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儲能變流器的2000V之路還要走多久?

作者:數(shù)字儲能網(wǎng)新聞中心 來源:中國儲能網(wǎng) 發(fā)布時間:2024-09-11 瀏覽:

中國儲能網(wǎng)訊:如果說,產(chǎn)業(yè)爆發(fā)、企業(yè)騰飛,需要“天時地利人和”,三者缺一不可。那么一項技術(shù)、一款產(chǎn)品的快速發(fā)展和普及,似乎也需要一定的“時運”助力。

  對于已經(jīng)完成從1000V到1500V迭代的儲能PCS而言,欲向更高一級的2000V進發(fā),同樣離不開“天時”--市場需求、“地利”--相關(guān)技術(shù)協(xié)同、“人和”--企業(yè)發(fā)展驅(qū)動力。只是如此看來,PCS這條高壓演進之路,似乎還要再走些時日。

系統(tǒng)升壓是決定因素

  對于技術(shù)導(dǎo)向緊緊依附光伏行業(yè)的儲能而言,高壓化也如同組串式、液冷、構(gòu)網(wǎng)型等技術(shù)路線一般,承光伏一脈而來。

  去年7月,陽光電源直流 2000V 高壓逆變器在陜西榆林“孟家灣光伏項目”成功并網(wǎng),并穩(wěn)定運行至今。作為全球范圍內(nèi) 2000V 系統(tǒng)的首次落地實證,該項目仿如一記重錘,敲開了光伏乃至儲能行業(yè)邁向2000V的大門。

  今年3月,陽光電源又發(fā)布了其光儲 2000V 高壓系統(tǒng)技術(shù)。

  有行業(yè)人士表示,儲能需要大型集裝箱,一個儲能電站裝機容量達數(shù)百MWh,甚至是GWh級別,對高功率需求不斷提升。而電壓越高,能耗就越低。“在這種情況下,需要并10kV、35kV的電網(wǎng),電通過電池存儲,經(jīng)過逆變器后,再經(jīng)變壓器實現(xiàn)并網(wǎng)。且一般都會并到高壓系統(tǒng),然后通過電力傳輸?shù)接脩舳??!?

  成本上,高壓系統(tǒng)顯然也占據(jù)優(yōu)勢。儲能系統(tǒng)從1500V升級至2000V,則可減小系統(tǒng)損耗、提高功率,同時減少串聯(lián)組建數(shù)量,降低儲能系統(tǒng)整體的制造成本。此外,電壓升級帶來的功率提升,也意味著客戶使用的產(chǎn)品數(shù)量減少,土地建設(shè)、施工成本也可相應(yīng)減少,具有明顯的降本增效優(yōu)勢。

  據(jù)陽光電源測算,相比1500V系統(tǒng),2000V光伏系統(tǒng)全生命周期投資節(jié)省165億元/100GW;儲能系統(tǒng)全生命周期投資節(jié)省120億元/100GWh。

  從最初的600V發(fā)展到1000V,繼而至當(dāng)下的主流1500V,儲能系統(tǒng)電壓等級一路高歌。而今,已有行業(yè)聲音認(rèn)為,儲能系統(tǒng)已在向2000V甚至以上電壓等級邁進。

  儲能系統(tǒng)的高壓化發(fā)展趨勢,自然傳導(dǎo)至電芯、PCS 、BMS等核心部件,并對其性能提出了更高要求。其中有著“系統(tǒng)心臟”之稱的PCS,作為交直流電能雙向變換的中樞環(huán)節(jié),其迭代升級更以適配直流側(cè)電池系統(tǒng)和交流側(cè)電力系統(tǒng)(電網(wǎng))為原則。

  “在電壓等級上,PCS一定是緊跟系統(tǒng)發(fā)展要求的,儲能系統(tǒng)電壓要向2000V發(fā)展,PCS自然緊隨其后?!蹦砅CS企業(yè)負(fù)責(zé)人對中國儲能網(wǎng)記者表示。

