中國儲能網(wǎng)訊：9月24—26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合200余家機構(gòu)共同支持的第十屆中國國際儲能大會在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會主題是“共建儲能生態(tài)鏈，開啟應(yīng)用新時代”。 來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會。本次大會由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國科學院電工研究所儲能技術(shù)組和中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在24日下午的“儲能電站規(guī)劃與設(shè)計”專場，湖北億緯動力有限公司儲能系統(tǒng)產(chǎn)品中心總監(jiān)蒙玉寶分享了主題報告《多重場景儲能系統(tǒng)差異化設(shè)計》。會務(wù)組對發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會后交流、學習，以下是速記全文：
蒙玉寶：各位領(lǐng)導、專家大家下午好！我叫蒙玉寶，來自湖北億緯動力有限公司，主要負責儲能產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計。
我今天分享的主題是：在不同應(yīng)用場景下我們儲能在系統(tǒng)設(shè)計上應(yīng)該有哪些差異。主要分為三部分：場景需求、差異技術(shù)簡析、項目案例。
應(yīng)用場景，有很多專家分享了，從發(fā)電側(cè)到用戶側(cè)都有不同的應(yīng)用場景，不同應(yīng)用場景對產(chǎn)品功能和性能上又有不同的要求，比如功率性能、能量性能都各有差異。
產(chǎn)品要求，主要是從循環(huán)型、功率型、能量型做相應(yīng)區(qū)分。新能源并網(wǎng)場景對循環(huán)要求比較高的，像光伏、風力發(fā)電，很多質(zhì)保要求是10年以上甚至20年，對應(yīng)的循環(huán)為6000次～10000次。調(diào)頻場景除了循環(huán)性能要求高外，對倍率性能要求也比較高，目前大多數(shù)的調(diào)頻倍率到2C，每天累計2-3個循環(huán)，甚至更高。調(diào)峰場景，可能在倍率會到1C。其他的如削峰填谷目前主要應(yīng)用在江蘇和廣東等峰谷電價差較大的地區(qū)，一般是每天2次循環(huán)，能量功率比根據(jù)峰谷時間段，可能2個小時、3個小時。IDC數(shù)據(jù)中心更多做備電和能量型相關(guān)要求。
對于不同的應(yīng)用場景和要求，我們對應(yīng)開發(fā)了一系列產(chǎn)品。在用戶側(cè)打造了280Ah電芯滿足0.33C的性能要求。這個采用的是自然散熱加集裝箱空調(diào)散熱為主。第二塊是在發(fā)電側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)打造了1C的系統(tǒng)，采用長循環(huán)儲能專用電芯加風冷散熱來滿足。第三個是做了一款新型消防方案的產(chǎn)品，采用的是液體消防。第四個是目前針對調(diào)頻用工況打造了一款2C的電池方案。因為它倍率比較高，采用的是小容量電芯，50Ah，通過我們的設(shè)計，從溫升、溫差性能均達到行業(yè)領(lǐng)先水平來滿足調(diào)頻工況的要求。最后一個是打造高比能量的產(chǎn)品，通過液冷方案提高系統(tǒng)的能量體積密度，目前可以做到220千萬時每平方米。
針對不同的應(yīng)用場景，在產(chǎn)品上都有不同的側(cè)重。電芯是做儲能最核心也是最基本的要素，電芯能力不行，其他的系統(tǒng)集成都是有問題的。電芯材料有正極、負極、電解液、隔膜、導電劑、粘結(jié)劑等，在不同場景電芯的原材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計、容量設(shè)計、外形尺寸都會有所側(cè)重。在調(diào)頻側(cè)用的是小容量的50Ah電芯。單電芯可以做到4C，組成系統(tǒng)目前做到2C，它的能量效率、設(shè)計、正負極材料要求也不一樣；針對新能源并網(wǎng)和發(fā)電側(cè)一系列系統(tǒng)，目前有90Ah的電芯，更側(cè)重于循環(huán)能力，目前設(shè)計是1C的應(yīng)用工況。用戶側(cè)倍率要求低，對應(yīng)的發(fā)熱少，可以選用大容量的280Ah電芯。
電芯的高性能除了從技術(shù)上如材料體系、研發(fā)能力要有很強的設(shè)計能力外，整個生產(chǎn)體系也是很關(guān)鍵的因素。我們公司所有的設(shè)備目前生產(chǎn)全部是采用自動化生產(chǎn)流程，還配套相關(guān)檢測設(shè)備，從原材料到電芯到成組，從基本的電性能到循環(huán)性能都有相應(yīng)的檢測能力，生產(chǎn)過程中有超過2800多個檢測點來保證整個質(zhì)量的一致性控制。
光說我們行還不夠，我們還通過了一系列國內(nèi)、國外的測試認證。像目前的電力儲能用鋰離子電池新國標GB/T3676，我們是第一批拿了報告的廠家，還有如電芯的安全防爆認證，還有UL、IEC、UN等一系列相關(guān)認證。
