中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一個(gè)多月前，寧德時(shí)代5MWh EnerD系列液冷儲(chǔ)能預(yù)制艙系統(tǒng)率先成功實(shí)現(xiàn)了全球首套量產(chǎn)交付。
事實(shí)上，隨著300Ah+大容量電芯出爐，各個(gè)主流集成廠家紛布局5MWh+儲(chǔ)能電池艙，例如寧德時(shí)代、陽(yáng)光電源、中車株洲所、天合儲(chǔ)能、科華數(shù)能、正泰電源、雙一力、瑞浦蘭鈞、欣旺達(dá)、中創(chuàng)新航、航天鋰電、明美新能源等十余家廠家相繼推出搭載300Ah+儲(chǔ)能電芯的5MWh+儲(chǔ)能系統(tǒng)。
比如，陽(yáng)光電源PowerTitan 2.0全液能儲(chǔ)能系統(tǒng)采用 314Ah大容量電芯，配置嵌入式PCS，實(shí)現(xiàn)交直流一體化，標(biāo)準(zhǔn)20尺集裝箱容量達(dá)2.5MW/5MWh；同時(shí)搭載干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更高效、更友好、更安全。陽(yáng)光電源歐洲光儲(chǔ)技術(shù)總監(jiān)李季博士表示：PowerTitan 2.0將進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
由于其在降本增效上的凸出優(yōu)勢(shì)，特別是在當(dāng)前低價(jià)中標(biāo)的背景下優(yōu)勢(shì)明顯， 5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)有望在明年上升為大型儲(chǔ)能電站的首選技術(shù)路線。
5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)何在？
采用280Ah電芯的20尺液冷電池艙，每個(gè)電池艙安裝8~10個(gè)電池簇，單艙能量在3MWh-3.7MWh左右。
而新上市的采用305Ah、314Ah、315Ah、320Ah等大容量電芯的5MWh+電池艙，一般亦基于20尺的艙體進(jìn)行集成，對(duì)開門設(shè)計(jì)仍為主流模式。但陽(yáng)光電源等小部分已經(jīng)采用單側(cè)開門設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度。
據(jù)業(yè)界專家介紹，5MWh+電池艙大都采用集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，液冷熱管理方式，整艙共12個(gè)電池簇，電池簇直流側(cè)并聯(lián)后接入PCS直流側(cè)，單艙能量可達(dá)到5MWh以上。
20尺5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)與主流的20尺3.72MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，系統(tǒng)能量提升35%。
以常規(guī)項(xiàng)目容量100MW計(jì)算初始投資成本，大容量標(biāo)準(zhǔn)20尺5MWh液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)比主流3.72MWh產(chǎn)品占地面積節(jié)省43%，成本節(jié)省26%。相比主流的20尺3~4MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)，5MWh+儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度更大，減少了占地面積；由于采用大電芯，BMS數(shù)量相對(duì)減少，但是所需均衡電流卻相對(duì)變大；EMS沒有本質(zhì)影響，僅僅是監(jiān)控電芯數(shù)據(jù)減少。
以寧德時(shí)代“Ener系列”為例，單艙能量由現(xiàn)有的3.354MWh提升到了5.016MWh，能量密度提升約50%，可有效節(jié)省占地面積，降低儲(chǔ)能電站的綜合投資成本、站用電損耗以及施工費(fèi)用。
提升能量密度是儲(chǔ)能設(shè)備降本的主要途徑之一。據(jù)業(yè)界專家測(cè)算，40尺的電池艙從2018年開始單艙2.5MWh提升到如今10MWh以上，儲(chǔ)能電池艙的能量密度提升了4倍左右，直流側(cè)設(shè)備成本也由2元/Wh左右降低到目前的0.8元/Wh左右。
5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)將帶來(lái)哪些改變？
首先，系統(tǒng)容量升級(jí)之后， PCS功率單元也將同步迭代升級(jí)。
目前，主流PCS廠家普遍采用1725kW、1500kW等額定容量的PCS，配合3000~3600kVA左右的變壓器組成功率單元。
據(jù)業(yè)界預(yù)測(cè)，為匹配5MWh+電池艙的應(yīng)用，未來(lái)PCS廠家預(yù)計(jì)將單機(jī)2500kW額定功率的PCS，配合5000kVA左右的變壓器使用，從而提升整站的功率密度。
其次，隨著5MWh+儲(chǔ)能系統(tǒng)功率和能量密度的提高，對(duì)集成能力至少提出六大關(guān)鍵要求。
1.電池的一致性和電池簇間的均衡能力越發(fā)成為關(guān)鍵。
電池簇并聯(lián)數(shù)量的提升，5MWh+儲(chǔ)能設(shè)備環(huán)流問(wèn)題將會(huì)加劇。加之5MWh+儲(chǔ)能設(shè)備普遍一般采用集中式拓?fù)?，電池簇在直流?cè)母線直接并聯(lián)，環(huán)流問(wèn)題將會(huì)帶來(lái)循環(huán)壽命加速衰減，甚至存在安全隱患。
因此，如何提升電池的一致性和電池簇間的均衡能力將成為關(guān)鍵。
2.如何提升電芯的散熱性能和溫度均衡能力至關(guān)重要，浸沒式儲(chǔ)能或?qū)⒌玫礁鬂B透。
