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激辩高电压:1500V储能会成为未来的主流吗?

|原发: 国际财经

放大 缩小

技术升级,生生不息。

2020年,1500V绝对是储能行业最热门的话题之一。

年初,阳光电源宣布将其在海外征战多年的1500V储能技术向国内移植;在下半年的各大展会上,头部逆变器企业均展出了1500V储能系统解决方案。高电压因其在光伏行业“降本增效”显著,因此也成为不少储能企业纷纷布局的技术方向。

1500V旋风从光伏刮向储能行业的同时,也裹挟着争议。支持者认为,1000V系统成本和发电效率难以满足大型储能电站和大容量发电设备的需求,因此开发1500V相关储能产品已经是一种趋势。反对者认为,1500V高电压会影响电池的一致性,安全隐患突出,方案并不成熟,且在降本效果上也未必像光伏行业那样明显。

1500V到底是大势所趋还是技术炒作下的昙花一现?为此,“储能100人”近日对产业链上下游20多家领军企业的意见进行收集。事实上,从调研结果来看,包括阳光电源、晶科、宁德时代等大部分领军企业已形成共识,认可1500V是未来发展的方向。背后的驱动因素在于,高电压系统有三方面的优势:一是与1500V光伏系统相呼应;二是系统能量密度和能源转换效率会大幅提高;三是系统集成成本、集装箱、线损、占地和施工成本会大幅减少。

与此同时,1500V系统存在的问题和挑战也不小:系统安全性、可靠性的要求更高;对零部件的技术及协作能力要求更苛刻;标准认证体系不健全。在当前的条件下,1500V储能系统是否足够安全?尤其是短期内是否真正可行?业内还存在着一定的争议。

大小电芯的安全之争

“储能100人”了解到,对于1500V,行业明显分为乐观派和保守派。乐观派多数是电力电子出身,倾向于站在电力系统的角度来看待问题;保守派大多数对电池更为了解,认为要将锂电安全放在首要位置。

在国内,阳光电源是最先将1500V用于储能的企业。让阳光电源无奈的是,1500V在国外已普遍应用,一个成熟的技术在国内却偏偏遭遇非议。

从目前国内推出的1500V储能系统来看,国内大都是基于280Ah的磷酸铁锂方形电池来设计的,只是各家在Pack成组上有所差异,分别采用1P10S、1P16S、1P20S不等,对应的Pack电量为8.96KWh、14.34KWh、17.92KWh。

一位不愿具名的储能企业高管对“储能100人”表示,关于把储能系统的电池单体做大还是做小,一直都有很大的争议,二者的优势和劣势都很明显。与国内不同,国外三星SDI和LG化学主打的三元电芯不超过120Ah,尤其是特斯拉更是将小电芯的优势发挥到了极致。

通常,大容量电芯散热相对更难,储能系统的一致性控制难度增加;小电芯在系统集成过程中需要串联、并联的时候,BMS和EMS不可能每个节点都去做采样,如果每个电芯数据都采集,这样电芯管理更复杂,集成成本很高。一般采用的是模组数据开始的三级架构,两并四并采到的数据是这四个电池或者两个电池数据,无法反映当前的数据。

“从领军企业的布局来看,现在储能系统方案还是把单体电芯往大了做,宁德时代能量型电池主打280Ah,比亚迪302Ah也即将面市。”一家1500V储能系统集成商技术负责人告诉“储能100人”。

一家大型电池厂商表示,65Ah是当前电池行业的一个基本门槛,对于许多小的电池厂家而言,产品线已经定型,只能通过电池簇并联的方式增大电流,但这个已经不是主流路线。在他看来,大电芯的好处在于,只串不并,采购数据就是单体数据,在EMS和BMS的管理上,数据的可靠性会更高,在串并联少的情况下,系统稳定性要高。

他用“高大”来概括储能的发展方向,其中“高”指高压系统,目前1500V技术已经成熟,具备大批量推广的潜质;“大”指目前行业的大容量电芯,可以大幅提升储能系统能量密度,是系统发展选择的必然趋势。

