El sistema de almacenamiento de energía electroquímica consta de dos partes, el lado de CC y el lado de CA.El lado de CC es el almacén de baterías, que incluye baterías, control de temperatura, protección contra incendios, gabinetes de confluencia, contenedores y otros equipos, y el lado de CA es el almacén eléctrico, que incluye convertidores de almacenamiento de energía, transformadores, contenedores, etc. La interacción de energía eléctrica entre el sistema de almacenamiento de energía y la red se realiza mediante la conversión AC-DC del convertidor PCS.
1. Clasificación de los sistemas de almacenamiento de energía.
Según la estructura eléctrica, los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala se pueden dividir en:
(1) Centralizado: Sistema de almacenamiento de energía conectado a la red centralizado de tipo impulso de alta potencia y bajo voltaje.Se conectan varios grupos de baterías en paralelo y luego se conectan al PCS.PCS persigue alta potencia y alta eficiencia.Actualmente se está promocionando la solución de 1500V.
(2) Distribuido: sistema de almacenamiento de energía conectado a la red de impulso distribuido de bajo voltaje y baja potencia, cada grupo de baterías está conectado a una unidad PCS, y el PCS adopta una disposición distribuida de baja potencia.
(3) Tipo de cadena inteligente: basándose en la arquitectura del sistema de almacenamiento de energía distribuido, se adoptan tecnologías innovadoras como la optimización de la energía a nivel del módulo de batería, el control de energía de un solo grupo de baterías, la gestión inteligente digital y el diseño modular completo para lograr una aplicación más eficiente del almacenamiento de energía. sistemas.
(4) Sistema de almacenamiento de energía de alta potencia en cascada de alto voltaje: inversor de batería de un solo clúster, conectado directamente a la red eléctrica con un nivel de voltaje superior a 6/10/35 kv sin transformador.La capacidad de una sola unidad puede alcanzar los 5MW/10MWh.
(5) Tipo distribuido: varias ramas en el lado de CC se conectan en paralelo, se agrega un convertidor CC/CC en la salida del grupo de baterías para aislar el grupo de baterías y los convertidores CC/CC se conectan al lado centralizado de CC del PCS después recopilación.
2. La iteración de la ruta de la tecnología de almacenamiento de energía gira en torno a la seguridad, el costo y la eficiencia.
La seguridad, el costo y la eficiencia son las cuestiones clave que deben abordarse en el desarrollo del almacenamiento de energía.El núcleo de la iteración de la tecnología de almacenamiento de energía es mejorar la seguridad, reducir los costos y mejorar la eficiencia.
(1) Seguridad
La seguridad de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía es el tema que más preocupa a la industria.Los posibles riesgos potenciales para la seguridad de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía electroquímica incluyen incendios causados por la electricidad, incendios causados por baterías, explosiones de hidrógeno en caso de incendio, anomalías en el sistema, etc. Generalmente se puede atribuir el rastreo de la causa del problema de seguridad de la central eléctrica de almacenamiento de energía. al descontrol térmico de la batería.Las causas del descontrol térmico incluyen abuso mecánico, abuso eléctrico y abuso térmico.Para evitar problemas de seguridad, es necesario controlar estrictamente el estado de la batería para evitar la aparición de incentivos descontrolados térmicos.
(2) Alta eficiencia
La consistencia celular es un factor clave que afecta la eficiencia del sistema.La consistencia de la batería depende de su calidad, de la solución de tecnología de almacenamiento de energía y del entorno de trabajo de la batería.A medida que aumenta el número de ciclos de la batería, las diferencias entre las baterías se reflejan gradualmente.Las diferencias en el entorno de trabajo real durante la operación superpuesta conducirán a diferencias agravadas entre múltiples baterías, y el problema de consistencia es prominente, lo que plantea desafíos para la gestión de BMS e incluso enfrenta desafíos.Riesgo de seguridad.En el esquema de diseño y operación de la central eléctrica de almacenamiento de energía, se debe mejorar la consistencia de la batería tanto como sea posible para mejorar la eficiencia del sistema.
(3) Bajo costo
El costo de un sistema de almacenamiento de energía está relacionado con la inversión inicial y el ciclo de vida.El envejecimiento y el deterioro de los materiales de la batería, el sistema de carga y descarga, la temperatura de funcionamiento de la batería y la consistencia de los monómeros afectarán el ciclo de vida de la batería.Cuando la diferencia de temperatura de la batería en el contenedor es superior a 10 grados, la vida útil de la batería se acortará en más del 15%.Las diferencias en el aumento de temperatura entre módulos también pueden reducir la vida útil general del sistema.El sistema de almacenamiento de energía debería mejorar el ciclo de vida del sistema optimizando el método de carga y descarga, reduciendo la diferencia de temperatura entre los sistemas y mejorando la consistencia de la batería.
