新能源側(cè)儲能的“頂配”陷阱 作者：李帥 來源：能源雜志 發(fā)布時間：2020-05-07

新能源配儲能似乎已經(jīng)成了“標(biāo)配”。

截至目前，包括湖南、安徽、新疆、內(nèi)蒙古、河南、山東、江西在內(nèi)的七個省都發(fā)布了要求新能源配套儲能的政策或規(guī)劃，盡管政策或規(guī)劃背后充斥著爭議，但新能源配儲能已然勢在必行。

3月23日，國網(wǎng)湖南電力下發(fā)《關(guān)于做好儲能項目站址初選工作的通知》，一次性公開了28個風(fēng)電配套儲能項目，項目規(guī)模、配置儲能比例和時長的明確也意味著新能源配儲能已進(jìn)入實戰(zhàn)狀態(tài)。

據(jù)《能源》記者不完全統(tǒng)計，2020年至今，已有11個新能源配儲能項目開始落地執(zhí)行，其中以“風(fēng)電+儲能”項目為主。

儲能與風(fēng)電、光伏等新能源相結(jié)合，具有平抑可再生能源發(fā)電波動、跟蹤發(fā)電計劃出力、電量時移等作用。但是在實際結(jié)合過程中，仍不乏這樣或那樣的問題。

例如，在現(xiàn)階段的儲能系統(tǒng)招標(biāo)中，發(fā)電企業(yè)更多考慮價格、參數(shù)、并網(wǎng)、質(zhì)保等因素，卻沒有較好的方法去印證儲能系統(tǒng)本身是否可以高效率、長壽命的運行。

在業(yè)內(nèi)人士看來，新能源配儲能不能把精力僅放在追求儲能電池、設(shè)備參數(shù)的“頂配”，以及儲能系統(tǒng)的價格，關(guān)系到系統(tǒng)使用壽命的儲能系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計也至關(guān)重要，它直接影響新能源側(cè)儲能的系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益率。

標(biāo)書之變

2020年以來，盡管受新冠疫情影響，絕大部分行業(yè)發(fā)展節(jié)奏都放緩了下來，但是在新能源配儲能項目方面，相關(guān)詢價、工程招標(biāo)公告卻越來越多。

4月24日，華能包頭新能源發(fā)布華能赤峰300MWp光伏+儲能項目投資機會研究報告、競爭配置方案報告詢價公告;4月13日，三峽新能源發(fā)布青海省錫鐵山流沙坪二期風(fēng)電場100MW儲能項目EPC總承包工程招標(biāo)公告……

在中科院電工所儲能技術(shù)組組長陳永翀看來，新能源配儲能的發(fā)展是一個螺旋式的過程。最早新能源配儲能的應(yīng)用是分布式光伏加鉛酸電池和超級電容，后來隨著鋰電池成本大幅度下降，加上鋰電池本身性能比較綜合，現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池已成為新能源配儲能的主力，能起到更好的調(diào)節(jié)作用。

從已有的招投標(biāo)項目來看，隨著儲能業(yè)務(wù)的增多，發(fā)電企業(yè)對儲能系統(tǒng)的需求逐步升級，關(guān)注點從“滿足并網(wǎng)考核”逐步向“全生命周期回報”轉(zhuǎn)變，更注重儲能系統(tǒng)的“實用性”。比如用“交流側(cè)放電能量”取代“系統(tǒng)安裝能量”， “電池系統(tǒng)真實壽命”取代“電芯理論壽命”，同時對電池的全生命周期保障也提出更高要求。

以最新安徽某風(fēng)場配套儲能項目為例，已經(jīng)體現(xiàn)出對于實用性的需求和儲能新技術(shù)應(yīng)用的重視。

實用性方面，該項目明確要求了“交流側(cè)放電能量”不低于10MWh，必須保證驗收測試時達(dá)標(biāo);對電池系統(tǒng)的質(zhì)保期明確提出了“系統(tǒng)5年全免費質(zhì)保”的要求，還對系統(tǒng)的全壽命周期能量保證(20年)做了明確的要求。

儲能新技術(shù)應(yīng)用方面，該項目提出了“為提高電池一致性，儲能系統(tǒng)應(yīng)采用兩級變換”，即在原有的630kW儲能變流器直流側(cè)和電池簇之間引入了125kWDC/DC轉(zhuǎn)換器(目前各廠商儲能變流器主流功率包括200kW、250kW、500kW、630kW，不同的儲能技術(shù)方案會選擇不同的變流器型號)，將電池簇分隔開，使之相互獨立，形成電池直流側(cè)電池簇?zé)o并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。而在新技術(shù)之前，新能源所配的儲能系統(tǒng)架構(gòu)是電池簇集中并聯(lián)匯流之后接入變流器。

一方面，多簇電池并聯(lián)會引起電池簇之間的不均衡，久而久之并聯(lián)電池簇中會出現(xiàn)一部分電池實際出力不足，而另一部分超出倍率使用的現(xiàn)象，造成“劣幣驅(qū)逐良幣”效應(yīng);另一方面，電池簇并聯(lián)后，如果某個電池簇出現(xiàn)電芯內(nèi)部短路，存在故障快速蔓延失控，單個電芯短路引起整個“電池堆”發(fā)生事故的風(fēng)險。