但这正是很多BMS企业担心的地方,在他们看来,小电芯有小的优势,系统的颗粒度更小,从而降低了单个电池“木桶效应”对电池簇乃至整体储能系统的影响。更为关键的是,电池是一个复杂的体系,高电压大电芯的商业化,需要一定的周期来验证,现在还没有电池厂家给出相关的数据。这其中,随着时间的推移,还将面临一系列已经发现和尚未被发现的问题。

阳光电源储能系统产品中心产品线总监李国宏认为,电芯的本体是基础,1500V对电芯的一致性要求更高,但关系到系统使用寿命的储能系统架构设计也至关重要,它直接影响新能源侧储能的系统稳定性和投资收益率。“如果电芯是50Ah,串并联的cell也会少,用大电芯核心的技术在于Pack设计,包括散热与电芯的一致性,必须通过系统检测来反复验证。”

李国宏介绍,与1000V系统相比,阳光电源采用了一些新的理念和方法来保证1500V储能系统的安全性:BCP分支路保护、整个系统Cell均温一致性、熔丝+接触器代替断路器、可燃气体检测等等安全保护设计等。

光伏派在“降本增效”上的军备竞赛

从1500V布局者的背景来看,这些企业大多都有光伏和电力电子背景,也是1500V的忠实拥趸和信徒。

在光伏行业,2015年伊始,1500V电压在国内开始普及,如今,光伏系统已基本实现了从1000V到1500V的全部切换,全系统成本可以节约0.2元/Wp,在推动光伏平价上网方面功不可没,也是光伏龙头企业洗牌的工具。

光伏的电压升级为储能在电子元器件方面打下了良好的基础。2017年,阳光电源率先推出1500V储能系统,开始将高电压技术从光伏向储能移植。此后阳光电源在美国、英国、德国等海外市场投运的大型储能项目,80%以上均采用1500V系统。

2019年SNEC展会上,科华恒盛向全球展示新一代1500V 1MW/2MWh箱式储能系统、1500V 3.4MW光伏逆变升压一体机。

进入2020年以来,包括宁德时代、科陆、南瑞继保、双一力、特变电工、上能电气等相继发布1500V相关储能产品,并且这种趋势有加速的可能性。

对业主来说,唯一需要考虑的是,在安全的前提下,哪种方案更具性价比。“储能100人”获悉,包括国家电投、华能在内的发电央企已经在论证验证1500V储能系统的可行性,2018年,黄河水电在储能实证基地已经将1500V储能系统作为重点方案进行考察,并且于2020年在特高压项目配套的储能电站中批量应用1500V储能系统,华能在英国的门迪项目采用的也是1500V系统。

彭博新能源财经的一位分析师认为,产品好不好,还需要市场的验证。如果1500V能吃掉大部分市场,那就可以说明产品或者价格确实有优势。

正如三元、铁锂之争一样,如此多的企业尤其是光伏背景的企业密集押注1500V的背后,是一场对技术话语权的争夺。在很多光伏从业者看来,将储能安装在直流侧,与光伏电站共用逆变器,是未来的发展目标。

当然,一个健康的行业从来不应该只有一种声音,如今的储能行业正处于一个多种技术路线并存、百花齐放的时代,也是一个充满各种争议的时代。

而这种争议往往是进步的标志,每一种技术都并非完美,企业需要保持一定的开放性。一旦形成路径依赖,人们遇到新的技术方案时,往往本能地把它与自己的既定态度进行比较,然后迅速做出决定。

令笔者不禁想起,几年前,光伏单晶技术刚兴起时,一派多晶企业无法改变固有认知,认为单晶成本高、衰减高,其“高效”是徒有虚名。最终隆基在李振国的带领下,另辟蹊径,在光伏单晶的版图上夺下了堪称广袤的一片疆土。

在“新能源+储能”渐成趋势下,储能系统向大容量方向的演进并未停止。尤其是在没有成本疏导机制下,新能源侧加装储能政策的颁布,让新能源开发商面临了很大的投资收益压力,如何有效降低储能系统的成本、提高发电效率仍是未来储能产业发展的核心课题。

有分析认为,要解决这两大难题,“密码”仍在技术创新。高电压作为技术创新的重要环节之一,1500V短期内能否大范围推广,关键看行业在技术性能、安全、寿命和成本等方面能否达成最大公约数。

(编辑:刘军


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