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高压级联为何叫好不叫座?

发布时间:2023-08-21 作者:北极星储能网


8月1日,青海省海西州宝库储能电站工程epc总承包及高压直挂式储能系统设备集成招标采购项目开标。山东电工时代中标epc、南瑞继保中标构网型储能。据北极星储能网了解,这是目前为止,国内针对高压直挂式储能设备的最大规模招采计划。


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在高压级联(又称高压直挂)技术上既有技术积累,又有客户资源的南瑞继保、许继电力、山东电工时代、西电电力电子、新风光、金盘科技等企业,近两年,始终致力于扩大高压级联在储能市场的占比。

但是叫好不叫座的高压级联技术方案,近期很难超越投资成本低、结构简单、运维难度小、国内主流的低压式(也称集中式)技术方案。探究其中原因可以发现,国内储能市场的高压级联技术方案尚处于市场培育初期,市场主流技术方案阻碍了其抢占市场,但今后发展空间很大。


1“惯性思维”令高压级联叫好不叫座?


7月31日,国家能源局召开三季度网上新闻发布会。发布会上,能源局能源节约与科技装备司副司长刘亚芳表示,2023年1-6月,新型储能项目新投运装机规模约863万千瓦/1772万千瓦时,相当于此前历年累计装机规模总和。按当前市场价格测算,新投运新型储能拉动直接投资超过300亿元人民币。

国内众多机构的研报也将新型储能视为高景气度行业。机构普遍认为,双碳背景下,我国能源结构正在向以新能源为主体的新型电力系统转型,风光装机量、 发电量占比日趋提高,在能源结构中的占比不断提升。随着新能源装机量、占比的增加,新能源发电高度依赖自然环境导致的不稳定性和不可控性,带来的负面影响日益凸显,为保障能源结构的顺利转型、提升新能源主动支撑能力,需要储能这类灵活性资源进行调节,可以说储能是解决以上问题的最佳方案。可以预期,我国储能装机量今后将呈快速增长态势,配储比例有望持续、快速提高。

但是,国内储能市场“增收不增利”的局面还未发生质的改变。所以正处在“浪尖风口”的电化学储能上下游企业所使用的电池电芯、变流器、电池管理系统、能量管理系统都是在不断发现、排除问题,降低成本,延长系统寿命的发展完善阶段,一大堆“骨干的现实”令新型储能上下游企业只能选择成本低、成熟稳定、水平相对较低的技术方案。

电化学储能系统是以电力电子设备为核心,一头接着直流侧的电池,另一头连着交流侧的电网。除了电池本身,储能系统与电网的交互能力决定着储能系统运行时的性能,而储能系统运行性能与储能电站内部的拓扑结构设计相关。南瑞继保、许继电力、山东电工时代、西电电力电子、新风光等企业研发的高压级联,比市场主流技术方案低压式的转换效率更高、电能质量更优、单机容量更大、调节响应速度更快。这无疑提升了新型储能系统运行性能,提升了储能系统参与电网互动的能力水平,但是目前该技术存在后期运维成本高、技术较复杂等不足。

中国石油深圳新能源研究院储能研发部总监楚攀博士曾对媒体表示低压式储能系统的优势是结构简单、投资成本最低,后续安装、运维成本便宜,对运维人员要求也相对较低。但低压式并不是为大规模储能设计的。它诞生的时候,电化学储能项目规模一般不超过20mwh,当(储能系统)放大到百兆瓦规模时,这种结构的缺点就比较明显了,比如直流拉弧、直流侧的并联容量损失、并联环流等等。楚攀说,低压式的缺点已经严重影响了储能电站的安全和效率。虽然它的缺点很多,但基于历史惯性,目前,低压式依然是市场上增量最大、占有率最高的技术方案。


2满足业主三大需求 更具高渗透率?


电化学储能作为优质的灵活性资源,在电源侧、电网侧、用户侧均可以发挥提高效率、保障平稳运行等作用,势必成为保障新型电力系统发展的刚需。

随着技术的不断成熟,电化学储能系统的规模不断增大,电池容量也不断增大,运行的数据也会更大,这对储能系统的安全性和效率将会提出更高的要求。今年5月,奇点能源副总经理、产品与m6网页版登录入口的解决方案总监张翼曾公开表示,储能电站的规模越来越大,系统之间协同控制的重要性正在上升。

而高压级联技术方案可以提高单台储能变流器功率、提高运行效率、降低电力电子损耗、提高整机响应速度,提高整机输出波形质量,能够有效解决传统储能技术存在的技术痛点、难点,非常适合大容量储能应用场景,其在储能功率越大的应用场景性价比越高。高压级联技术方案成为新能源电站储能、独立储能的主流技术顺理成章。

目前,国内储能系统集成技术方案有6种,目前被广泛采用的技术方案为低压式,另外5种技术方案是大组串、智能组串式、集散式、分布式能源块和高压级联。

楚攀认为,高压级联是在逆变成交流之后通过串联达到升压目的,省略了升压变压器,其特殊的拓扑结构,并联容量损失、并联环流问题也都不存在了,最终效率可以做到88-90%,但其结构复杂,高度模块化的难度较大,所以项目的交付速度比较慢,后期的运营维护的要求也更高。目前落地地高压级联项目还不多,从2022年新增储能项目来看,高压级联的渗透率率不超过5%。

许继电力电子有限公司董事长刘刚在接受北极星采访时说,高压级联技术方案的最大优点就是效率高,但缺点也不少。例如:这种技术的电池、电池管理系统和功率模块是一体化的,出现问题时责任划分不清;而且这种模式电池一般也须要超配,以解决功率冗余单元保护退出后,系统储能容量仍满足不低于额定值,因此其经济性还得看具体项目要求,系统维护也比较困难,功率单元和电池检修等都需进行调度申请。