“新技術(shù)”則避免了電池簇并聯(lián)產(chǎn)生一致性差異后出現(xiàn)的不均衡和環(huán)流現(xiàn)象，降低了電池簇間“木桶效應(yīng)”對整體儲能系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的利用率和使用壽命。

盡管在商業(yè)儲能項目中，系統(tǒng)價格是決定性因素之一，但隨著儲能系統(tǒng)的需求向?qū)嵱眯苑较虻霓D(zhuǎn)變，儲能系統(tǒng)提供商需要在系統(tǒng)價格和實用性之間找到平衡點，才能更好的滿足新能源側(cè)市場的需求，推動產(chǎn)業(yè)從高速發(fā)展階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。

然而，上述項目要求增加了DC/DC轉(zhuǎn)換器的“新技術(shù)”也并非最完美的方案，新的系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜度更高、控制繁瑣、占地面積更大、成本更高，還會增加系統(tǒng)損耗和故障點。如何設(shè)計一種效率高、結(jié)構(gòu)簡單、占地小、故障率低的系統(tǒng)架構(gòu)，滿足新能源場站對儲能系統(tǒng)的應(yīng)用需求已成為當(dāng)務(wù)之急。

最優(yōu)方案

對于儲能系統(tǒng)架構(gòu)而言，電池簇不并聯(lián)的優(yōu)勢和劣勢均很明顯，如何揚長避短尋求最優(yōu)解呢?顯然，如果電池簇的能量可以與變流器功率按照1：1的比例配置，那么就可以做到直流側(cè)不并聯(lián)。

“通常，儲能變流器的功率越小，單位成本越高，并且交流側(cè)并機數(shù)量越多，帶來的多機并聯(lián)控制難度越大，所以經(jīng)過測算之后，我們認(rèn)為200kW/250kW變流器是最合適的一個功率段。”金風(fēng)科技儲能產(chǎn)品線總經(jīng)理劉巍巍告訴《能源》記者。

儲能系統(tǒng)在進(jìn)行了上述架構(gòu)優(yōu)化之后，在與偏重參數(shù)、并網(wǎng)、質(zhì)保等的“頂配”方案和增加大量DC/DC轉(zhuǎn)換器的“新技術(shù)”方案相比，在系統(tǒng)效率、變流器造價、占地面積、故障損失、系統(tǒng)壽命和安全性，性價比顯然要更高一些。

三種不同的儲能系統(tǒng)架構(gòu)的對比

此外，如果按照一個電池簇(>200kWh)對應(yīng)一臺200kW變流器，5簇電池簇對應(yīng)5臺變流器，交流側(cè)并機形成1組1MW/1MWh的儲能單元，2組儲能單元通過接入2MW雙分裂變壓器即可組成一套完整的2MW/2MWh儲能系統(tǒng)。

事實上，選擇200kW變流器有三方面的優(yōu)勢：一是架構(gòu)簡單，實現(xiàn)電池簇不并聯(lián);二是電池簇與PCS變流器的逐個對應(yīng)，電池簇獨立管理;三是2MW/2MWh儲能系統(tǒng)為風(fēng)電場需求能量的公因數(shù)，可以滿足現(xiàn)有項目的需求。

華東儲能領(lǐng)跑者聯(lián)盟副理事長李建林認(rèn)為，現(xiàn)在大家對于電池容量有一個基本的共識，65Ah是一個門檻。對于許多小的電池廠家而言，產(chǎn)品線已經(jīng)定型，只能通過電池簇并聯(lián)的方式增大電流，但這個已經(jīng)不是主流路線。我個人不提倡電池簇并聯(lián)，即便是并聯(lián)，也不宜并太多，最多兩個并在一起。

儲能系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計關(guān)系到系統(tǒng)的使用壽命和全壽命周期內(nèi)的可用能量，直接影響新能源側(cè)儲能的系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益率，情況甚者將無法收回儲能投資。

如何防范風(fēng)險保證儲能系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益，現(xiàn)階段有兩種方式可以參考：第一種是在系統(tǒng)設(shè)計上考慮規(guī)避風(fēng)險，建議采用電池簇不并聯(lián)方式，即使并聯(lián)越少越好;第二種是通過合理有效的商務(wù)條款進(jìn)行約束來降低項目風(fēng)險。

隨著新能源配儲能項目越來越多地落地，安徽項目或許只是一個開始。在價格因素之外，為了保證儲能系統(tǒng)全生命周期的價值，包括系統(tǒng)架構(gòu)在內(nèi)的許多實用性需求如何滿足將成為重中之重。

對于新能源與儲能的未來，陳永翀認(rèn)為：“隨著能源結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整和電池技術(shù)的發(fā)展，容量配置和技術(shù)類型還將有新的變化。但總的來說，近期電化學(xué)儲能首先承擔(dān)的是分布式功率型‘提質(zhì)’作用，未來隨著儲能度電成本的大幅下降，才有可能與火電的容量性調(diào)節(jié)相競爭，承擔(dān)大規(guī)模的容量型‘保量’作用。”