Электрохимическая система хранения энергии состоит из двух частей: стороны постоянного тока и стороны переменного тока.Сторона постоянного тока представляет собой склад аккумуляторов, включающий аккумуляторы, средства контроля температуры, противопожарную защиту, шкафы слияния, контейнеры и другое оборудование, а сторона переменного тока представляет собой склад электротехники, включая преобразователи накопления энергии, трансформаторы, контейнеры и т. д. Взаимодействие электрической энергии между система хранения энергии и сеть реализованы посредством преобразования переменного тока в постоянный преобразователь PCS.
1. Классификация систем хранения энергии
По электрической структуре крупномасштабные системы хранения энергии можно разделить на:
(1) Централизованный: Низковольтная, мощная централизованная система накопления энергии, подключенная к сети.Несколько кластеров батарей соединяются параллельно, а затем подключаются к PCS.PCS стремится к высокой мощности и высокой эффективности.В настоящее время продвигается решение на 1500 В.
(2) Распределенная: низковольтная и маломощная распределенная система накопления энергии, подключенная к сети, каждый кластер батарей подключен к блоку PCS, а PCS использует распределенную схему с низким энергопотреблением.
(3) Интеллектуальный тип цепочки: на основе архитектуры распределенной системы хранения энергии используются инновационные технологии, такие как оптимизация энергии на уровне батарейного модуля, контроль энергии одного кластера батареи, цифровое интеллектуальное управление и полностью модульная конструкция для достижения более эффективного использования хранения энергии. системы.
(4) Высоковольтная каскадная система накопления энергии высокой мощности: однокластерный аккумуляторный инвертор, напрямую подключенный к электросети с уровнем напряжения выше 6/10/35 кВ без трансформатора.Мощность одного блока может достигать 5 МВт/10 МВтч.
(5) Распределенный тип: несколько ветвей на стороне постоянного тока подключаются параллельно, преобразователь постоянного тока добавляется к розетке аккумуляторного блока для изоляции аккумуляторного кластера, а преобразователи постоянного тока в постоянный ток подключаются к централизованной стороне постоянного тока PCS после коллекция.
2. Итерация технологии хранения энергии вращается вокруг безопасности, стоимости и эффективности.
Безопасность, стоимость и эффективность — ключевые вопросы, которые необходимо решить при разработке систем хранения энергии.Суть внедрения технологии хранения энергии заключается в повышении безопасности, снижении затрат и повышении эффективности.
(1) Безопасность
Безопасность энергоаккумулирующих электростанций является наиболее важной проблемой в отрасли.Потенциальные потенциальные угрозы безопасности электрохимических электростанций по накоплению энергии включают пожары, вызванные электричеством, пожары, вызванные батареями, взрывы водорода в случае пожара, неисправности системы и т. д. Обычно можно определить причину проблемы безопасности электростанции по накоплению энергии. к тепловому разгону аккумулятора.Причины теплового выхода из-под контроля включают механическое, электрическое и термическое воздействие.Во избежание проблем с безопасностью необходимо строго следить за состоянием батареи, чтобы избежать возникновения тепловых побегов.
(2) Высокая эффективность
Согласованность ячеек является ключевым фактором, влияющим на эффективность системы.Срок службы батареи зависит от ее качества, технологии хранения энергии и условий эксплуатации батареи.По мере увеличения количества циклов работы батареи различия между батареями постепенно проявляются.Различия в реальной рабочей среде во время наложенной операции приведут к усугублению различий между несколькими батареями, и проблема согласованности становится заметной, что создает проблемы для управления BMS и даже сталкивается с проблемами.Риск безопасности.В конструкции и схеме работы накопительной электростанции согласованность работы батареи должна быть максимально улучшена, чтобы повысить эффективность системы.
(3) Низкая стоимость
Стоимость системы хранения энергии зависит от первоначальных инвестиций и срока службы.Старение и ухудшение материалов батареи, системы зарядки и разрядки, рабочая температура батареи и консистенция мономеров - все это влияет на срок службы батареи.Когда разница температур батареи в контейнере превышает 10 градусов, срок службы батареи сокращается более чем на 15%.Различия в повышении температуры между модулями также могут привести к сокращению общего срока службы системы.Система накопления энергии должна увеличить срок службы системы за счет оптимизации метода зарядки и разрядки, уменьшения разницы температур между системами и улучшения стабильности батареи.
