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电化学储能技术发展和集成方式的衍变

日期:2022-08-05    来源:中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心  作者:禾木

国际储能网

2022
08/05
10:29
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关键词: 储能市场 储能系统 储能装机容量

2010年以来,电化学储能的发展经历过很长叫好不叫座的静默期,直到2018年,伴随着湖南、河南、江苏等省份电网侧储能和用户侧的爆发,储能市场同比增长超过150%,并在随后的几年,由于储能在构建新型电力系统的作用,储能市场逐步进入倍增式增长的黄金时代,尤其是磷酸铁锂电池为代表的储能的飞速发展。

伴随着储能市场的快速发展,采用磷酸铁锂电池的储能技术和储能单元集成方式也发生深刻衍变,从小容量电芯到大容量电芯、从1000V直流储能系统到1500V直流储能系统、从风冷到液冷、从步入式到非步入式,在提升储能系统全寿命周期性能和安全性的同时,也极大的降低了储能设备的价格,节省占地面积,促进储能的商业化、规模化应用。

2018年前,磷酸铁锂电池是否是未来数年的“CHOSEN ONE”仍存在争议,铅蓄电池由于其价格低的优势,在储能市场与磷酸铁锂电池平分秋色。彼时的储能市场,磷酸铁锂电池电芯容量普遍在100Ah以下,电芯价格在1.2元/Wh左右,储能变流器价格在0.4元/kW左右,磷酸铁锂电池储能设备价格较高。以市场主流的储能单元集成方式为例,单个40呎电池舱为例,舱体一般采用步入式舱体,单舱电芯能量2.5MWh左右,直流侧接入一台500kW或630kW的PCS,PCS直流侧最高电压不超过1000V。

宁德时代推出271Ah的大容量电芯开启大容量电芯时代,也给储能单元的集成方式带来了深刻的变革,随后产品也迭代升级,电芯容量确定为280Ah。由于大容量电芯有效的降低了储能电芯成本和集成成本,行业主流电池厂家纷纷跟进,众多厂家推出280Ah电芯甚至更大容量的电芯,大容量电芯逐步成为行业的首选。

2020年来,1500V直流系统逐步在国内储能电站得到应用,相对于以往的1000V直流储能系统,1500V直流储能系统极大的提高了PCS的功率密度和电池舱的能量密度。以某厂家设备参数为例,单台PCS额定功率由630kW提高到1725kW,单个步入式40呎电池舱(风冷)电芯能量由2.5MWh提高到3.8MWh左右,能量密度提高50%左右。若采用非步入式结构,能量密度可进一步提升,40呎电池舱(风冷)电芯能量密度可提高到5MWh左右。同时,由于功率和能量密度的提高,PCS价格大幅下降,同时同等规模储能电站可减少电池管理系统、舱体、辅助设施等费用,储能单元设备可降低约0.1元/Wh,有效节省占地面积,降低土建和安装成本。

2021年来,储能行业刮起一股“液冷”风,包括宁德时代、比亚迪、阳光电源、科华、远景等多个厂家纷纷推出液冷集成技术的储能电池成套设备。相对于以往的风冷储能单元,液冷系统一般采用乙二醇水溶液作为冷却液组成闭式循环系统,特别是结合大容量电芯、CTP技术、1500V直流储能系统、非步入式舱体等各类技术或集成方式,全寿命周期性能和价格优势明显,具有能量密度高、辅助用电负荷低、安装方便,占地面积小等特点,特别是液冷技术可控制电芯温差在3-5℃左右,相对于风冷系统10℃左右的温差,可极大的提高电池系统的一致性水平,提升储能系统的全寿命周期性能和安全水平,液冷技术有望成为未来主要的技术路线模式。

在碳酸锂等电池原材料价格依旧高位徘徊的背景下,由于双碳背景下储能的“风口”,众多厂家跨接进入储能领域,行业竞争激烈。储能单元集成也不仅仅是电池模块简单的堆砌,而是集电力电子、电气、材料、结构、暖通、消防等多专业融合的系统。行业头牌厂家加快技术研发,通过技术升级和集成优化降低储系统的设备成本,提升全寿命周期性能,增强市场竞争力,促进行业的健康发展和储能的商业化进程。


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