3. Ruta de la tecnología de integración del almacenamiento de energía: los esquemas de topología se iteran gradualmente
(1) Solución centralizada: 1500 V en lugar de 1000 V se ha convertido en una tendencia
Con el desarrollo de plantas de energía eólica centralizadas y almacenamiento de energía a mayor capacidad, el alto voltaje CC se ha convertido en la principal solución técnica para reducir costos y aumentar la eficiencia, y el sistema de almacenamiento de energía con voltaje lateral CC aumentado a 1500 V se ha convertido gradualmente en una tendencia.En comparación con el sistema tradicional de 1000 V, el sistema de 1500 V aumenta la tensión soportada de cables, módulos de hardware BMS, PCS y otros componentes de no más de 1000 V a no más de 1500 V.La solución técnica de 1500V del sistema de almacenamiento de energía proviene del sistema fotovoltaico.Según las estadísticas de la CPIA, en 2021, la cuota de mercado del sistema fotovoltaico doméstico con un nivel de voltaje de CC de 1500 V es de aproximadamente el 49,4% y se espera que aumente gradualmente hasta casi el 80% en el futuro.El sistema de almacenamiento de energía de 1500V ayudará a mejorar la compatibilidad con el sistema fotovoltaico.
El rendimiento de la solución del sistema de almacenamiento de energía de 1500 V también mejora en comparación con la solución de 1000 V.Tomando como ejemplo la solución de Sungrow, en comparación con el sistema de 1000 V, la densidad de energía y la densidad de potencia del sistema de batería han aumentado en más del 35%.Una central eléctrica de la misma capacidad requiere menos equipo y el costo del sistema de baterías, PCS, BMS, cables y otros equipos se reduce considerablemente., los costos de inversión en infraestructura y terrenos también se reducen simultáneamente.Según las estimaciones, en comparación con la solución tradicional, el coste de inversión inicial del sistema de almacenamiento de energía de 1500 V se reduce en más del 10 %.Pero al mismo tiempo, después de que aumenta el voltaje del sistema de almacenamiento de energía de 1500 V, aumenta la cantidad de baterías conectadas en serie, lo que dificulta el control de su consistencia, y los requisitos para la prevención y protección del riesgo de arco de CC y el diseño de aislamiento eléctrico también son mayores. .
(2) Solución distribuida: alta eficiencia y solución madura
La solución distribuida también se denomina conexión en paralelo de múltiples ramas en el lado de CA.En comparación con la solución técnica centralizada, la solución distribuida convierte la conexión paralela del lado de CC del grupo de baterías en la conexión paralela del lado de CA a través del inversor de cadena distribuido, lo que evita los riesgos de circulación paralela, pérdida de capacidad y arcos de CC. causado por la conexión paralela del lado de CC y mejora el funcionamiento.Seguridad.Al mismo tiempo, la precisión del control cambia de múltiples grupos de baterías a un solo grupo de baterías, y la eficiencia del control es mayor.
La central eléctrica de almacenamiento de energía Shandong Huaneng Huangtai es la primera central eléctrica de almacenamiento de energía de 100 megavatios del mundo con control descentralizado.La central eléctrica de almacenamiento de energía de Huangtai utiliza baterías CATL + sistema PCS de Sineng Electric.Según las estimaciones, una vez que la central de almacenamiento de energía se ponga en funcionamiento, la tasa de utilización de la capacidad de la batería de toda la estación puede alcanzar alrededor del 92%, lo que es 7 puntos porcentuales más que el promedio actual de la industria.Además, mediante el control descentralizado de los grupos de baterías, se puede realizar la calibración automática del estado de carga de la batería (SOC), lo que reduce significativamente la carga de trabajo de operación y mantenimiento.La eficiencia de la prueba conectada a la red es de hasta el 87,8%.A juzgar por las cotizaciones actuales del proyecto, el sistema descentralizado no es más caro que el sistema centralizado.
(3) Solución de clúster inteligente: un paquete, una optimización, un clúster, una gestión
La solución de cadena inteligente propuesta por Huawei resuelve tres problemas principales en la solución centralizada: (1) Atenuación de capacidad.En la solución tradicional, el uso de baterías tiene un evidente “efecto de placa corta”.Los módulos de batería están conectados en paralelo.Durante la carga, una celda de la batería está llena y la carga se detiene.Cuando se descarga, una celda de la batería está vacía y la descarga se detiene.La vida general del sistema depende de la vida.batería más corta.(2) Coherencia.En la operación y aplicación del sistema de almacenamiento de energía, debido a diferentes entornos específicos, existe una desviación en la consistencia de la batería, lo que conduce a una caída exponencial de la capacidad del sistema.(3) Desajuste de capacidad.Es probable que la conexión en paralelo de baterías provoque un desajuste de capacidad y la capacidad real de la batería sea mucho menor que la capacidad estándar.