3. Маршрут интеграции технологий хранения энергии: схемы топологии постепенно повторяются
(1) Централизованное решение: 1500 В вместо 1000 В стало тенденцией.
С развитием централизованных ветряных электростанций и накопителей энергии большей мощности, высокое напряжение постоянного тока стало основным техническим решением для снижения затрат и повышения эффективности, а система накопления энергии с напряжением на стороне постоянного тока, увеличенным до 1500 В, постепенно стала тенденцией.По сравнению с традиционной системой на 1000 В, система на 1500 В увеличивает выдерживаемое напряжение кабелей, аппаратных модулей BMS, ПК и других компонентов не более чем с 1000 В до не более 1500 В.Техническое решение системы хранения энергии напряжением 1500 В основано на фотоэлектрической системе.Согласно статистике CPIA, в 2021 году доля рынка отечественных фотоэлектрических систем с уровнем напряжения постоянного тока 1500 В составит около 49,4%, и ожидается, что в будущем она постепенно увеличится почти до 80%.Система накопления энергии 1500 В поможет улучшить совместимость с фотоэлектрической системой.
Производительность системы хранения энергии на 1500 В также улучшена по сравнению с решением на 1000 В.Если взять в качестве примера решение Sungrow, то по сравнению с системой на 1000 В плотность энергии и мощность аккумуляторной системы увеличились более чем на 35%.Электростанция той же мощности требует меньше оборудования, а стоимость аккумуляторной системы, PCS, BMS, кабелей и другого оборудования значительно снижается., затраты на инвестиции в инфраструктуру и землю также сокращаются одновременно.По оценкам, по сравнению с традиционным решением первоначальные инвестиционные затраты на систему хранения энергии 1500 В снижаются более чем на 10%.Но в то же время, после повышения напряжения системы хранения энергии 1500 В, количество батарей, соединенных последовательно, увеличивается, что затрудняет контроль ее целостности, а также повышаются требования к предотвращению и защите риска возникновения дуги постоянного тока, а также к проектированию электроизоляции. .
(2) Распределенное решение: высокоэффективное и зрелое решение.
Распределенное решение также называется многоветвевым параллельным соединением на стороне переменного тока.По сравнению с централизованным техническим решением, распределенное решение преобразует параллельное соединение стороны постоянного тока аккумуляторного кластера в параллельное соединение стороны переменного тока через распределенный цепной инвертор, что позволяет избежать рисков параллельной циркуляции, потери мощности и образования дуги постоянного тока. вызвано параллельным соединением стороны постоянного тока и улучшает работу.Безопасность.В то же время точность управления изменяется с нескольких групп батарей на одну группу батарей, а эффективность управления повышается.
Шаньдунская электростанция хранения энергии Хуанэн Хуантай — первая в мире электростанция хранения энергии мощностью 100 мегаватт с децентрализованным управлением.Энергоаккумулирующая электростанция Хуантай использует батареи CATL + систему PCS Sineng Electric.По оценкам, после ввода в эксплуатацию накопительной электростанции коэффициент использования емкости аккумуляторов всей станции может достичь около 92%, что на 7 процентных пунктов выше текущего среднего показателя по отрасли.Кроме того, благодаря децентрализованному управлению кластерами аккумуляторов можно реализовать автоматическую калибровку состояния заряда аккумулятора (SOC), что значительно снижает рабочую нагрузку при эксплуатации и обслуживании.Эффективность испытаний при подключении к сети составляет до 87,8%.Судя по текущим расценкам проектов, децентрализованная система не дороже централизованной.
(3) Интеллектуальное кластерное решение: один пакет, одна оптимизация, один кластер, одно управление.
Решение «умной струны», предложенное Huawei, решает три основные проблемы централизованного решения: (1) Ослабление пропускной способности.В традиционном решении использование батарей имеет очевидный «эффект короткого замыкания».Батарейные модули подключаются параллельно.При зарядке одна ячейка аккумулятора заполняется, и зарядка прекращается.При разряде одна ячейка аккумулятора пуста, и разряд прекращается.От срока службы зависит общий срок службы системы.Самая короткая батарея.(2) Последовательность.При эксплуатации и применении системы накопления энергии из-за различных специфических условий окружающей среды происходит отклонение в стабильности батареи, что приводит к экспоненциальному снижению емкости системы.(3) Несоответствие мощности.Параллельное соединение батарей может привести к несоответствию емкости, а фактическая емкость батареи намного ниже стандартной.