2000V系統(tǒng)市場待發(fā) PCS進階缺乏溫床

  盡管2000V儲能系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)示范應(yīng)用,且被推崇為新一代技術(shù)趨勢,但就當(dāng)下而言,其在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)以及供應(yīng)鏈等多個方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。

  據(jù)陽光電源光伏系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究專家杜榮華公開介紹,當(dāng)前光伏系統(tǒng)、組件、逆變器、直流線纜等核心設(shè)備及零部件的IEC標(biāo)準(zhǔn)僅覆蓋1500Vdc,>1500Vdc相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍是空白。同樣,儲能領(lǐng)域也是如此。

  在集成層面,2000V儲能系統(tǒng)將面臨更大的安全、技術(shù)挑戰(zhàn),如此一來,集成商的技術(shù)壁壘將進一步提高。

  而在供應(yīng)鏈端,儲能系統(tǒng)電壓等級從1500V到2000V的轉(zhuǎn)變,也意味著從變流器到連接器每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都需要重新“量體裁衣”,以適應(yīng)更高電壓環(huán)境下電氣設(shè)備、電氣隔離、電弧故障等方面的挑戰(zhàn),保障系統(tǒng)的安全性、可靠性和性能。

  同時,從實際應(yīng)用出發(fā),相較于目前已導(dǎo)入市場的1500V/5MWh儲能系統(tǒng)而言,2000V儲能系統(tǒng)還只處于示范階段,真正落地應(yīng)用的項目少之又少。

  沒有驅(qū)動,何來發(fā)展;沒有需求,何來創(chuàng)新。對于適配同電壓等級儲能系統(tǒng)的2000V PCS而言,在2000V儲能系統(tǒng)市場還未活躍起來的情況下,的確很難發(fā)展成熟,更不用提成為主流,多數(shù)只停留在探討階段。

  石家莊通合科技儲能產(chǎn)品線總經(jīng)理聶賀在接受中國儲能網(wǎng)記者采訪時即表示,“目前,國內(nèi)的2000V系統(tǒng)的各部分子系統(tǒng)正處于快速構(gòu)建期,但在各子系統(tǒng)尚未完備的前提下,1500V PCS目前仍是市場主力產(chǎn)品?!?

  “對我們公司而言,我們會緊盯市場前沿動態(tài),但當(dāng)下還是以現(xiàn)階段的市場核心產(chǎn)品為導(dǎo)向。”他補充道。

  持同樣觀點的還有英博電氣儲能事業(yè)部總經(jīng)理李東坪,他將2000V PCS定義為“預(yù)研項目”。“我們要根據(jù)市場變化,再決定何時、如何投入研發(fā)資源在這一方向上?!?

  與1500V PCS相比,2000V PCS的能量密度和功率密度,以及系統(tǒng)效率都將得到進一步提高。但由于缺乏實際應(yīng)用,具體能提高多少,還有待驗證。

  目前來看,京清數(shù)電是為數(shù)不多基于2000V儲能技術(shù)平臺真正推出相關(guān)儲能變流器的企業(yè),具介紹,其2000V高壓儲能PCS產(chǎn)品相比主流1500V產(chǎn)品,預(yù)估功率密度可提升超32%、系統(tǒng)效率提升超0.5%、成本降低超8%。

供應(yīng)鏈技術(shù)能力需要提升

  一定程度上,儲能電壓從1500V提升到2000V,要對應(yīng)關(guān)鍵部件的絕緣耐壓水平提高,因此2000V儲能電壓等級將會是電站系統(tǒng)中各關(guān)鍵構(gòu)件的一個新的挑戰(zhàn),對器件的耐壓等級、絕緣強度也提出了更高的要求。

