新能源配儲(chǔ)能似乎已經(jīng)成了“標(biāo)配”。
截至目前，包括湖南、安徽、新疆、內(nèi)蒙古、河南、山東、江西在內(nèi)的七個(gè)省都發(fā)布了要求新能源配套儲(chǔ)能的政策或規(guī)劃，盡管政策或規(guī)劃背后充斥著爭(zhēng)議，但新能源配儲(chǔ)能已然勢(shì)在必行。
3月23日，國(guó)網(wǎng)湖南電力下發(fā)《關(guān)于做好儲(chǔ)能項(xiàng)目站址初選工作的通知》，一次性公開(kāi)了28個(gè)風(fēng)電配套儲(chǔ)能項(xiàng)目，項(xiàng)目規(guī)模、配置儲(chǔ)能比例和時(shí)長(zhǎng)的明確也意味著新能源配儲(chǔ)能已進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)。
據(jù)《能源》記者不完全統(tǒng)計(jì)，2020年至今，已有11個(gè)新能源配儲(chǔ)能項(xiàng)目開(kāi)始落地執(zhí)行，其中以“風(fēng)電+儲(chǔ)能”項(xiàng)目為主。
儲(chǔ)能與風(fēng)電、光伏等新能源相結(jié)合，具有平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng)、跟蹤發(fā)電計(jì)劃出力、電量時(shí)移等作用。但是在實(shí)際結(jié)合過(guò)程中，仍不乏這樣或那樣的問(wèn)題。
例如，在現(xiàn)階段的儲(chǔ)能系統(tǒng)招標(biāo)中，發(fā)電企業(yè)更多考慮價(jià)格、參數(shù)、并網(wǎng)、質(zhì)保等因素，卻沒(méi)有較好的方法去印證儲(chǔ)能系統(tǒng)本身是否可以高效率、長(zhǎng)壽命的運(yùn)行。
在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，新能源配儲(chǔ)能不能把精力僅放在追求儲(chǔ)能電池、設(shè)備參數(shù)的“頂配”，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格，關(guān)系到系統(tǒng)使用壽命的儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，它直接影響新能源側(cè)儲(chǔ)能的系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益率。
標(biāo)書(shū)之變
2020年以來(lái)，盡管受新冠疫情影響，絕大部分行業(yè)發(fā)展節(jié)奏都放緩了下來(lái)，但是在新能源配儲(chǔ)能項(xiàng)目方面，相關(guān)詢價(jià)、工程招標(biāo)公告卻越來(lái)越多。
4月24日，華能包頭新能源發(fā)布華能赤峰300MWp光伏+儲(chǔ)能項(xiàng)目投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告、競(jìng)爭(zhēng)配置方案報(bào)告詢價(jià)公告；4月13日，三峽新能源發(fā)布青海省錫鐵山流沙坪二期風(fēng)電場(chǎng)100MW儲(chǔ)能項(xiàng)目EPC總承包工程招標(biāo)公告……
在中科院電工所儲(chǔ)能技術(shù)組組長(zhǎng)陳永翀看來(lái)，新能源配儲(chǔ)能的發(fā)展是一個(gè)螺旋式的過(guò)程。最早新能源配儲(chǔ)能的應(yīng)用是分布式光伏加鉛酸電池和超級(jí)電容，后來(lái)隨著鋰電池成本大幅度下降，加上鋰電池本身性能比較綜合，現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池已成為新能源配儲(chǔ)能的主力，能起到更好的調(diào)節(jié)作用。
從已有的招投標(biāo)項(xiàng)目來(lái)看，隨著儲(chǔ)能業(yè)務(wù)的增多，發(fā)電企業(yè)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求逐步升級(jí)，關(guān)注點(diǎn)從“滿足并網(wǎng)考核”逐步向“全生命周期回報(bào)”轉(zhuǎn)變，更注重儲(chǔ)能系統(tǒng)的“實(shí)用性”。比如用“交流側(cè)放電能量”取代“系統(tǒng)安裝能量”， “電池系統(tǒng)真實(shí)壽命”取代“電芯理論壽命”，同時(shí)對(duì)電池的全生命周期保障也提出更高要求。
以最新安徽某風(fēng)場(chǎng)配套儲(chǔ)能項(xiàng)目為例，已經(jīng)體現(xiàn)出對(duì)于實(shí)用性的需求和儲(chǔ)能新技術(shù)應(yīng)用的重視。
實(shí)用性方面，該項(xiàng)目明確要求了“交流側(cè)放電能量”不低于10MWh，必須保證驗(yàn)收測(cè)試時(shí)達(dá)標(biāo)；對(duì)電池系統(tǒng)的質(zhì)保期明確提出了“系統(tǒng)5年全免費(fèi)質(zhì)保”的要求，還對(duì)系統(tǒng)的全壽命周期能量保證（20年）做了明確的要求。
儲(chǔ)能新技術(shù)應(yīng)用方面，該項(xiàng)目提出了“為提高電池一致性，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)采用兩級(jí)變換”，即在原有的630kW儲(chǔ)能變流器直流側(cè)和電池簇之間引入了125kWDC/DC轉(zhuǎn)換器（目前各廠商儲(chǔ)能變流器主流功率包括200kW、250kW、500kW、630kW，不同的儲(chǔ)能技術(shù)方案會(huì)選擇不同的變流器型號(hào)），將電池簇分隔開(kāi)，使之相互獨(dú)立，形成電池直流側(cè)電池簇?zé)o并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。而在新技術(shù)之前，新能源所配的儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)是電池簇集中并聯(lián)匯流之后接入變流器。
一方面，多簇電池并聯(lián)會(huì)引起電池簇之間的不均衡，久而久之并聯(lián)電池簇中會(huì)出現(xiàn)一部分電池實(shí)際出力不足，而另一部分超出倍率使用的現(xiàn)象，造成“劣幣驅(qū)逐良幣”效應(yīng)；另一方面，電池簇并聯(lián)后，如果某個(gè)電池簇出現(xiàn)電芯內(nèi)部短路，存在故障快速蔓延失控，單個(gè)電芯短路引起整個(gè)“電池堆”發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。
“新技術(shù)”則避免了電池簇并聯(lián)產(chǎn)生一致性差異后出現(xiàn)的不均衡和環(huán)流現(xiàn)象，降低了電池簇間“木桶效應(yīng)”對(duì)整體儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的利用率和使用壽命。
