上到電池技術(shù)，下到工程應(yīng)用，當(dāng)前的電化學(xué)儲(chǔ)能尤其是鋰電儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)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(tái)，儲(chǔ)能系統(tǒng)向大容量方向在持續(xù)演進(jìn)。

 

身處其中的行業(yè)人士或許能夠深刻體會(huì)到，企業(yè)和專家們時(shí)常也會(huì)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(zhēng)論才有發(fā)展，有質(zhì)疑才會(huì)進(jìn)步。

 

新的一年，新的畫卷正在徐徐展開。“儲(chǔ)能100人”梳理了行業(yè)10大熱點(diǎn)技術(shù)動(dòng)態(tài)，供各位讀者參考。如有不當(dāng)，請(qǐng)批評(píng)指正。

 

 

動(dòng)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(gè)電池的容量做大。

 

2020年，寧德時(shí)代號(hào)稱8000次循環(huán)壽命的280Ah儲(chǔ)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(chǔ)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(dāng)前電池行業(yè)的一個(gè)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(duì)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(dǎo)熱性能應(yīng)該成為電池企業(yè)的研究重點(diǎn)。畢竟，電芯溫度直接影響電池壽命。

 

中國(guó)科學(xué)院電工研究所研究員陳永翀?jiān)闹赋觯瑑?chǔ)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(jì)思路，還需要一些根本性的、顛覆性的創(chuàng)新突破，用以適應(yīng)不同儲(chǔ)能場(chǎng)景的應(yīng)用需求。

 

 

1500V絕對(duì)是當(dāng)下儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)向國(guó)內(nèi)移植；在去年下半年的各大展會(huì)上，逆變器背景的儲(chǔ)能企業(yè)科華、特變基本都推出了1500V儲(chǔ)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(chǔ)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(shì)：一是與1500V光伏系統(tǒng)相呼應(yīng)；二是系統(tǒng)能量密度和能源轉(zhuǎn)換效率會(huì)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(huì)大幅減少。

 

有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，高電壓是必然趨勢(shì)，在系統(tǒng)方面，已經(jīng)有光伏行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)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。

 

 

全球范圍內(nèi)，百M(fèi)W級(jí)甚至GW級(jí)大容量?jī)?chǔ)能電站的出現(xiàn)，應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)的PCS的平均額定功率將會(huì)越來越大。

 

目前各廠商儲(chǔ)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(chǔ)能變流器；2020年年底，科陸首次將單機(jī)功率容量提升至3MW，該系統(tǒng)也是國(guó)內(nèi)首個(gè)獲得CGC證書的3MW級(jí)的儲(chǔ)能變流器。

 

支持者認(rèn)為，對(duì)于大功率的PCS來講，在大規(guī)模儲(chǔ)能上有非常好的成本優(yōu)勢(shì)和方案優(yōu)勢(shì)。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。

 

 

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

 

與傳統(tǒng)儲(chǔ)能方案相比，級(jí)聯(lián)型儲(chǔ)能方案的直流通道數(shù)大幅增加，總電量相同情況下，級(jí)聯(lián)型系統(tǒng)每個(gè)通道內(nèi)的電量大幅降低，電池?cái)?shù)量大幅減少，可消除電池并聯(lián)，對(duì)電池一致性的糾偏能力更強(qiáng)，電池系統(tǒng)安全性更高。

 

不管對(duì)客戶還是同行來說，高壓級(jí)聯(lián)都是一個(gè)新的技術(shù)。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，高壓級(jí)聯(lián)對(duì)生產(chǎn)企業(yè)在耐壓和絕緣技術(shù)水平的研發(fā)設(shè)計(jì)考驗(yàn)很大,另外由于是單相電，紋波系數(shù)較大，對(duì)電池壽命也有潛在影響。

 

智光認(rèn)為，級(jí)聯(lián)型高壓儲(chǔ)能技術(shù)在系統(tǒng)效率、響應(yīng)速度、電池壽命、工程建設(shè)等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

 

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

 

 

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

 

其實(shí)從電池角度來看，大容量的磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不適合2C倍率充放，但迫于當(dāng)前多變的政策環(huán)境，大家都盡可能在最短的時(shí)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(chǔ)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。

 

 

BMS在儲(chǔ)能系統(tǒng)中扮演感知的角色，大量數(shù)據(jù)的接入，要求儲(chǔ)能BMS控制單元具有復(fù)雜的協(xié)議處理能力和快速響應(yīng)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(jìn)入批量應(yīng)用，主動(dòng)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(biāo)是到2025年把芯片放到電芯內(nèi)，屆時(shí)BMS將不復(fù)存在。

 

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

 

 

在提升電池系統(tǒng)能量密度方面，當(dāng)前電池企業(yè)的主流方式是在PACK結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化。比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)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(jí)的結(jié)構(gòu)件，簡(jiǎn)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(jiǎn)化，從而形成了電芯-電池包的兩級(jí)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(duì)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(jī)電量有望進(jìn)一步增長(zhǎng)。

 

寧德時(shí)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(jī)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(jī)廠的認(rèn)可，或?qū)⒊蔀槲磥韯?dòng)力電池技術(shù)的主流之一。

 

不止于此，這些新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用于儲(chǔ)能產(chǎn)品。也就是說，未來的儲(chǔ)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。

 

 

按照熱量傳遞的介質(zhì)不同，儲(chǔ)能電池冷卻系統(tǒng)可分為：空冷、直冷和液冷。目前國(guó)內(nèi)的電儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)能100人”了解到，目前國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)能企業(yè)都在積極導(dǎo)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(shí)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(yùn)行，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性。

 

 

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(guó)能源部明確將鈉離子電池作為儲(chǔ)能電池的發(fā)展體系；歐盟儲(chǔ)能計(jì)劃“電池2030”項(xiàng)目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。

 

其實(shí)，鈉離子電池與鋰離子電池是同屬于一個(gè)時(shí)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(fù)極材料，讓鈉離子變身為低成本、可實(shí)際應(yīng)用的電池。

 

目前，全球已有超過二十家企業(yè)正在進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)布局，國(guó)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(yàn)。

 

中科海鈉生產(chǎn)的全球首款具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鈉離子電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前電芯產(chǎn)能可達(dá)30萬只/月，能量密度已接近150Wh/kg、循環(huán)壽命達(dá)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(jià)格優(yōu)勢(shì)，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(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰離子電池。

 

 

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

 

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

 

經(jīng)過兩年多的堅(jiān)持與探索，“飛輪+鋰電混合儲(chǔ)能”模式在新能源場(chǎng)站調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，在國(guó)內(nèi)已有示范項(xiàng)目落地。

 

但混合儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然面臨著不利因素，例如混合系統(tǒng)本身會(huì)有更復(fù)雜的電源管理要求，目前的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的平均成本還沒有一些具體數(shù)據(jù)。混合儲(chǔ)能系統(tǒng)是機(jī)會(huì)還是風(fēng)險(xiǎn)？人們對(duì)其未來的發(fā)展也有著不同的預(yù)測(cè)。