  李東坪也提出,從PCS本身來看,2000V的實現(xiàn)在技術(shù)層面并不存在太大難點,最大的困惑在于2000V直流側(cè)的電氣相關(guān)元器件的配套尚不成熟。比如將器件的額定電壓提高至2000V,導(dǎo)通和開關(guān)的功率損耗必然會增加。對于直流側(cè)的斷路器等開關(guān)廠商而言,這一技術(shù)升級還存在一些難度。

  另外李東坪表示,目前2000V PCS配套的電氣器件供應(yīng)鏈可選的比較少,不利于降本。

  從上游原材料角度來看,當(dāng)前行業(yè)正在經(jīng)歷從硅級IGBT向碳化硅IGBT過渡的階段,碳化硅耐高壓、高頻,可使IGBT模塊體積更小等,對于高壓PCS是很重要的優(yōu)勢。通過強化對碳化硅等新材料的研究,可以提高器件的開關(guān)速度、抗擊穿能力和導(dǎo)通特性,但其問題就在于成本較高。

  不過行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進步,特別是國產(chǎn)大規(guī)格IGBT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,2000V儲能變流器也將擁有更大的降本空間。

  此外,在結(jié)構(gòu)層級、封裝層級也需要進行相應(yīng)的技術(shù)改進。比如增加JBS(約束區(qū)耗盡型結(jié))工藝,減少摻雜,增加結(jié)構(gòu)電場均勻性等措施以提高器件的可靠性和安全性;比如采用全塑封和全鼓形封裝的技術(shù),以提高器件的抗?jié)衩粜院涂拐饎幽芰Φ取?

  可見,對于2000V儲能變流器而言,在加速材料、工藝、技術(shù)升級,使2000V安規(guī)器件具備更高可靠性和性價比上,仍然有進步的空間。

2000V儲能需要系統(tǒng)集成企業(yè)主導(dǎo)

  無論哪個行業(yè),新產(chǎn)品、新趨勢、新應(yīng)用的“起勢”,幾乎都需要“領(lǐng)頭羊”企業(yè)的帶動。在近期中國儲能網(wǎng)的調(diào)研走訪中,獲得了這樣的觀點,“2000V PCS未來真正成為主流應(yīng)用,應(yīng)該是由具有PCS自研能力的系統(tǒng)集成商來引領(lǐng)?!?

  對此,聶賀就提出,一種可能是系統(tǒng)集成商將自研的2000V PCS首先應(yīng)用于自己的系統(tǒng)中,另一種則可能是將2000V PCS聚焦用于某一個細分領(lǐng)域,使2000V儲能系統(tǒng)能夠體現(xiàn)出成本、功能等方面存在的突出優(yōu)勢。

  “而能夠完成這一先行者使命的,應(yīng)該是在行業(yè)中頗具影響力和綜合實力的企業(yè),比如陽光電源、華為等?!?

  “單純的PCS企業(yè),僅從一個部件入手進而開發(fā)2000V產(chǎn)品,邏輯上有些行不通。”同時,聶賀直言,因為PCS要適配系統(tǒng),在系統(tǒng)市場還沒做好大規(guī)模使用2000V準(zhǔn)備的情況下,就花很大的精力、財力去研發(fā)制造2000V PCS,這種可能性不大。

結(jié)語

  儲能作為全球經(jīng)濟下行周期中,一個頗具增長潛力的領(lǐng)域,在全球能源轉(zhuǎn)型和可再生能源發(fā)電占比提升的背景下,呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。而技術(shù)的快速革新和多元化共競,也正是行業(yè)上升的一個重要表現(xiàn)。

  2000V儲能系統(tǒng)作為一項被看好的未來趨勢,儲能變流器的2000V高壓進程似乎已經(jīng)開啟,但從實際需求、應(yīng)用,供應(yīng)鏈等相關(guān)技術(shù)協(xié)同,以及企業(yè)的驅(qū)動力來看,好像又差了一點火候。

  只能說,不急,究竟如何發(fā)展,且讓子彈再飛一會。


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