盡管在商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，系統(tǒng)價(jià)格是決定性因素之一，但隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求向?qū)嵱眯苑较虻霓D(zhuǎn)變，儲(chǔ)能系統(tǒng)提供商需要在系統(tǒng)價(jià)格和實(shí)用性之間找到平衡點(diǎn)，才能更好的滿足新能源側(cè)市場(chǎng)的需求，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)從高速發(fā)展階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。
然而，上述項(xiàng)目要求增加了DC/DC轉(zhuǎn)換器的“新技術(shù)”也并非最完美的方案，新的系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜度更高、控制繁瑣、占地面積更大、成本更高，還會(huì)增加系統(tǒng)損耗和故障點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)一種效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地小、故障率低的系統(tǒng)架構(gòu)，滿足新能源場(chǎng)站對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用需求已成為當(dāng)務(wù)之急。
最優(yōu)方案
對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)而言，電池簇不并聯(lián)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)均很明顯，如何揚(yáng)長(zhǎng)避短尋求最優(yōu)解呢？顯然，如果電池簇的能量可以與變流器功率按照1：1的比例配置，那么就可以做到直流側(cè)不并聯(lián)。
“通常，儲(chǔ)能變流器的功率越小，單位成本越高，并且交流側(cè)并機(jī)數(shù)量越多，帶來(lái)的多機(jī)并聯(lián)控制難度越大，所以經(jīng)過(guò)測(cè)算之后，我們認(rèn)為200kW/250kW變流器是最合適的一個(gè)功率段?！苯痫L(fēng)科技儲(chǔ)能產(chǎn)品線總經(jīng)理劉巍巍告訴《能源》記者。
儲(chǔ)能系統(tǒng)在進(jìn)行了上述架構(gòu)優(yōu)化之后，在與偏重參數(shù)、并網(wǎng)、質(zhì)保等的“頂配”方案和增加大量DC/DC轉(zhuǎn)換器的“新技術(shù)”方案相比，在系統(tǒng)效率、變流器造價(jià)、占地面積、故障損失、系統(tǒng)壽命和安全性，性價(jià)比顯然要更高一些。
三種不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)的對(duì)比
此外，如果按照一個(gè)電池簇（>200kWh）對(duì)應(yīng)一臺(tái)200kW變流器，5簇電池簇對(duì)應(yīng)5臺(tái)變流器，交流側(cè)并機(jī)形成1組1MW/1MWh的儲(chǔ)能單元，2組儲(chǔ)能單元通過(guò)接入2MW雙分裂變壓器即可組成一套完整的2MW/2MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)。
事實(shí)上，選擇200kW變流器有三方面的優(yōu)勢(shì)：一是架構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)電池簇不并聯(lián)；二是電池簇與PCS變流器的逐個(gè)對(duì)應(yīng)，電池簇獨(dú)立管理；三是2MW/2MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)為風(fēng)電場(chǎng)需求能量的公因數(shù)，可以滿足現(xiàn)有項(xiàng)目的需求。
華東儲(chǔ)能領(lǐng)跑者聯(lián)盟副理事長(zhǎng)李建林認(rèn)為，現(xiàn)在大家對(duì)于電池容量有一個(gè)基本的共識(shí)，65Ah是一個(gè)門(mén)檻。對(duì)于許多小的電池廠家而言，產(chǎn)品線已經(jīng)定型，只能通過(guò)電池簇并聯(lián)的方式增大電流，但這個(gè)已經(jīng)不是主流路線。我個(gè)人不提倡電池簇并聯(lián)，即便是并聯(lián)，也不宜并太多，最多兩個(gè)并在一起。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到系統(tǒng)的使用壽命和全壽命周期內(nèi)的可用能量，直接影響新能源側(cè)儲(chǔ)能的系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益率，情況甚者將無(wú)法收回儲(chǔ)能投資。
如何防范風(fēng)險(xiǎn)保證儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益，現(xiàn)階段有兩種方式可以參考：第一種是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上考慮規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，建議采用電池簇不并聯(lián)方式，即使并聯(lián)越少越好；第二種是通過(guò)合理有效的商務(wù)條款進(jìn)行約束來(lái)降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。
隨著新能源配儲(chǔ)能項(xiàng)目越來(lái)越多地落地，安徽項(xiàng)目或許只是一個(gè)開(kāi)始。在價(jià)格因素之外，為了保證儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期的價(jià)值，包括系統(tǒng)架構(gòu)在內(nèi)的許多實(shí)用性需求如何滿足將成為重中之重。
對(duì)于新能源與儲(chǔ)能的未來(lái)，陳永翀認(rèn)為：“隨著能源結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整和電池技術(shù)的發(fā)展，容量配置和技術(shù)類(lèi)型還將有新的變化。但總的來(lái)說(shuō)，近期電化學(xué)儲(chǔ)能首先承擔(dān)的是分布式功率型‘提質(zhì)’作用，未來(lái)隨著儲(chǔ)能度電成本的大幅下降，才有可能與火電的容量性調(diào)節(jié)相競(jìng)爭(zhēng)，承擔(dān)大規(guī)模的容量型‘保量’作用?！?
