上到電池技術(shù)，下到工程應用，當前的電化學儲能尤其是鋰電儲能技術(shù)進入了一個新的變革周期，大電芯、高電壓、水冷液冷等新產(chǎn)品新技術(shù)逐漸登上舞臺，儲能系統(tǒng)向大容量方向在持續(xù)演進。

 

身處其中的行業(yè)人士或許能夠深刻體會到，企業(yè)和專家們時常也會就某種技術(shù)展開激烈的交鋒。這也說明各種技術(shù)路線的發(fā)展前景還存在巨大的不確定性，但有爭論才有發(fā)展，有質(zhì)疑才會進步。

 

新的一年，新的畫卷正在徐徐展開。“儲能100人”梳理了行業(yè)10大熱點技術(shù)動態(tài)，供各位讀者參考。如有不當，請批評指正。

 

技術(shù)一

 

大電芯

 

動力電池類型有圓柱、軟包、方形三種，從最早的18650圓柱電池開始，到來出現(xiàn)的方形鋁殼電池和軟包電池，這些技術(shù)的演變主要是為了把單個電池的容量做大。

 

2020年，寧德時代號稱8000次循環(huán)壽命的280Ah儲能專用電芯開始規(guī)模化量產(chǎn)；另一電池巨頭比亞迪302Ah的儲能電芯也即將面市。

 

巨頭們的頻頻布局表明，大電芯正成為未來的發(fā)展方向之一。

 

眾所周知，65Ah是當前電池行業(yè)的一個基本門檻，把單體電芯做大，需要解決兩大挑戰(zhàn)：一是電芯鼓脹問題，二是電芯散熱性能變差。

 

其中電芯散熱性能變差問題尤其突出且難以通過常規(guī)技術(shù)手段解決，“水冷+散熱器”的方式對于單體大體積電芯的散熱改善效果有限，通過增大電芯散熱表面積和改善電芯材料導熱性能應該成為電池企業(yè)的研究重點。畢竟，電芯溫度直接影響電池壽命。

 

中國科學院電工研究所研究員陳永翀曾撰文指出，儲能需要大容量或大功率工作的大型電池，要脫離小型電池的設(shè)計思路，還需要一些根本性的、顛覆性的創(chuàng)新突破，用以適應不同儲能場景的應用需求。

 

技術(shù)二

 

1500V

 

1500V絕對是當下儲能行業(yè)最熱門的話題之一。

 

去年初，陽光電源宣布將其在海外征戰(zhàn)多年的1500V儲能技術(shù)向國內(nèi)移植；在去年下半年的各大展會上，逆變器背景的儲能企業(yè)科華、特變基本都推出了1500V儲能系統(tǒng)解決方案。

 

高電壓因其在光伏行業(yè)“降本增效”顯著，因此也成為不少儲能企業(yè)紛紛布局的技術(shù)方向。高電壓系統(tǒng)有三方面的優(yōu)勢：一是與1500V光伏系統(tǒng)相呼應；二是系統(tǒng)能量密度和能源轉(zhuǎn)換效率會大幅提高；三是系統(tǒng)集成成本、集裝箱、線損、占地和施工成本會大幅減少。

 

有業(yè)內(nèi)人士認為，高電壓是必然趨勢，在系統(tǒng)方面，已經(jīng)有光伏行業(yè)的經(jīng)驗積累做鋪墊，目前主要瓶頸是電池系統(tǒng)及部件等需要完善。

 

技術(shù)三

 

PCS大功率

 

全球范圍內(nèi)，百MW級甚至GW級大容量儲能電站的出現(xiàn)，應用于電網(wǎng)側(cè)的PCS的平均額定功率將會越來越大。

 

目前各廠商儲能變流器主流功率包括200kW、250kW、500kW、630kW。

 

2020年上半年有廠商推出1.25MW，1.5MW儲能變流器；2020年年底，科陸首次將單機功率容量提升至3MW，該系統(tǒng)也是國內(nèi)首個獲得CGC證書的3MW級的儲能變流器。

 

支持者認為，對于大功率的PCS來講，在大規(guī)模儲能上有非常好的成本優(yōu)勢和方案優(yōu)勢。從目前的走向來看，高功率密度、大發(fā)電單元、低集成成本是主流方案，也是主要手段。

 

技術(shù)四

 

高壓級聯(lián)

 

