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一、大型儲(chǔ)能系統(tǒng)分類

按電氣結(jié)構(gòu)劃分，大型儲(chǔ)能系統(tǒng)可以劃分為：

（1） 集中式：低壓大功率升壓式集中并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，電池多簇并聯(lián)后與 PCS 相連，PCS 追求大功率、高效率，目前在推廣 1500V 的方案。

（2） 分布式：低壓小功率分布式升壓并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，每一簇電池都與一個(gè) PCS 單元鏈接，PCS采用小功率、分布式布置。

（3） 智能組串式：基于分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)，采用電池模組級(jí)能量?jī)?yōu)化、電池單簇能量控制、數(shù)字智能化管理、全模塊化設(shè)計(jì)等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)更高效應(yīng)用。

（4） 高壓級(jí)聯(lián)式大功率儲(chǔ)能系統(tǒng)：電池單簇逆變，不經(jīng)變壓器，直接接入 6/10/35kv 以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。單臺(tái)容量可達(dá)到 5MW/10MWh。

（5） 集散式：直流側(cè)多分支并聯(lián)，在電池簇出口增加 DC/DC 變換器將電池簇進(jìn)行隔離，DC/DC變換器匯集后接入集中式 PCS 直流側(cè)。

二、儲(chǔ)能集成技術(shù)路線對(duì)比

集中式方案：1500V取代1000V成為趨勢(shì)

隨著集中式風(fēng)光電站和儲(chǔ)能向更大容量發(fā)展，直流高壓成為降本增效的主要技術(shù)方案，直流側(cè)電壓提升到 1500V 的儲(chǔ)能系統(tǒng)逐漸成為趨勢(shì)。相比于傳統(tǒng) 1000V 系統(tǒng)，1500V 系統(tǒng)將線纜、BMS硬件模塊、PCS 等部件的耐壓從不超過 1000V 提高到不超過 1500V。儲(chǔ)能系統(tǒng) 1500V 技術(shù)方案來源于光伏系統(tǒng)，根據(jù) CPIA 統(tǒng)計(jì)，2021 年國內(nèi)光伏系統(tǒng)中直流電壓等級(jí)為 1500V 的市場(chǎng)占比約49.4%，預(yù)期未來會(huì)逐步提高至近 80%。1500V 的儲(chǔ)能系統(tǒng)將有利于提高與光伏系統(tǒng)的適配度。

回顧光伏系統(tǒng)發(fā)展，將直流側(cè)電壓做到 1500V，通過更高的輸入、輸出電壓等級(jí)，可以降低交直流側(cè)線損及變壓器低壓側(cè)繞組的損耗，提高電站系統(tǒng)效率，設(shè)備（逆變器、變壓器）的功率密度提高，體積減小，運(yùn)輸、維護(hù)等方面工作量也減少，有利于降低系統(tǒng)成本。以特變電工2016年發(fā)

布的 1500V 光伏系統(tǒng)解決方案為例，與傳統(tǒng) 1000V 系統(tǒng)相比，1500V 系統(tǒng)效率提升至少 1.7%，初始投資降低 0.1438 元/W，設(shè)備數(shù)量減少 30-50%，巡檢時(shí)間縮短 30%。

1500V儲(chǔ)能系統(tǒng)方案對(duì)比 1000V方案在性能方面亦有提升。以陽光電源的方案為例，與 1000V系統(tǒng)相比，電池系統(tǒng)能量密度與功率密度均提升了 35%以上，相同容量電站，設(shè)備更少，電池系統(tǒng)、PCS、BMS 及線纜等設(shè)備成本大幅降低，基建和土地投資成本也同步減少。據(jù)測(cè)算，相較傳統(tǒng)方案，1500V 儲(chǔ)能系統(tǒng)僅初始投資成本就降低了 10%以上。但同時(shí)，1500V 儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓升高后 電池串聯(lián)數(shù)量增加，其一致性控制難度增大，直流拉弧風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防保護(hù)以及電氣絕緣設(shè)計(jì)等要求也更高。

