内外进化储能系统的N种“打法”

能源阿阳 2023年6月7日浏览：1544

火热的储能行业创新涌动。

在电芯层级，基于大容量的电芯此起彼伏；在系统层级，基于电芯、PCS、综合算法，以及与电网、光伏等协同形成内化两大进化方向。

以近日的上海SNEC展为例，在内部进化方向，宁德时代推出新型光储融合方案，利用耐高温石墨负极，实现高温电芯技术，实现0辅源、自加热技术的储能系统；比亚迪推出“刀芯配储”，即搭载刀片电池的比亚迪魔方；天合储能亦推出搭载高温电池的无空调储能系统；蜂巢能源推出短刀电芯储能系统……

而在外部进化方向，阳光电源、华为等推出光储融合方案；阳光电源、远景能源、南瑞继保、海博思创等推出构网型储能系统。

分析认为，从宁德时代、比亚迪、阳光电源、天合储能、华为、蜂巢能源等的一系列企业创新步伐来看，储能系统领域 “内外进化”趋势明显，并已经形成了不同系统解决方案。

所谓内外进化中的“内”，是指储能系统从内部开始优化，比如电芯、PCS、软件算法等不断创新，从而形成更优的系统；而“外”则是指储能系统加速与电网、光伏耦合，形成构网型储能、光储融合方案，从而加码储能系统的优化、迭代。

内部：储能系统电芯、PCS、算法进化

内部进化，是储能系统优化的重要方式。

当前，储能系统因入局者庞杂，在技术进化方向亦表现极大的“领域特性”。

首先，具备电芯能力的系统集成玩家，开始聚焦电芯材料或者电芯结构，形成更优的方向。

在电芯材料迭代方面，宁德时代、天合储能以高温电池主导储能系统的革新。

5月24日，宁德时代发布全球首个零辅源光储融合解决方案，光与储实时联动，实现毫秒级功率控制，保障电力平滑输出，同时充放电效率提升10%。该光储融合系统通过高温电芯技术结合自加热技术，实现系统自主控温，无惧寒暑，无需冷却系统及外部辅助电源，摆脱储能电池对辅助电源的依赖。

宁德时代高温电芯技术采用耐高温石墨负极材料及特质的电解液配方，电芯在超过35°C的条件下依然保持良好的衰减特性。

在储能电柜模块，宁德时代配备了首款长寿命高温电芯，系统循环寿命可达15000次。在光储变流器模块，宁德时代为每一个组串式光储变流器都配备了储能电池，对光伏组件输出功率进行实时调节。

宁德时代还首创本地能量管理系统（Local EMS），搭载于每一个组串式光储变流器中，一方面可实时与上层管理系统通讯，另一方面可实时识别储能电池能量分配需求，实现毫秒级响应，输出功率“零”偏差。

另一个重磅玩家——天合储能亦在此期间对外推出搭载高温电池的无空调储能系统。

天合储能将围绕高温锂电材料体系、系统结构、均温控制重新设计。在电池开发上，天合储能开发出耐高温锂电池；在系统方面，持续优化大型储能的仓体结构，比如打造通风效果良好的全通畅系统。

宁德时代、天合储能的无空调储能系统，核心均在与电芯，试图从电芯角度定义系统，为项目建设提供更具价值更安全的储能产品，助力实现电力在发电侧、电网侧以及用户侧的稳定运行。

除了电芯材料变革外，亦有从结构尺寸来主导储能系统进化。

该路线主要以比亚迪、蜂巢能源等为例，刀片工艺等亦将重新“定义”储能系统。

5月24日，比亚迪推出首款集成刀片电池的储能系统“比亚迪魔方”。

据悉，比亚迪魔方无模组、无PACK、直接集成到系统，可降低约36%的零部件数量，提升约98%的空间利用率，加大约30%的结构强度。同时，可通过灵活组合，适用于工商业储能、电站级储能等应用场景。

5月24日，蜂巢能源发布了储能专用场景的系列短刀电池，包括L500型325Ah电力储能专用电芯、L600型124Ah工商业储能专用电芯、L600型168Ah家庭储能专用电芯等系列产品。在系统集成环节，蜂巢能源基于短刀电池推出系统方案。以电力储能系统为例，与传统VDA储能系统相比，325Ah储能专用电芯基于短刀电芯结构，采用LCTP技术，Pack零部件减少15%，Rack动力连接件减少50%，从而降低系统成本。

其次，除了电芯层级的技术优化，PCS层级是在不断优化，形成具备综合控制能力的系统。

PCS决定了电能转换的质量与系统的效率。PCS玩家相继推出组串式、集散式、高压级联式、模块化、集中式解决方案。

不同拓扑结构的容量可利用率也不相同。当前，盛弘电气、上海电气等入局了模块化储能变流器;而智光储能、新风光、易事特等推出了高压级联型储能变流器。

而表现到储能系统，亦出现了上述几种系统分化。随着市场中300Ah以上的储能电池陆续推出，以及变流器单体功率即将突破4MW，更高容量电池和更高功率的PCS正在同步进化，形成综合的系统解决方案。