2018年，智光在行業(yè)率先推出高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)解決方案，無需采用升壓變壓器即可實現(xiàn)6-35kV等級電網(wǎng)與電池能量的直接交換。

 

與傳統(tǒng)儲能方案相比，級聯(lián)型儲能方案的直流通道數(shù)大幅增加，總電量相同情況下，級聯(lián)型系統(tǒng)每個通道內(nèi)的電量大幅降低，電池數(shù)量大幅減少，可消除電池并聯(lián)，對電池一致性的糾偏能力更強，電池系統(tǒng)安全性更高。

 

不管對客戶還是同行來說，高壓級聯(lián)都是一個新的技術(shù)。有業(yè)內(nèi)人士認為，高壓級聯(lián)對生產(chǎn)企業(yè)在耐壓和絕緣技術(shù)水平的研發(fā)設(shè)計考驗很大,另外由于是單相電，紋波系數(shù)較大，對電池壽命也有潛在影響。

 

智光認為，級聯(lián)型高壓儲能技術(shù)在系統(tǒng)效率、響應速度、電池壽命、工程建設(shè)等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。

 

2021年越來越多的企業(yè)開始布局高壓級聯(lián)方案，其中新風光電子和威凡高科相繼推出了相關(guān)產(chǎn)品，高壓級聯(lián)會成為未來的發(fā)展趨勢嗎？

 

技術(shù)五

 

調(diào)頻1C

 

繼珠海橫琴項目之后，華電韶關(guān)、華電坪石、上海外三電廠的火儲項目開始采用鐵鋰1C系統(tǒng)。

 

其實從電池角度來看，大容量的磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)不適合2C倍率充放，但迫于當前多變的政策環(huán)境，大家都盡可能在最短的時間內(nèi)收回投資成本，無人關(guān)心全生命周期內(nèi)（10年）度電次成本。

 

出于安全、成本等各方面因素的考慮，比亞迪已經(jīng)停止了2C鐵鋰電池在儲能領(lǐng)域的供貨。

 

與2C方案相比，除了BMS、PACK、線束、溫控、集裝箱、消防、施工等成本有所增加外，最大的成本來自于電池。

 

在多位業(yè)內(nèi)人士看來，短期內(nèi)調(diào)頻領(lǐng)域技術(shù)路線仍將以鋰電為主。從安全可靠性和電池回收環(huán)保等多方面考量，鐵鋰1C是更為穩(wěn)妥的選擇。

 

技術(shù)六

 

BMS芯片化

 

BMS在儲能系統(tǒng)中扮演感知的角色，大量數(shù)據(jù)的接入，要求儲能BMS控制單元具有復雜的協(xié)議處理能力和快速響應能力。

 

以高特電子和協(xié)能科技為首的BMS企業(yè)力在推自主研發(fā)的芯片，高特電子前端采集電路芯片2018年進入批量應用，主動均衡芯片在2020年下半年量產(chǎn)。

 

高特電子總經(jīng)理徐劍虹表示，高特的目標是到2025年把芯片放到電芯內(nèi)，屆時BMS將不復存在。

 

不過也有業(yè)內(nèi)人士認為，儲能BMS產(chǎn)業(yè)芯片化最終一定是行業(yè)發(fā)展到某個極其成熟的階段，在BMS系統(tǒng)的個別功能模塊上才會走的道路，不是BMS廠家的主攻方向，BMS廠家這樣的跨界只會越走越窄，產(chǎn)品越做越不成熟，容易誤導BMS行業(yè)，甚至影響儲能行業(yè)。

 

技術(shù)七

 

刀片/CTP集成技術(shù)

 

在提升電池系統(tǒng)能量密度方面，當前電池企業(yè)的主流方式是在PACK結(jié)構(gòu)方面進行優(yōu)化。比亞迪、寧德時代、國軒高科三家企業(yè)最新推出的刀片電池、CTP電池包和JTM集成技術(shù)，可以減少模組級的結(jié)構(gòu)件，簡化電池包上的裝配支撐結(jié)構(gòu)，使得電池包結(jié)構(gòu)大幅簡化，從而形成了電芯-電池包的兩級集成方案，體積利用率最高或?qū)⑻岣?0%，系統(tǒng)能量密度提升顯著。

 

