儲能高壓化之爭：2000V高壓儲能VS高壓級聯(lián)技術(shù)，誰是“終途”？

分類：行業(yè)資訊日期：2024-06-05 08:53:10 來源：西部工控

會議倒計時26天

2024高工儲能產(chǎn)業(yè)峰會

——求索應(yīng)變破繭向新

主辦單位：高工儲能高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）

總冠名：天合儲能

專場冠名：中天儲能、精控能源、鈞能GSCOOL

峰會時間：2024年6月27-28日

峰會地點：浙江杭州

同期會議：2024高工長時儲能技術(shù)與應(yīng)用論壇

與1000V、1500V、2000V低壓儲能技術(shù)相比，高壓級聯(lián)儲能技術(shù)尤其在大型儲能電站中，兼具高安全、高經(jīng)濟性和高效率特點，在大儲領(lǐng)域前景廣闊，一旦被市場廣泛認可，份額可超過50%，市場規(guī)模達數(shù)千億級別。

儲能降本“劍指”高壓化

過去一年，隨著電池材料的大幅降價，儲能電芯價格已從2023年初超0.95元/Wh回落至目前的約0.4元/Wh，跌幅超過5成。儲能系統(tǒng)價格也隨之腰斬，平均單價已從2023年年初的1.5元/Wh左右降到如今0.7元/Wh均價，在近期的招標項目中更是創(chuàng)下0.564元/Wh中標價格新低。整個2023年，儲能電芯環(huán)節(jié)的毛利率不足5%，電芯價格已經(jīng)見底。

電芯環(huán)節(jié)已然“卷不動”，而出于降本增效的需要，儲能產(chǎn)業(yè)開始將更多的目光聚焦在系統(tǒng)層級的高壓化。

儲能系統(tǒng)根據(jù)電力傳輸技術(shù)路線分為低壓升壓技術(shù)（包括集中式、組串式、智能組串式、集散式、分布式能源塊等）和高壓級聯(lián)技術(shù)兩種。基于以上分類，儲能系統(tǒng)高壓化發(fā)展趨勢也可以分為兩條路線。

一是低壓儲能系統(tǒng)的高壓化趨勢，通過提升電壓降低損耗，提升整個系統(tǒng)的效率。在低壓儲能方案中，直流側(cè)母線電壓由最初的600V發(fā)展到1000V，并在前兩年從1000V上升到1500V，目前1500V高壓儲能系統(tǒng)已成為2023年市場中的主流方案。不僅如此，低壓儲能方案還在向2000V以上電壓等級邁進。

二是高壓級聯(lián)技術(shù)加速滲透。儲能電站正在從百MWh邁向GWh時代，在大電站中高壓級聯(lián)技術(shù)大功率大容量的優(yōu)勢尤為凸顯，滲透率有望加快提升，行業(yè)規(guī)模擴張十倍以上。

目前，高壓級聯(lián)儲能在實際應(yīng)用中也在逐漸得到業(yè)主的認可。據(jù)高工儲能此前不完全統(tǒng)計，高壓級聯(lián)儲能招標項目已超過1.76GWh。

具體而言，高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)無需經(jīng)過變壓器，可直接接入6KV、10KV、35KV以上電壓等級電網(wǎng)，尤其在大型儲能電站方面具有綜合效率高、占地面積小、投資收益高等顯著優(yōu)勢。

盡管基于現(xiàn)有單體電芯容量的限制，高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)單機功率只可達到30MW，但仍是低壓儲能系統(tǒng)的十倍以上。低壓式儲能系統(tǒng)效率一般為80~85%，高壓級聯(lián)儲能則是電化學(xué)儲能電站中唯一能夠做到90%長時循環(huán)效率的儲能方式。據(jù)公開報道，高壓級聯(lián)儲能項目中系統(tǒng)效率最高已達到92.43%，刷新了電化學(xué)儲能電站效率的新高度。

那么，兩條看似平行的儲能系統(tǒng)高壓化路徑，誰才是終極方案呢？

儲能系統(tǒng)高壓化的終途

由于歷史慣性，低壓式儲能系統(tǒng)是目前市場上的主流技術(shù)方案。低壓式儲能的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、投資成本最低、后續(xù)安裝、運維成本便宜，但低壓式最初并不是為大規(guī)模儲能而設(shè)計的，當(dāng)?shù)蛪簝δ芟到y(tǒng)規(guī)模放大到百兆瓦級時，會明顯遇到直流拉弧、直流側(cè)并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流等問題，嚴重影響儲能電站的安全和效率。