再次，从电池运行状态的监控、系统的协同控制、加与电网的协同互动能力来获取辅助服务收益，数字化、智能化技术逐渐上升为重要基础。

海博思创认为，储能系统集成不只是简单连接和电芯堆叠，储能系统集成的过程本身就是一个数字化贯穿的过程。数智化技术无论是在电池状态监控，还是电力交易的策略设计和数据预测方面均十分关键。

尤其，当未来储能系统运行周期动辄20年，对能量管理、电池一致性管理的要求就越高。这就需要通过智能化控制技术，提高储能系统内部多单元功率出力分配策略的精准性，以此减少不同单元之间电池SOX的差异，进而提升系统的容量可利用率。

海博思创在产品开发、技术迭代、项目管理、质量追溯展开全生命周期数据跟踪，将在未来的电力交易、碳交易的过程中起到关键作用。

远景能源打造了EnOS智能物联操作系统，可实现储能系统的安全管理、功率预测、电力交易等功能，更好应对国际项目更严苛的要求和更多变的环境。“智能物联操作系统EnOS，可解决能源协同的挑战，目前接入的全球资产已经超过了400GW。”远景能源创始人张雷曾表示。

而阳光电源储能系统采用站级调度群控技术，能量管理系统（EMS）的 POD 控制器基于采集 PCC 功率和频率信息。当检测频率超阈值范围时，基于功率微分计算量进行比例调节，并进行通讯延时和响应延时的补偿校正，输出阻尼功率，储能系统响应阻尼功率的指令叠加，可在 3~5 个周波内抑制0.15-2.5Hz低频功率振荡。

上述案例的功能，均有赖于储能数字化、智能化的实现。

外部：电网耦合、光伏融合

随着光伏发电成为主流，向着光储融合、电网耦合发展。未来，零碳工厂、零碳建筑、零碳园区、零碳城市也将成为现实。

首先，众多系统集成商开始关注与光伏的融合，推出光储融合方案。阳光电源、华为、天合储能、宁德时代等均在在光储融合领域推出针对性方案。

以阳光电源为例，阳光电源在SNEC上展出了光伏、储能、充电、氢能、运维管理等全域产品，及“光储充氢维”全域融合能力，覆盖能源基地、零碳园区、零碳家庭全场景。

阳光电源还推出“1+∞全屋绿电解决方案”，围绕逆变技术核心，在业内率先实现全栈自研的“光储充优云”系统级产品组合，打造一站式系统解决方案和服务。

无独有偶，华为也提出了全场景智能光储解决方案，包括清洁能源基地、工商业、户用三大应用场景最前沿的解决方案和全球成功应用实践。

在清洁能源基地打造方面，华为创新提出了“三个融合”理念，即通过电力电子技术与数字技术融合、光储融合、能量流与信息流融合，与生态伙伴携手打造稳定并网、极致安全、智能运维、更高收益的新型清洁能源基地解决方案。华为推出光伏和储能系统智能协同控制，可有效保障在离网状态时2:1高光储比稳定运行；同等储能配置下，更高的光伏比例，有利于降低系统度电成本30%。

其次，伴随更高比例可再生资源的接入，掌握关键电网技术，促进储能系统有效参与电网调度与辅助服务。

当前，国内风、光能源大基地、大水电、大核电等集约化开发主要集中在西南、西北、东北、华北地区，电力负荷中心主要集中在中东部地区，以特高压为骨干网架的大容量、远距离能源输送大通道建设全面加速，不断深化“西电东送”、扩大“北电南送”的能源配置格局。中国能源生产、消费呈现逆向分布等特征逐渐明显。

全球能源加速转型背景下，高比例可再生能源接入、高比例电力电子设备接入、高比例特高压直流输电的“三高”态势逐渐凸显，对新型电力系统的平稳运行提出更大挑战。

电网的交互能力也决定着储能系统运行时的性能表现。众多系统集成商表示，参与到电网调频、调压、调峰以及惯量支撑等调节工作才是储能系统核心价值所在，这就需要企业研发团队对电力系统、电网的需求有着深刻的理解，构网型储能得到重视。

阳光电源认为，在“三高”背景下，储能系统应具备多次连续高低穿构建能力，这也是下一代并网标准要求趋势。当前，GB/T 34120、GB/T 36547 等多个并网标准要求电压故障穿越期间的无功响应时间为30ms。并网点电压因短路等导致跌落、大负荷扰动导致过压时，需要储能系统保持并网，并向电网提供无功功率支持电网恢复，“穿越”故障区域。构网型储能自西藏首提“强配”后，正在加快走进储能领域。

事实上，构网型技术不仅提高系统自身能力，还可以提高储能系统参与电力辅助服务市场的能力、提高储能电站的经济收益，不断优化储能系统应内核。