目前比亞迪在今年已經(jīng)對其旗下所有乘用車車型換裝刀片電池，隨著比亞迪刀片電池產(chǎn)能逐步爬坡和其它車型上市銷售，其刀片電池的裝機電量有望進一步增長。

 

寧德時代自去年發(fā)布CTP技術(shù)以來，其生產(chǎn)的LFP/三元電池體系的CTP電池包已經(jīng)配套多家本土主機廠的多款車型，并配套了多家歐洲商用車企業(yè)，表明CTP方案已經(jīng)獲得了眾多主機廠的認可，或?qū)⒊蔀槲磥韯恿﹄姵丶夹g(shù)的主流之一。

 

不止于此，這些新技術(shù)也將逐漸應用于儲能產(chǎn)品。也就是說，未來的儲能產(chǎn)品在基于安全的前提下，還將繼續(xù)帶來能量密度的大幅提升。

 

技術(shù)八

 

液冷技術(shù)

 

按照熱量傳遞的介質(zhì)不同，儲能電池冷卻系統(tǒng)可分為：空冷、直冷和液冷。目前國內(nèi)的電儲能系統(tǒng)溫控主要以空冷技術(shù)為主。

 

所謂液冷技術(shù)，就是利用冷卻液比熱容大且通過循環(huán)可以帶走電池系統(tǒng)多余熱量的性能，實現(xiàn)電池包的最佳工作溫度條件。

 

液冷技術(shù)分為全表面液冷技術(shù)、底板液冷技術(shù)和沉浸式液冷技術(shù)。“儲能100人”了解到，目前國內(nèi)大型儲能企業(yè)都在積極導入液冷技術(shù)。

 

液冷技術(shù)的高效制冷效果，可以通過大幅減小電池溫差從而提升電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率及使用壽命，同時可提升單位空間部署密度，高度節(jié)省空間。此外，液冷噪聲超低，環(huán)境友好，能更好地確保電池在最佳溫度范圍內(nèi)運行，提高儲能系統(tǒng)的安全性。

 

技術(shù)九

 

鈉離子電池

 

在未來與鋰離子電池的PK中，鈉離子電池被寄予厚望。

 

2020年，美國能源部明確將鈉離子電池作為儲能電池的發(fā)展體系；歐盟儲能計劃“電池2030”項目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。

 

其實，鈉離子電池與鋰離子電池是同屬于一個時期發(fā)展起來的。但鈉離子電池卻一直發(fā)展遲滯，其重要原因就是沒有找到合適的負極材料，讓鈉離子變身為低成本、可實際應用的電池。

 

目前，全球已有超過二十家企業(yè)正在進行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)布局，國內(nèi)中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、星空鈉電研發(fā)的鈉離子電池已經(jīng)開啟商業(yè)化試驗。

 

中科海鈉生產(chǎn)的全球首款具備自主知識產(chǎn)權(quán)的鈉離子電池實現(xiàn)量產(chǎn)，目前電芯產(chǎn)能可達30萬只/月，能量密度已接近150Wh/kg、循環(huán)壽命達4500次以上，高低溫性能優(yōu)異、安全性高、具備快充能力。

 

雖然鈉離子電池在理論上相比于鋰離子電池具有一定的價格優(yōu)勢，但是由于鈉離子電池采用的材料成本的限制，使得現(xiàn)階段鈉離子電池在成本上遠遠高于鋰離子電池。

 

技術(shù)十

 

混合儲能

 

由于單一技術(shù)路線受限較多，混合儲能系統(tǒng)（HESS）指的是幾種不同類型的儲能系統(tǒng)的混合應用，其共同點是將兩種或多種類型的儲能組合在一起形成一個單一的儲能系統(tǒng)。

 

目前主要有以下組合：熱儲能+電池，不同技術(shù)類型的電池+電池，超級電容器+電池，飛輪+電池。

 

經(jīng)過兩年多的堅持與探索，“飛輪+鋰電混合儲能”模式在新能源場站調(diào)頻領(lǐng)域的應用取得實質(zhì)性進展，在國內(nèi)已有示范項目落地。

 

但混合儲能系統(tǒng)仍然面臨著不利因素，例如混合系統(tǒng)本身會有更復雜的電源管理要求，目前的混合儲能系統(tǒng)的平均成本還沒有一些具體數(shù)據(jù)。混合儲能系統(tǒng)是機會還是風險？人們對其未來的發(fā)展也有著不同的預測。