分布式方案：效率高，方案成熟

分布式方案又稱作交流側(cè)多分支并聯(lián)。與集中式技術(shù)方案對(duì)比，分布式方案將電池簇的直流側(cè)并聯(lián)通過分布式組串逆變器變換為交流側(cè)并聯(lián)，避免了直流側(cè)并聯(lián)產(chǎn)生并聯(lián)環(huán)流、容量損失、直流拉弧風(fēng)險(xiǎn)，提升運(yùn)營安全。同時(shí)控制精度從多個(gè)電池簇變?yōu)閱蝹€(gè)電池簇，控制效率更高。

山東華能黃臺(tái)儲(chǔ)能電站是全球首座百兆瓦級(jí)分散控制的儲(chǔ)能電站。黃臺(tái)儲(chǔ)能電站使用寧德時(shí)代的電池+上能電氣的 PCS 系統(tǒng)。根據(jù)測(cè)算，儲(chǔ)能電站投運(yùn)后，整站電池容量使用率可達(dá) 92%左右，高于目前業(yè)內(nèi)平均水平 7 個(gè)百分點(diǎn)。此外，通過電池簇的分散控制，可實(shí)現(xiàn)電池荷電狀態(tài)（SOC）的自動(dòng)校準(zhǔn)，顯著降低運(yùn)維工作量。并網(wǎng)測(cè)試效率最高達(dá) 87.8%。從目前的項(xiàng)目報(bào)價(jià)來看，分散式系統(tǒng)并沒有比集中式系統(tǒng)成本更高。

分布式方案效率最高、成本增加有限，我們判斷未來的市場(chǎng)份額會(huì)逐漸增加。目前百兆瓦級(jí)在運(yùn)行的電站選擇寧德時(shí)代、上能電氣的設(shè)備。與集中式方案相比，需要把 630kw 或 1.725MW 的集中式逆變器換成小功率組串式逆變器，對(duì)于逆變器制造廠商而言，如果其有組串式逆變器產(chǎn)品，疊加較強(qiáng)的研發(fā)能力，可以快速切入分布式方案。

智能組串式方案：一包一優(yōu)化、一簇一管理

華為提出的智能組串式方案，針對(duì)集中式方案中三個(gè)主要問題進(jìn)行解決：

（1）容量衰減。傳統(tǒng)方案中，電池使用具有明顯的“短板效應(yīng)”，電池模塊之間并聯(lián)，充電時(shí)一個(gè)電池單體充滿，充電停止，放電時(shí)一個(gè)電池單體放空，放電停止，系統(tǒng)的整體壽命取決于壽命最短的電池。

（2）一致性。在儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)用中，由于具體環(huán)境不同，電池一致性存在偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)容量的指數(shù)級(jí)衰減。

（3）容量失配。電池并聯(lián)容易造成容量失配，電池的實(shí)際使用容量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)容量 。

智能組串式解決方案通過組串化、智能化、模塊化的設(shè)計(jì)，解決集中式方案的上述三個(gè)問題：

（1）組串化。采用能量?jī)?yōu)化器實(shí)現(xiàn)電池模組級(jí)管理，采用電池簇控制器實(shí)現(xiàn)簇間均衡，分布式空調(diào)減少簇間溫差。

（2）智能化。將 AI、云 BMS 等先進(jìn) ICT 技術(shù)，應(yīng)用到內(nèi)短路檢測(cè)場(chǎng)景中，應(yīng)用 AI 進(jìn)行電池狀態(tài)預(yù)測(cè)，采用多模型聯(lián)動(dòng)智能溫控策略保證充放電狀態(tài)最優(yōu)。

（3）模塊化。電池系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，可單獨(dú)切離故障模組，不影響簇內(nèi)其它模組正常工作。將 PCS 模塊化設(shè)計(jì)，單臺(tái) PCS 故障時(shí)，其它 PCS 可繼續(xù)工作，多臺(tái) PCS 故障時(shí)，系統(tǒng)仍可保持運(yùn)行。

高壓級(jí)聯(lián)方案：無并聯(lián)結(jié)構(gòu)的高效方案

高壓級(jí)聯(lián)的儲(chǔ)能方案通過電力電子設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)無需經(jīng)過變壓器即可達(dá)到6-35kv并網(wǎng)電壓。