而且，2000V儲能系統(tǒng)尚處于示范階段，據(jù)主流儲能企業(yè)介紹，2000V儲能在技術(shù)層面并不具備太大難點，其規(guī)模化應(yīng)用主要面臨的是標準、供應(yīng)鏈方面的挑戰(zhàn)。值得注意的是，即使2000V電壓等級得到大規(guī)模應(yīng)用，低壓式儲能系統(tǒng)面臨的共性問題也仍未得到根本性解決。

與低壓儲能系統(tǒng)相較，6kV-35kV高壓直掛級聯(lián)儲能系統(tǒng)，具有單臺大容量、單簇控制、無升壓變壓器、高效率、高質(zhì)量輸出波形、自動旁路等優(yōu)勢。

高壓級聯(lián)式儲能與低壓式儲能技術(shù)對比

在1000V、1500V低壓儲能系統(tǒng)中，目前主流的PCS最大功率為2.5MW，而新風(fēng)光高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)電壓等級分別為6KV、10KV、35KV，PCS最大功率為30MW，效率≥98.5%。對比低壓儲能，高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)中，電池單簇運行，無簇間環(huán)流，系統(tǒng)綜合效率提升3%~10%，且單套容量大，響應(yīng)速度快，功率大、成本低、占地少、無變壓器運維，更適合構(gòu)網(wǎng)型系統(tǒng)。

據(jù)測算，相較于低壓儲能電站，一個100MW/200MWh的高壓級聯(lián)儲能電站，效率可提升5%，如果按上網(wǎng)電價3角、電站全生命周期25年估算，全生命周期可提高收益2000萬-3000萬元。

在構(gòu)網(wǎng)時，高壓級聯(lián)儲能同樣比低壓儲能更具優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在三個方面：1.高壓級聯(lián)單套功率大，一般是低壓儲能的十倍以上，在大規(guī)模系統(tǒng)中并聯(lián)臺數(shù)少，協(xié)調(diào)控制相對簡單。2.高壓級聯(lián)輸出濾波為電抗器，低壓儲能一般需要LC或LCL濾波，高壓級聯(lián)控制相對容易，不易產(chǎn)生諧振。3.高壓級聯(lián)沒有變壓器，PCS輸出即電網(wǎng)，在做構(gòu)網(wǎng)時無需低壓儲能的變壓器，不存在變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)（PCS交流輸出）構(gòu)網(wǎng)性能存在差異的問題。

不過，一般來說，高壓級聯(lián)只有在5MW以上的大型儲能電站中才具有經(jīng)濟性，具有綜合效率高、占地面積小、投資收益高等優(yōu)勢。據(jù)了解，目前20MW/40Wh-60MW/120MWh為高壓級聯(lián)式儲能的價格最優(yōu)區(qū)間，這時高壓級聯(lián)會比傳統(tǒng)集中式低壓儲能更有單價優(yōu)勢。而隨著300Ah+大電芯容量的應(yīng)用，高壓級聯(lián)儲能價格最優(yōu)區(qū)間范圍也會相應(yīng)擴大，上限有望提升至100MW。

對于儲能系統(tǒng)來說，高壓級聯(lián)儲能技術(shù)完美契合“高壓化”、“構(gòu)網(wǎng)型”、“大容量”這三大降本增效的熱門方向，并兼具高安全性和高經(jīng)濟性。

對此，新風(fēng)光儲能產(chǎn)品總監(jiān)石廣保表示，“無論是業(yè)主單位，還是編制可行性研究報告的設(shè)計院，不可能對高壓級聯(lián)技術(shù)同時具有的高安全、高經(jīng)濟、高效率特性視而不見。所以高壓級聯(lián)儲能在大儲領(lǐng)域的市場滲透率一旦被市場廣泛認可，必然如破土的巨龍竹，迅速增長，超50%是大概率事件，市場規(guī)模可達數(shù)千億級別。”

