电化学储能系统由包括直流侧和交流侧两大部分。直流侧为电池仓,包括电池、温控、消防、汇流柜、集装箱等设备,交流侧为电器仓,包括储能变流器、变压器、集装箱等。直流侧的电池产生的是直流电,要想与电网实现电能交互,必须通过变流器进行交直流转换。
储能系统分类:集中式、分布式、智能组串式、高压级联、集散式
按电气结构划分,大型储能系统可以划分为:
(1)集中式:低压大功率升压式集中并网储能系统,电池多簇并联后与 PCS 相连,PCS 追求大功率、高效率,目前在推广 1500V 的方案。
(2)分布式:低压小功率分布式升压并网储能系统,每一簇电池都与一个 PCS 单元链接,PCS 采用小功率、分布式布置。
(3)智能组串式:基于分布式储能系统架构,采用电池模组级能量优化、电池单簇能量控制、 数字智能化管理、全模块化设计等创新技术,实现储能系统更高效应用。
(4)高压级联式大功率储能系统:电池单簇逆变,不经变压器,直接接入 6/10/35kv 以上电压等级电网。单台容量可达到 5MW/10MWh。
(5)集散式:直流侧多分支并联,在电池簇出口增加 DC/DC 变换器将电池簇进行隔离,DC/DC 变换器汇集后接入集中式 PCS 直流侧。
安全、成本和效率是储能发展需要重点解决的关键问题,储能技术的迭代核心也是要提高安全、 降低成本、提高效率。
(1)安全性
储能电站的安全性是产业最关注的问题。电化学储能电站可能存在的安全隐患包括电气引发的火灾、电池引发的火灾、氢气遇火发生爆炸、系统异常等。追溯储能电站的安全问题产生的原因, 通常可以归咎于电池的热失控,导致热失控的诱因包括机械滥用、电滥用、热滥用。为避免发生 安全问题,需要严格监控电池状态,避免热失控诱因的产生。
(2)高效率
电芯的一致性是影响系统效率的关键因素。电芯的一致性取决于电芯的质量及储能技术方案、电芯的工作环境。随着电芯循环次数增加,电芯的差异逐步体现,叠加运行过程中实际工作环境的差异,将导致多个电芯之间的差异加剧,一致性问题突出,对 BMS管理造成挑战,甚至面临安全风险。
电池模组间串联失配:串联的电芯可用容量只能达到最弱电池模组的容量,使得其他电池容量无法被充分利用。
电池簇间并联失配:并联链路上的电池簇可用容量只能达到最弱电池簇的容量,使得其他电池容量无法被充分利用。
电池内阻差异造成环流:电池环流使得电芯温度升高,加速老化,加大系统散热,降低系统效率。 在储能电站设计和运行方案中,应当尽量提高电池的一致性以提高系统效率。
(3) 低成本
储能系统的成本与初始投资和循环寿命有关。电池材料的老化衰退、充放电制度、电池运行温度、单体的一致性都会影响电池的循环寿命。当集装箱内电池温差大于 10 度,会导致电池寿命缩短15%以上。模组间温升差异也会导致整体系统寿命缩短。储能系统应当通过优化充放电方式、降低系统间温差、提高电池一致性来提升系统循环寿命。
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