以新風(fēng)光35kv解決方案為例，單臺(tái)儲(chǔ)能系統(tǒng)為12.5MW/25MWh系統(tǒng)，系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)與高壓SVG類似，由 A、B、C 三相組成。每相包含 42 個(gè) H 橋功率單元配套 42 個(gè)電池簇。三相總共 126 個(gè) H 橋功率單元共 126 簇電池簇，共存儲(chǔ) 25.288MWh 電量。每簇電池包含 224 個(gè)電芯串聯(lián)而成。

高壓級(jí)聯(lián)方案的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

（1）安全性。系統(tǒng)中無電芯并聯(lián)，部分電池?fù)p壞，更換范圍窄，影響范圍小，維護(hù)成本低。

（2）一致性。電池組之間不直接連接，而是經(jīng)過 AC/DC 后連接，因此所有電池組之間可以通過 AC/DC 進(jìn)行 SOC 均衡控制。電池組內(nèi)部只是單個(gè)電池簇，不存在電池簇并聯(lián)現(xiàn)象，不會(huì)出現(xiàn)均流問題。電池簇內(nèi)部通過 BMS實(shí)現(xiàn)電芯之間的均衡控制。因此，該方案可以最大程度利用電芯容量，在交流側(cè)同等并網(wǎng)電量情況下，可以安裝較少的電芯，降低初始投資。

（3）高效率。由于系統(tǒng)無電芯/電池簇并聯(lián)運(yùn)行，不存在短板效應(yīng)，系統(tǒng)壽命約等同于單電芯壽命，能最大限度提升儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)無需升壓變壓器，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際系統(tǒng)循環(huán)效率達(dá)到 90%。

高壓級(jí)聯(lián)方案作為一種新的技術(shù)路線，有待運(yùn)行驗(yàn)證:

（1）技術(shù)方面，一方面，高壓級(jí)聯(lián)方案每一相都是 35kv，電磁環(huán)境惡劣，對(duì) BMS 控制提出更高要求。另一方面，高壓級(jí)聯(lián)方案為交流側(cè)并聯(lián)，選擇多個(gè) H 橋連接，ABC 三相交流電，每一相都有多個(gè) H 橋串聯(lián)，可靠性降低，為了提升可靠性，必須進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，如果某個(gè) H 橋故障，可以切換到旁路電路。

（2）運(yùn)營方面，35kv 儲(chǔ)能系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)放在同一位置，運(yùn)行維護(hù)的難度加大，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前高壓級(jí)聯(lián)方案滲透率依然較低，需要經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目驗(yàn)證可靠性和穩(wěn)定性。

從項(xiàng)目?jī)r(jià)格來看，高壓級(jí)聯(lián)方案的儲(chǔ)能項(xiàng)目報(bào)價(jià)與傳統(tǒng)項(xiàng)目?jī)r(jià)格相近。2022 年 4 月，金盤科技和天津瑞源電氣聯(lián)合體中標(biāo)的中廣核海南白沙邦溪 25MW/50MWh 儲(chǔ)能項(xiàng)目投標(biāo)價(jià)格 6499.9166 萬元，單價(jià) 1.30 元/wh。

集散式方案：直流隔離+集中逆變

集散式方案又稱作直流側(cè)多分支并聯(lián)，在傳統(tǒng)集中式方案的基礎(chǔ)上，在電池簇出口增加 DC/DC變換器將電池簇進(jìn)行隔離，DC/DC 變換器匯集后接入集中式 PCS 直流側(cè)，2~4 臺(tái) PCS 并聯(lián)接入一臺(tái)就地變壓器，經(jīng)變壓器升壓后并網(wǎng)。系統(tǒng)中通過增加 DC/DC直流隔離，避免直流并聯(lián)產(chǎn)生的直流拉弧、環(huán)流、容量損失，大大提高了系統(tǒng)的安全性，從而提升系統(tǒng)效率。但由于系統(tǒng)需要經(jīng)過兩級(jí)逆變，對(duì)系統(tǒng)效率有反向影響。

三、總結(jié)

儲(chǔ)能電站五大集成技術(shù)路線匯總對(duì)比

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