在灿烂星光的指引下,摸索前进方向的人,终将找到要走的路。
如同储能市场,正处于发展高峰期,这跟国内大力推动光电/风电等能源结构转型的背景息息相关。
一方面随着发电侧和电网侧的调峰调频市场政策不断完善,电化学储能的商业化运营模式不断清晰。
另一方面储能系统成本下降,峰谷电价差拉大,经济性日益凸显。再叠加政策从鼓励性过渡落地“规范性”。整体上,储能系统正迎来黄金时代。
储能从组成来看,主要由电芯、电芯管理系统、变流器、温控和其他设备组成。其中最核心的关键因素之一,就是电芯以及对应管理系统。
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储能大电芯趋势
储能电芯的发展,已经走向深水区—即围绕更低的度电成本、更长的循环寿命、更高的安全性能。因此追求“更大”的电芯容量已成为技术竞技“标配”。
需求端来看,要求采用更大的电芯容量。例如中国华电集团发布磷酸铁锂电化学储能系统集采招标公告,其采购 2 小时储能系统总规模达 5GWh,并明确要求电池单体容量≥280Ah。
供给端,不少储能企业纷纷推出 280Ah 以上的大电芯及系统集成,其背后主要是三个原因。
第一,相同容量下,电芯数量减少、PACK 零部件减少,成本得到进一步优化。
第二,大电芯在后端集成领域,装配工艺简化度高。
第三,串并联电芯的数量减少,BMS 的数据采集和监控精度实现提升。
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储能大电芯“风险”
单体电芯作为储能的存储单元,一旦出现恶劣情况,能量越大就越危险。一定程度上,同样的材料和制作工艺下,要实现单体电芯能量增大而安全性提升是不现实的。
另外由于电流叠加,其电芯的极耳附近是汇集点,这会使单体大容量电芯极板的各处电流密度不均匀,形成局部温度过高,易引发热失控。
同时单体电芯在工作中,中心位置温度很高。这样单体电芯容量越大,由内到外的温度梯度就越大。加上单体电芯的体积变化,易加速极板变形。
一旦出现热失控等安全问题,若无法及时解决,那危害会特别大。
例如 2021 年 4 月,北京大红门储能电站起火,直接导致 2 名消防员牺牲,1 名消防员重伤。
该事故直接影响了技术路线和商业模式的选择,也对电化学储能行业造成了一定的冲击。因此,电芯容量不可能无限上涨。
就技术发展来看,虽然电芯容量的安全问题和行业设备的整体发展密切关联,但未来定位在哪一个容量停止,仍在探索。
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储能大电芯“事故”
解决大电芯的安全性问题,主要是两种途径。
一种途径就是把单体大电芯做的更安全,采用更安全的正负极材料,制造电池的过程中加强管控杂质含量、湿度等参数,避免不良品的电芯生产。
另一种途径是全局管控。
例如国瑞协创,作为储能系统集成方案的技术企业,提出要从单体大电池安全出现问题的早期,中期,晚期给予监控。
通过多级防护,打造“防”“护”“消”三位一体的安全系统性,解决储能大电池的安全事故。
早期,由于单体大电芯的电压和电流变化不明显,只能通过电芯的“电压+电流”联合特征提取。
基于局部异常因子的数据分布,利用电化学等相关技术的算法来精准预测单体大电芯将要发生的异常(内短路),进而提前筛选。
数据来源:国瑞协创
中期,电芯的内部结构加速崩溃,电压快速下降,温度缓慢上升。
这主要是温度采样,进行热失控提前的预警,主要通过多级熔断和管理系统联动,保证储能系统的安全性和正常工作。
数据来源:国瑞协创
晚期,数据监测加强,一旦发生热失控,电压为零,温度急剧上升,立马启动消防系统,针对性的 Pack 级消防喷射,利用反复多次其他消防,防止电芯起火和故障扩大。
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储能大电芯“前景”
储能快速发展,对大电芯的要求也越来越高。这与宁德时代在 2023 年世界动力电池大会上讲的趋势一样,储能产业也已经迈入好与不好的新阶段。
生产者和生产者竞争,消费者和消费者竞争。
如今储能市场进入消费者决定一切的阶段,那么解决储能大电芯的安全问题,就日益重要起来。
一言以蔽之,随着全球储能发展迈向 TWh 时代,市场将提出更高要求。
海阔凭鱼跃,天高任鸟飞。在寻找储能大电芯的辉煌前景中,愿上下游产业链协同创新,合作共赢,一起创造和分享更大的市场。