La solución de cadena inteligente resuelve los tres problemas anteriores de la solución centralizada a través del diseño de cadena, inteligente y modular: (1) cadena.El optimizador de energía se utiliza para realizar la gestión a nivel de módulo de batería, el controlador del grupo de baterías se utiliza para lograr el equilibrio entre grupos y el aire acondicionado distribuido reduce la diferencia de temperatura entre los grupos.(2) Inteligencia.Aplique tecnologías TIC avanzadas, como IA y BMS en la nube, a escenarios de detección de cortocircuitos internos, aplique IA para predecir el estado de la batería y adopte estrategias inteligentes de control de temperatura de vinculación multimodelo para garantizar un estado óptimo de carga y descarga.(3) Modularización.El diseño modular del sistema de batería puede separar el módulo defectuoso por separado sin afectar el funcionamiento normal de otros módulos del grupo.Diseño modular de PCS, cuando falla un solo PCS, otros PCS pueden continuar funcionando y cuando fallan varios PCS, el sistema aún puede seguir funcionando.
(4) Esquema en cascada de alto voltaje: esquema de alta eficiencia sin estructura paralela
La solución de almacenamiento de energía en cascada de alto voltaje está diseñada mediante electrónica de potencia para lograr un voltaje conectado a la red de 6-35 kv sin transformador.Tomando como ejemplo la solución de 35 kv de Xinfengfeng, el sistema único de almacenamiento de energía es un sistema de 12,5 MW/25 MWh.La estructura eléctrica del sistema es similar a la del SVG de alto voltaje y consta de tres fases A, B y C. Cada fase contiene 42 unidades de energía de puente H que soportan 42 grupos de baterías.Un total de 126 unidades de energía de puente H en tres fases tienen un total de 126 grupos de baterías y almacenan un total de 25,288 MWh de electricidad.Cada grupo de baterías consta de 224 celdas conectadas en serie.
Las ventajas del esquema en cascada de alto voltaje se reflejan en: (1) Seguridad.No hay celdas conectadas en paralelo en el sistema, algunas baterías están dañadas, el rango de reemplazo es estrecho, el rango de influencia es pequeño y el costo de mantenimiento es bajo.(2) Coherencia.Los paquetes de baterías no están conectados directamente, sino que se conectan después de CA/CC, por lo que todos los paquetes de baterías pueden controlarse mediante el equilibrio SOC a través de CA/CC.Solo hay un grupo de baterías dentro del paquete de baterías, no hay conexión paralela de los grupos de baterías y no habrá ningún problema de intercambio de corriente.El control del equilibrio entre las celdas se realiza a través del BMS dentro del grupo de baterías.Por lo tanto, esta solución puede maximizar el uso de la capacidad de la batería y, en el caso de la misma energía conectada a la red en el lado de CA, se pueden instalar menos baterías para reducir la inversión inicial.(3) Alta eficiencia.Dado que el sistema no tiene grupos de celdas/baterías funcionando en paralelo, no hay efecto de cortocircuito y la vida útil del sistema es aproximadamente igual a la vida útil de una sola celda, lo que puede maximizar la economía operativa del dispositivo de almacenamiento de energía.El sistema no necesita un transformador elevador y la eficiencia real del ciclo del sistema en el sitio alcanza el 90%.
(5) Solución distribuida: aislamiento CC + inversor centralizado
El esquema distribuido también se denomina conexión paralela de múltiples ramas en el lado de CC.Sobre la base del esquema centralizado tradicional, se agrega un convertidor CC/CC en la salida del grupo de baterías para aislar el grupo de baterías, y el convertidor CC/CC se conecta al PCS DC centralizado. En el lateral, de 2 a 4 PCS están conectados en paralelo a un transformador en el sitio y conectados a la red después de ser impulsados por el transformador.Al aumentar el aislamiento CC/CC en el sistema, se evitan los arcos CC, la corriente circulante y la pérdida de capacidad causadas por la conexión CC en paralelo, lo que mejora en gran medida la seguridad del sistema y, por lo tanto, mejora la eficiencia del sistema.Sin embargo, dado que el sistema necesita pasar por dos etapas de inversión, esto tiene un impacto negativo en la eficiencia del sistema.
Hora de publicación: 22 de septiembre de 2023