目前來看，兩線并行仍將是短期內(nèi)儲能系統(tǒng)高壓化的必然趨勢。而如果采用長期視角來看，隨著高壓級聯(lián)儲能滲透率的大幅提升，以及構(gòu)網(wǎng)儲能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，高壓級聯(lián)儲能必然將成為價值導(dǎo)向下儲能領(lǐng)域的新選擇。

“從1到10”加快，高壓級聯(lián)儲能技術(shù)升級

目前高壓級聯(lián)技術(shù)在儲能領(lǐng)域推廣的主要難點在于技術(shù)門檻高，入局企業(yè)少，業(yè)內(nèi)真正有產(chǎn)品的企業(yè)不超過10家，新風(fēng)光正是其中的佼佼者。

新風(fēng)光高壓級聯(lián)儲能技術(shù)與高壓級聯(lián)SVG技術(shù)同源，新風(fēng)光SVG在光伏等細分行業(yè)十年來一直保持在第一梯隊，2023年營收超9.73億元，已是業(yè)內(nèi)名副其實的單項冠軍。

新風(fēng)光深耕電力電子行業(yè)30多年，在高壓級聯(lián)技術(shù)應(yīng)用方面，擁有全球28000+臺套高壓級聯(lián)電力電子產(chǎn)品的工程應(yīng)用業(yè)績、50+年的品牌及技術(shù)沉淀，是電化學(xué)儲能行業(yè)大功率大容量高壓級聯(lián)技術(shù)的領(lǐng)跑者，在安全、效率、成本等層面具有領(lǐng)先一步的優(yōu)勢。

率先切入高壓級聯(lián)儲能賽道，新風(fēng)光目前已具備了6kV、10kV和35kV全電壓系列的可交付能力，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的開發(fā)能力，且已有大量已落地的應(yīng)用案例。其中，6KV系列產(chǎn)品主要應(yīng)用在煤礦等場景，10KV系列產(chǎn)品主要應(yīng)用在工商業(yè)領(lǐng)域，35KV系列產(chǎn)品主要應(yīng)用在新能源場站等。

目前，高壓級聯(lián)儲能產(chǎn)業(yè)化“從1到10”進程正在加快，已從示范項目階段進入實際應(yīng)用階段，逐漸得到了業(yè)主的認可。

東北某煤礦中，為全面建設(shè)安全、綠色、智能、高效礦山，提高供電可靠性，選擇了新風(fēng)光生產(chǎn)的6KV高壓應(yīng)急儲能系統(tǒng)。該儲能系統(tǒng)為固定式煤礦應(yīng)急電源，經(jīng)開關(guān)柜接入系統(tǒng)母線。

在浙江某大型光伏發(fā)電項目中，新風(fēng)光為項目提供的35KV高壓級聯(lián)直掛式一次調(diào)頻儲能電站容量28.4MW/9.66MWh ，具備一次調(diào)頻功能和無功補償功能。具備系統(tǒng)規(guī)模大、響應(yīng)速度快、能量精確控制、雙向調(diào)節(jié)能力強、運行效率高、占地面積小等優(yōu)點。

在2023年初，新風(fēng)光中標的高壓級聯(lián)大功率大容量儲能應(yīng)急電源，是國內(nèi)目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用的最大容量的設(shè)備，再次引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

此外，基于電芯容量的升級，高壓級聯(lián)儲能也在繼續(xù)向大容量方向迭代。

2024年4月初，新風(fēng)光在北京發(fā)布了新一代大容量高壓級聯(lián)技術(shù)。其中，單臺高壓級聯(lián)式儲能系統(tǒng)容量為30MW/60MWh，系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)與高壓SVG技術(shù)同源，由A、B、C三相組成。每相包含64個H橋功率單元，配套64個電池簇。每簇有312個314Ah電芯串聯(lián)而成。三相總共192個H橋功率單元+192簇電池簇，共存儲 60.19MWh電量。

新風(fēng)光新一代大容量高壓級聯(lián)儲能產(chǎn)品將于今年下半年正式推出，在業(yè)內(nèi)率先將300Ah+大電芯應(yīng)用在高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)中，且采用集裝箱、PCS全液冷方案，系統(tǒng)容量、效率進一步提升，助推儲能產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展的新階段。