Интеллектуальное струнное решение решает три вышеуказанные проблемы централизованного решения посредством струнной, интеллектуальной и модульной конструкции: (1) струна.Оптимизатор энергии используется для реализации управления на уровне аккумуляторных модулей, контроллер кластера батарей используется для достижения баланса между кластерами, а распределенный кондиционер уменьшает разницу температур между кластерами.(2) Интеллект.Применяйте передовые технологии ИКТ, такие как искусственный интеллект и облачная BMS, для сценариев внутреннего обнаружения коротких замыканий, применяйте искусственный интеллект для прогнозирования состояния батареи и применяйте стратегии интеллектуального контроля температуры с многомодельной связью для обеспечения оптимального состояния зарядки и разрядки.(3) Модуляризация.Модульная конструкция аккумуляторной системы позволяет отделить неисправный модуль отдельно, не влияя на нормальную работу других модулей кластера.Модульная конструкция PCS: при выходе из строя одной PCS другие PCS могут продолжать работать, а при выходе из строя нескольких PCS система продолжает работать.
(4) Схема высоковольтного каскадирования: высокоэффективная схема без параллельной структуры.
Решение для высоковольтного каскадного хранения энергии разработано с использованием силовой электроники для достижения напряжения сети 6–35 кВ без трансформатора.Если взять в качестве примера решение Xinfengfeng на 35 кВ, то единая система хранения энергии представляет собой систему мощностью 12,5 МВт/25 МВтч.Электрическая структура системы аналогична высоковольтной СВГ, состоящей из трех фаз А, В и С. Каждая фаза содержит 42 блока питания Н-моста, поддерживающих 42 аккумуляторных кластера.В общей сложности 126 блоков питания H-моста в трех фазах имеют в общей сложности 126 аккумуляторных групп, в общей сложности хранящих 25,288 МВтч электроэнергии.Каждый аккумуляторный кластер состоит из 224 ячеек, соединенных последовательно.
Преимущества высоковольтной каскадной схемы заключаются в: (1) Безопасности.В системе нет параллельно соединенных ячеек, некоторые батареи повреждены, диапазон замены узок, диапазон воздействия мал, стоимость обслуживания невелика.(2) Последовательность.Аккумуляторные блоки не подключаются напрямую, а подключаются после переменного/постоянного тока, поэтому всеми аккумуляторными блоками можно управлять по балансу SOC через переменный/постоянный ток.Внутри аккумуляторного блока находится только один аккумуляторный блок, параллельное соединение аккумуляторных блоков отсутствует, и не будет проблем с общим использованием тока.Контроль баланса между ячейками осуществляется через BMS внутри аккумуляторного кластера.Таким образом, это решение позволяет максимально эффективно использовать емкость аккумулятора, а в случае той же мощности, подключенной к сети на стороне переменного тока, можно установить меньше батарей, чтобы снизить первоначальные инвестиции.(3) Высокая эффективность.Поскольку в системе нет групп ячеек/батарей, работающих параллельно, отсутствует эффект короткого замыкания, а срок службы системы примерно равен сроку службы одной ячейки, что может максимизировать экономию работы устройства хранения энергии.Система не требует повышающего трансформатора, а фактический КПД системы на месте достигает 90%.
(5) Распределенное решение: изоляция постоянного тока + централизованный инвертор.
Распределенную схему еще называют многоветвевым параллельным соединением на стороне постоянного тока.На основе традиционной централизованной схемы на выходе аккумуляторного блока добавляется преобразователь постоянного тока для изоляции аккумуляторного кластера, а преобразователь постоянного тока подключается к централизованной АСУ ТП. На боковой стороне от 2 до 4 ПКС. подключаются параллельно к местному трансформатору и подключаются к сети после повышения напряжения от трансформатора.За счет увеличения изоляции постоянного/постоянного тока в системе можно избежать образования дуги постоянного тока, контурного тока и потери мощности, вызванных параллельным соединением постоянного тока, что значительно повышает безопасность системы и, таким образом, повышает ее эффективность.Однако, поскольку системе необходимо пройти два этапа инверсии, это отрицательно влияет на эффективность системы.
Время публикации: 22 сентября 2023 г.