隨著電池及電池艙能量密度的提升，散熱問(wèn)題將會(huì)凸出。當(dāng)前，電池艙普遍采用間接式液冷熱管理方式，通過(guò)乙二醇水溶液流經(jīng)電池PACK底部冷板對(duì)電芯進(jìn)行換熱。
盡管浸沒式液冷概念已經(jīng)流行，但因其自身的原因仍處于“叫好不叫座”階段。但對(duì)于5MWh+儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)說(shuō)，如何提升電芯的散熱性能和溫度均衡能力至關(guān)重要，浸沒式液冷有望迎來(lái)更大滲透。例如，增加電池PACK溫度傳感器的數(shù)量和精度，增加液冷機(jī)組的制冷效率等。
據(jù)測(cè)算，20尺5MWh的液冷儲(chǔ)能集裝箱采用314Ah的電芯，需要電芯約5000顆以上，比采用280Ah儲(chǔ)能電芯的20尺3.44MWh的液冷儲(chǔ)能集裝箱，要少1200顆電芯左右。那么，在安全性要求較高的在商業(yè)建筑、機(jī)場(chǎng)、港口、軌道交通等特定儲(chǔ)能領(lǐng)域，浸沒式液冷則可以有較好的應(yīng)用前景。
3.消防安全是一套系統(tǒng)的重中之重，pack級(jí)消防有望迎來(lái)長(zhǎng)足發(fā)展。
據(jù)雙一力儲(chǔ)能副總經(jīng)理張磊介紹，更高的能量密度給消防設(shè)計(jì)提出了更高的要求，包括水消防、氣體消防、早期預(yù)警檢測(cè)和排氣設(shè)計(jì)等都不能因能量密度的提高而削減安全設(shè)計(jì)。
事實(shí)上，液冷PACK由于防護(hù)等級(jí)比較高，普遍達(dá)到IP67及以上，隨著國(guó)標(biāo)《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》（GB/T42288-2022）的正式實(shí)施。采用PACK級(jí)消防方式將是行業(yè)趨勢(shì)。
但現(xiàn)階段大部分pack級(jí)消防系統(tǒng)設(shè)備并不完全成熟，沒有市場(chǎng)監(jiān)督管理機(jī)制，對(duì)產(chǎn)品可靠性后后期運(yùn)行維護(hù)面臨諸多困難。伴隨5MWh+電池艙加速運(yùn)用并上升為主流，那么提高探測(cè)器探測(cè)精度、可靠性和消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)措施亦將成為行業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域。
4.需考慮長(zhǎng)模組大pack、艙體結(jié)構(gòu)的防火防爆設(shè)計(jì)、整站的防火隔離以及運(yùn)維。
目前，出于安全考慮，液冷電池艙均采用非步入式設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮電芯-電池模塊-電池簇-艙體的防火防爆設(shè)計(jì)，如電池簇間的隔板需滿足一定的耐火時(shí)間要求，艙體設(shè)置泄爆口等，從而減少事故范圍的擴(kuò)大。
張磊還提到，5MWh+儲(chǔ)能設(shè)備 引申出長(zhǎng)模組大Pack的設(shè)計(jì)，更大的Pack對(duì)Pack的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、散熱均溫、安全設(shè)計(jì)等均提出了更大的挑戰(zhàn)。
在整站的布局上，需結(jié)合防火分區(qū)、電氣接線、運(yùn)維等合理劃分儲(chǔ)能區(qū)域，通過(guò)設(shè)置防火距離或防火墻等方式劃分防火區(qū)域。
在運(yùn)維方面，如何在滿足散熱的同時(shí)不減少客戶的接線和操作維護(hù)空間也給產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出了很大的挑戰(zhàn)。
5.直流熔斷器或?qū)⑸仙秊橹绷鱾?cè)保護(hù)開斷設(shè)備，同時(shí)要重視直流側(cè)開關(guān)設(shè)備的短路電流耐受能力。
5MWh+儲(chǔ)能系統(tǒng)直流側(cè)并聯(lián)電池簇?cái)?shù)量的提升，由目前的8~10簇提升到12簇，直流側(cè)短路電流將比上一代系統(tǒng)增大。
相對(duì)交流而言，直流短路電流滅弧難度較大。因此，在儲(chǔ)能單元直流側(cè)發(fā)生短路時(shí)，對(duì)直流側(cè)設(shè)備選型提出更高條件。
據(jù)業(yè)界調(diào)研顯示，目前短路電流已超過(guò)現(xiàn)有直流斷路器的開斷能力，那么在5MWh+電池艙趨勢(shì)下，采用直流熔斷器作為直流側(cè)保護(hù)開斷設(shè)備或?qū)⑸仙秊楸厝贿x擇，同時(shí)，還需重視直流側(cè)開關(guān)設(shè)備的短路電流耐受能力。
6.如何應(yīng)對(duì)海外運(yùn)輸亦成為考量。
除了應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，性能穩(wěn)定的5MWh產(chǎn)品面臨出海難題。首先，現(xiàn)如今的設(shè)計(jì)條件下，設(shè)備的重量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)上一代產(chǎn)品，這就給物流運(yùn)輸，特別是海外的運(yùn)輸提出了更高的要求，如何在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下盡量減少產(chǎn)品重量也是廠家們產(chǎn)品設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)之一。
如今，5MWh+儲(chǔ)能設(shè)備已經(jīng)相繼上市，市場(chǎng)化“箭在弦上”。業(yè)界人士談到，行業(yè)應(yīng)該關(guān)注產(chǎn)品的“本真”， 即價(jià)格、性能和安全“鐵三角”，從產(chǎn)品制造、工程設(shè)計(jì)、施工調(diào)試等全生命周期入手，以迎接即將到來(lái)的全面產(chǎn)業(yè)化時(shí)代。