說儲能離不開安全，安全是從用戶到集成商再到業(yè)主都比較關(guān)注的。磷酸鐵鋰目前是在儲能領(lǐng)域相對最安全的電化學體系。目前所有的鐵鋰電池，無論是用在儲能上還是商用車上都會做一系列的安全認證和測試，包括短路、擠壓針刺等等。右下角的圖是我們拿一個模組在滿電情況下做針刺實驗，在失效過程中冒煙但過程中沒有出現(xiàn)起火。
除了電芯以外，我們成組還有很多注意的地方，電池在全壽命周期內(nèi)循環(huán)會膨脹，同時成組設(shè)計要考慮產(chǎn)品的散熱。很多對電化學不了解的同行來說，以為是把電池放在一起通過鋁排焊接成組就行了。在整個生命過程中，電芯發(fā)生化學反應(yīng)會膨脹，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計不滿足要求，過程中會導致失效或者側(cè)板脹裂，導致在使用過程中產(chǎn)生安全的事故和風險。我們通過一系列測試，保證出場或者設(shè)計產(chǎn)品時滿足全生命周期過程中使用的要求，還包括電氣設(shè)計、連接、散熱等。這是關(guān)于系統(tǒng)安全的設(shè)計舉例，更多從電氣角度針對一些具體的要求。比如高壓箱，可能設(shè)計多個回路來保證整個系統(tǒng)的可靠性。
目前大規(guī)模的儲能系統(tǒng)，PCS的類型主要分為集中式和組串式的，跟光伏行系統(tǒng)比較類似，從電池本身看，更傾向于做模塊化管理，提升整個產(chǎn)品對電池一致性、充放電能量和電池效率，電池配上也更靈活。
第三塊，介紹一下我們目前儲能系統(tǒng)設(shè)計上比較重要的設(shè)計手段-仿真技術(shù)，通過不同的工況，像用戶側(cè)的發(fā)熱和每天循環(huán)的要求可能跟我們調(diào)頻不一樣。這塊會根據(jù)不同應(yīng)用場景模擬仿真，我們從產(chǎn)品的要求、溫度控制的要求到封裝設(shè)計的要求到產(chǎn)品在材料選型、風道設(shè)計等等，滿足產(chǎn)生在全生命使用過程中的溫度控制和控制策略的要求。
這是一個實際案例，右上角是我們設(shè)計的1C電池報俯視圖（見PPT），通過間隙風道設(shè)計，除了仿真，目前實測也是做得最好的，溫差能控制在2度以內(nèi)，溫升控制在的10度以內(nèi)。該設(shè)計的好處是電芯之間可以隔絕，隔絕/降低熱蔓延速率，降低安全的風險，里面的溫控也不是單點控制，可以通過多點或者智能控制來降低能源的損耗。
到電池集裝箱級別，目前整個集裝箱溫差能控制在6度左右，因為溫度對電池壽命的影響是最大的，我們通過溫升溫差在pack設(shè)計、系統(tǒng)集成上的最優(yōu)化設(shè)計，把衰減控制到最低程度。
這是我們目前正在開發(fā)的一套高比能量的系統(tǒng)，采用了液冷方案，主要應(yīng)用場景是針對像新能源并網(wǎng)或者用戶側(cè)的，目前可以做到220千瓦時每平方米，跟傳統(tǒng)動力汽車上的液冷類似。
這塊是BMS，作為儲能系統(tǒng)里比較核心的關(guān)鍵部件。BMS的主要功能大家應(yīng)該都比較熟悉。主要困難點目前是BMS的SOC計算和均衡。從電池廠家本身的角度理解，除了BMS要通過一些智能算法來計算和控制外，更多還要結(jié)合電芯在不同的工況下，比如它的溫度、倍率來的數(shù)據(jù)，融入到整個算法，才能把計算和控制做到更精準。
均衡，主動均衡和被動均衡，幾年來性能不斷在提高，目前缺乏針對不同廠家的電池或者電池在不同功方的特性來滿足場景要求。目前我們希望把電池在全生命周期中的數(shù)據(jù)加上云平臺的數(shù)據(jù)，融合到算法控制里，提高計算的精度，保障系統(tǒng)在運行過程中能量使用的效率。
安全，我們目前也是通過相關(guān)的仿真和測試找到安全的邊界，比如溫度，保護的相關(guān)電壓設(shè)計，來保證整個系統(tǒng)的安全。后面會有一個介紹，在消防領(lǐng)域我們目前通過不同方案的測試和對比，水基消防對整個儲能系統(tǒng)效果最好，傳統(tǒng)的干粉滅火器一對于一些明火是有效果的。
這是我們做的消防測試對比。比如海水，它的降溫速度是其他消防方案的n倍，達到35.5攝氏度每分鐘的降溫速度。
液體消防在實際項目中已經(jīng)有了應(yīng)用，這是我們針對液體消防開發(fā)的一套系統(tǒng)，我們是通過每一個電源箱有一個控制閥，萬一出現(xiàn)溫度、氣體檢測或者電壓超過安全范圍，通過電池閥把消防液注入進去，達到精準控制，同時消防液不用針對整個集裝箱儲備，就針對單個電池包儲備消防液就能達到消防滅火的效果。這個產(chǎn)品也是采用多隔艙的設(shè)計，會分四個艙，艙之間通過隔離來達到安全的效果。
最后一塊，目前在不同的應(yīng)用場景都有相應(yīng)的產(chǎn)品項目案例，這個是在光儲，北美2018年底交付的系統(tǒng)。這是調(diào)頻，也是跟行業(yè)內(nèi)合作伙伴一起合作的，大約是12MWh，這是電網(wǎng)側(cè)調(diào)峰應(yīng)用，2018年11月1C的項目，目前在穩(wěn)定運行。這是用戶側(cè)，累計交互超過100MWh。收益比我們預(yù)期稍微偏低，但也在我們預(yù)期范圍內(nèi)。
以上是我的報告，希望各位專家和領(lǐng)導給予多多的指導，有問題也歡迎聯(lián)系交流，謝謝！