华宝证券发布的报告认为,随着储能在新型电力系统中作用的真正发挥,业主会更加重视储能集成的安全、性能和效率,而这三方面也会成为储能系统集成技术渗透率提升的关键所在。因为高压级联恰好可满足业主在安全、性能和效率三大领域的需求,所以相比其他储能系统集成技术方案,该技术方案更具有中大幅度提升渗透率的可能。


3高压级联壁垒高 先行者未必败


截至目前,国内高压级联仍处于项目验证阶段,赛道代表性厂商为南瑞继保、许继电力、山东电工时代、西电电力电子、新风光、四方继保、金盘科技、智光电气等企业。

南瑞继保是高压直挂储能技术先行者之一,2022年6月17日,南瑞继保研制的全球首套35kv高压直挂储能系统,在绍兴市上虞区35kv红墟储能电站顺利正式并网运行。

这套储能系统产品单套容量25mw/50mwh,采用安全性能更高的级联式拓扑结构,取消了升压变压器,电池分散在每个pcs单元模块中,运行相互独立、耦合度低,并采用热备用冗余设计和主动均衡技术,相比于传统配置升压变的储能方式具有安全性能高、效率效益高、兼容性能强、性价比高等优势。

许继电力曾经是国家电网系统内的三大电力设备供应商之一,现在隶属于中国电气装备。自2005年国家组织西电东送工程起,该公司就开始参与换流阀相关技术迭代。

许继正在着手攻克高压级联技术方案中的技术难题,包括如何实现电池簇数量不增加情况下,电池在低电压状态还能满足电网高压穿越要求,以及如何实现功率模块故障后的安全旁路等技术难题。

今年7月,许继电力电子正式发布了自主研制的中高压级联储能变流器等系统和产品,具有高安全、高可靠、经济性更佳等优势,可广泛应用于发电侧、电网侧、工商业储能等领域。

山东电工时代同样隶属于中国电气装备,由山东电工电气集团有限公司联合宁德时代新能源、北京索英合资成立。是一家集储能设备研发、生产、销售、服务于一体的新能源企业。

山东电工时代与智光储能携手在山东济南莱城发电厂打造了国内首个百兆瓦高压级联储能电站。其是国内第一家同时掌握高压液冷、高压级联、组串式技术方案,并拥有全部工程应用业绩的企业。

西电电力电子提出了基于全国产化igct-plus器件为核心的新型构网型高压级联电力电子装备,通过电力电子级联的方式,具有电压支撑和主动惯量支持特性,维持电力系统稳定性。同时与跟网型设备相比在占地面积、建设周期和设备运维等方面都有较大的优势,是未来电力电子装备发展的趋势,具有广阔发展与应用前景。

西电电力电子为内蒙古乌的兰察布源网荷储示范项目供应了50mw高压直挂pcs产品,另外也为某发电厂100mw/200mwh级联式储能项目提供了设计方案。

2021年以来,新风光重点推出了采用变流器级联设计方式的高压级联储能系统。在政府对储能电站的考核要求提升的趋势下,电站将更有动力选择高压级联这种更安全、性价比相对较高的技术方案。

新风光作为山东省级新能源投资平台下属的上市公司,未来将受益于山东 省风、光、储能产业发展。近几年,新风光的高压级联技术方案,主要用于矿井安全应急用电源和峰谷电价套利。

以兖矿能源下属某煤矿公司为例,通过采用新风光高压级联应急储能供电系统,满足特殊情况下的应急供电需求,保证风机和提升机供电、降低矿区关键负荷停电时间同时,极大提高矿区生产安全和井下人员生命安全。

金盘科技也是高压直挂储能技术代表企业之一,目前其客户已经覆盖如中广核、华电、华能、 国电投、金风、ge、西门子、vestas等。7月上旬,由金盘科技投资建设的湖南省首个35kv高压直挂储能电站成功并网。

尽管金盘科技存在储能项目建设不及预期的风险。但该公司预计,2023年或为储能放量一年,仅今年一季度其储能系列产品订单已超2022全年订单总额。

智光电气是较早推动高压级联储能技术、也是坚定推动这一技术路线的拥趸者。5月21日,由华能清能院、智光储能、上海交通大学联合研制的华能上都35kv级联型高压直挂储能项目设备正式下线,这也是迄今为止全球电化学储能领域单机最大容量储能系统,pcs单机容量25mva,具备有功20mw及无功15mvar输出能力,配套安装电池容量为40mwh,可以实现35kv高压直接并网。

6月21日,一件颇具象征意味的高压级联招投标出现在业内,即青海宝库储能电站epc及高压直挂式储能系统招标。该招标公告明确要求投标人需满足两项资质。首先,投标的联合体牵头方必须具有能源管理系统、变流器、电池管理系统一项及以上自主研发及生产能力,且需具有国家级储能检测资质机构出具的试验报告或产品认证。更为苛刻的是要求投标企业具有级联储能系统相关业绩,其中单站级联储能系统业绩要求达到50mwh及以上。8月4日,该项目开标,山东电工时代中标epc、南瑞继保中标构网型储能。

尽管目前国内可参与高压级联技术招投标的企业肯定没有储能企业的数十家之多,且具备关键技术自主生产能力,三年数据积累,液冷储能系统投运业绩及经验,高压级联销售业绩的企业更少。但是高压级联技术方案能否快速崛起,仍需持续观察!


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