阻还是容量,还是有相当的离散性,而且这是一批电池,如果这样一批电池在集中式的储能系统中,容量利用率在哪里?实际上取决于最弱的电芯、最大的一颗电芯的表现,就像在场的人一样,在场有200个人,一个人得感冒,所有的人都得感冒,这个会就不用开了,我们要做的是解耦,分开20组,一个人得感冒,那个组不能参加,我们还有其他的组可以参加。

交流侧的痛点,监控难度大、调度响应一致性差、响应时间慢、谐波大、并联均流特性差、单点故障系统宕机。直流侧解放出来交流侧要付出代价,这个问题有没有可能解决好?后面储能的应用,除了简单的并网还有微电网的应用,微电网加上电池、加上光伏,500千瓦的微电网、一台单机,直流侧耦合,对电24小时,要做12兆瓦的电池,如果不分组全部挂在一起,可能成为优秀的微电网项目吗?不可能。我们遇到一些军区项目,12个小时、24个小时额定负载,这样的负载网怎么做?必须分组。

这样的难度下可不可以做出令人兴奋的指标?新艾电气的实际效果是可以的,36台储能变流器多机并联,20ms系统响应,模块均衡情况下做到0.5%的均衡状态,为什么叫均衡模式,还有主动均衡模式是根据情况自己进行调整,这是我们独创的。系统谐波这么多并联的情况小于3%。

这是目前典型的几种应用架构,没有包含完整,典型的来讲,集中式的储能变流器,类似于集散式的变流器,这是特斯拉在澳洲的解决方案,基于组串集中式的,右边的应用也分两个层面,一个是模块化的并联,一个是组串集中式方案,好处是有效解耦电池,将风险大幅度降低。

相信大家看到这个定义的时候都比较懵,讲完刚才这些,大家看组串集中式就简单了,感兴趣的可以会后联系。

电池连接呈现多个电池精细管理的状态,看一下组串集中式的解决方案,这是我们的一款典型产品,630KW ,可以管18通道,当然它可以组合成9路、3路甚至1路,我们不建议大家组合成1路,组合成1路可以买大机,可能更好、更便宜一些。

储能没有好与坏只有适合不适合,左上角有拆包,梯次利用在上海、广东、江苏,大大小小做拆包的梯次利用大概20MWh,都是用比亚迪的拆包电池,组合到240串左右,加上18个通道,比如说我可以装18路、8路,机器看起来很简单,这是拆包利用的解决方案。梯次利用明年会大规模的普及下来,这些电池一方面去了铁塔,另一方面有人拿来做大规模的电网侧、用户侧、削峰填谷甚至做备电的应用。

我们和南方电网,以及比克共同合作,做了大规模的组串集中式项目,电池包新旧不一样,容量不一样都是同样的BMS或是不同的BMS,有人说我串联行不行?抱歉,不行。并联行不行?有的上海客户16路电池并联,过个两个月就不行了,充不进、放不出。整包利用有几个特点,一台储能设备接27个通道,类似特斯拉的方案,我们采用多个模块,每个模块独立出三个通道的解决方案,可以避免用一个大的集中式的储能电流器和小型的DC/DC方案,如果发生短路会造成崩溃的严重隐患。鸡蛋还是不要放在一个篮子里,分散才会更好。出问题系统是不会停的,只是这一路暂停下来,别的不影响,这样系统的在线率大幅度提升。我有100个通道,我今天坏了一个通道,修十天,一年365天,哪个月都维护,整个系统的在线率还是非常高的。

再给大家介绍一下小规模的梯次利用项目,这是梯次电池整包小规模利用,梯次电池少的话,有时间慢慢拆、慢慢研究,电池成片退役下来的时候,新电池的成本下降,人工成本在上升,中间的就是拆包的生存空间,对于没有空间的事情现在怎么挣钱,都不愿意去干。

我用蓝色字体标出通道数,每个应用场景都是有很多的通道,每个通道独立管理,这是梯次利用的原理决定的,都是多通道。新电池用三年就是梯次电池,包括两层的结构也延用过,国家电网在山东的项目也做了一些。

这是刚才分享南方电网大规模的梯次利用,96个电池包。

这是微电网的应用,南方电网茂名地区的第一个微电网。印尼、孟加拉国、深圳的一个合作伙伴。

最后看一个1MW的系统。

这是新艾电气的汇报,谢谢!

关键字:新艾电气 组串集中式 梯次利用 微电网

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