过去,储能系统主要采用的是较为传统的集中式储能方案,这种方案将所有电池集中在一起,通过大型的逆变器进行充放电管理。这种集中式储能系统因为其简单的控制逻辑和较低的初始投资成本,在早期的储能项目中得到了广泛的应用。但随着产业的发展,储能行业开始意识到集中式系统的一些局限性,例如在大规模电池组中,电池性能的一致性难以保证,影响整个系统的效率和寿命。
并且一旦集中式系统中某个组件出现故障,可能会导致整个系统失效。而集中式系统往往需要额外的转换设备,如升压变压器,这会增加能量损失。其发生热失控时风险较高,因为能量高度集中。
因此,大约从2010年代中期开始,随着电池技术和电力电子技术的进步,行业开始探索更多元化的储能方案,组串式和高压级联方案等新型储能解决方案开始走入市场,这些方案提供了更高的灵活性、效率和安全性。所谓组串式储能系统是由多个电池组构成,每个电池组包含若干电池单元,通过优化控制单元对每个组串进行单独管理。
原理上可以实现簇级管理,即对每组电池簇进行单独控制,从而有效解决传统集中式储能系统中电池容量衰减、一致性偏差和容量失配等问题。组串式系统通过“一包一优化、一簇一管理”的方式,提升了系统的灵活性和可管理性,增加了全寿命周期内的放电容量,显著提高了储能系统的整体性能。
高压级联方案主要由若干个独立运作的电池簇组成,每个电池簇都直接连接到一个逆变单元,而不通过变压器直接接入高电压电网。该方案采用直流解耦技术,将大容量电池堆裂解为小容量电池堆,通过离散化电池堆来降低安全风险,并提升系统容量和效率。这种方案具有高安全性和经济性,避免了多电池并联带来的环流问题,且单个电池簇出现故障时,系统能够自动旁路,保证其他部分继续高效运行。
国内的储能组串式和高压级联方案
由于技术进步、成本效益、安全考量以及市场需求的驱动,组串式和高压级联方案在储能行业中正逐渐成为主流,尤其是在大型储能项目和追求更高效率的应用场景中。目前国内也有不少企业开始采用了组串式或高压级联方案。如比亚迪推出了基于自身刀片电池技术研发的储能系统BYD Cube,属于组串式储能解决方案。BYD Cube拥有模块化设计,易于扩展,同时具备高能量密度和长循环寿命。
上能电气在华能济南黄台电厂储能示范项目中采用了1500V组串式储能变流升压一体机,项目规模为118MW/212MWh。华为推出了智能组串式储能解决方案,使用20尺标准集装箱,额定容量2064千瓦时,分解成六个电池簇,每个电池簇再分成21个电池包,实现每个电池包单独充放,有效提升充放电量6%,并且每个电池簇接入智能电池簇控制器中,电池管理系统可以单独调节每个电池簇的工作电压,避免偏流的产生。易事特在组串式技术路线上布局全面,推出了额定功率为187kW/240kW/275kW的1500V组串式储能变流器,以及两款1500V组串升压变流一体机,额定输出功率分别为2500KW、3000KW。
高压级联方案上,如新风光新一代大容量高压级联储能产品将300Ah+大电芯应用在高压级联储能系统中,采用集装箱、PCS全液冷方案,提升系统容量和效率。智光电气联合中国华能清能院、上海交通大学联合研制的级联型35kV高压直挂大容量电化学储能系统已经顺利下线,预计充放循环效率将超过91%,单机并网功率/容量高可达25MW/50MWh。以及南瑞继保研制的35kV高压(级联)直挂储能系统顺利并网。这些企业通过采用储能组串式和高压级联方案,提高了储能系统的效率、安全性和经济性,满足了不同应用场景的需求。
储能组串式和高压级联方案的发展趋势预示着储能行业正在朝着更高效、更安全、更具经济性的方向迈进,这不仅会推动储能技术本身的进步,也将深刻影响未来的能源结构和电力市场格局。