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亿纬动力蒙玉宝:多重场景储能系统差异化设计

作者:中国国际储能大会 来源:中国储能网 时间:2020-10-10 浏览:

中国储能网讯:9月24—26日,由中国化学与物理电源行业协会联合200余家机构共同支持的第十届中国国际储能大会在深圳鹏瑞莱佛士酒店召开。此次大会主题是“共建储能生态链,开启应用新时代”。 来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1621人参加了本届大会。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。  

在24日下午的“储能电站规划与设计”专场,湖北亿纬动力有限公司储能系统产品中心总监蒙玉宝分享了主题报告《多重场景储能系统差异化设计》。会务组对发言人的演讲速记做了梳理,方便大家会后交流、学习,以下是速记全文:

蒙玉宝:各位领导、专家大家下午好!我叫蒙玉宝,来自湖北亿纬动力有限公司,主要负责储能产品的开发和设计。

我今天分享的主题是:在不同应用场景下我们储能在系统设计上应该有哪些差异。主要分为三部分:场景需求、差异技术简析、项目案例。

应用场景,有很多专家分享了,从发电侧到用户侧都有不同的应用场景,不同应用场景对产品功能和性能上又有不同的要求,比如功率性能、能量性能都各有差异。

产品要求,主要是从循环型、功率型、能量型做相应区分。新能源并网场景对循环要求比较高的,像光伏、风力发电,很多质保要求是10年以上甚至20年,对应的循环为6000次~10000次。调频场景除了循环性能要求高外,对倍率性能要求也比较高,目前大多数的调频倍率到2C,每天累计2-3个循环,甚至更高。调峰场景,可能在倍率会到1C。其他的如削峰填谷目前主要应用在江苏和广东等峰谷电价差较大的地区,一般是每天2次循环,能量功率比根据峰谷时间段,可能2个小时、3个小时。IDC数据中心更多做备电和能量型相关要求。

对于不同的应用场景和要求,我们对应开发了一系列产品。在用户侧打造了280Ah电芯满足0.33C的性能要求。这个采用的是自然散热加集装箱空调散热为主。第二块是在发电侧或者电网侧打造了1C的系统,采用长循环储能专用电芯加风冷散热来满足。第三个是做了一款新型消防方案的产品,采用的是液体消防。第四个是目前针对调频用工况打造了一款2C的电池方案。因为它倍率比较高,采用的是小容量电芯,50Ah,通过我们的设计,从温升、温差性能均达到行业领先水平来满足调频工况的要求。最后一个是打造高比能量的产品,通过液冷方案提高系统的能量体积密度,目前可以做到220千万时每平方米。

针对不同的应用场景,在产品上都有不同的侧重。电芯是做储能最核心也是最基本的要素,电芯能力不行,其他的系统集成都是有问题的。电芯材料有正极、负极、电解液、隔膜、导电剂、粘结剂等,在不同场景电芯的原材料体系、结构设计、容量设计、外形尺寸都会有所侧重。在调频侧用的是小容量的50Ah电芯。单电芯可以做到4C,组成系统目前做到2C,它的能量效率、设计、正负极材料要求也不一样;针对新能源并网和发电侧一系列系统,目前有90Ah的电芯,更侧重于循环能力,目前设计是1C的应用工况。用户侧倍率要求低,对应的发热少,可以选用大容量的280Ah电芯。

电芯的高性能除了从技术上如材料体系、研发能力要有很强的设计能力外,整个生产体系也是很关键的因素。我们公司所有的设备目前生产全部是采用自动化生产流程,还配套相关检测设备,从原材料到电芯到成组,从基本的电性能到循环性能都有相应的检测能力,生产过程中有超过2800多个检测点来保证整个质量的一致性控制。

光说我们行还不够,我们还通过了一系列国内、国外的测试认证。像目前的电力储能用锂离子电池新国标GB/T3676,我们是第一批拿了报告的厂家,还有如电芯的安全防爆认证,还有UL、IEC、UN等一系列相关认证。

说储能离不开安全,安全是从用户到集成商再到业主都比较关注的。磷酸铁锂目前是在储能领域相对最安全的电化学体系。目前所有的铁锂电池,无论是用在储能上还是商用车上都会做一系列的安全认证和测试,包括短路、挤压针刺等等。右下角的图是我们拿一个模组在满电情况下做针刺实验,在失效过程中冒烟但过程中没有出现起火。

除了电芯以外,我们成组还有很多注意的地方,电池在全寿命周期内循环会膨胀,同时成组设计要考虑产品的散热。很多对电化学不了解的同行来说,以为是把电池放在一起通过铝排焊接成组就行了。在整个生命过程中,电芯发生化学反应会膨胀,如果结构设计不满足要求,过程中会导致失效或者侧板胀裂,导致在使用过程中产生安全的事故和风险。我们通过一系列测试,保证出场或者设计产品时满足全生命周期过程中使用的要求,还包括电气设计、连接、散热等。这是关于系统安全的设计举例,更多从电气角度针对一些具体的要求。比如高压箱,可能设计多个回路来保证整个系统的可靠性。

目前大规模的储能系统,PCS的类型主要分为集中式和组串式的,跟光伏行系统比较类似,从电池本身看,更倾向于做模块化管理,提升整个产品对电池一致性、充放电能量和电池效率,电池配上也更灵活。

第三块,介绍一下我们目前储能系统设计上比较重要的设计手段-仿真技术,通过不同的工况,像用户侧的发热和每天循环的要求可能跟我们调频不一样。这块会根据不同应用场景模拟仿真,我们从产品的要求、温度控制的要求到封装设计的要求到产品在材料选型、风道设计等等,满足产生在全生命使用过程中的温度控制和控制策略的要求。

这是一个实际案例,右上角是我们设计的1C电池报俯视图(见PPT),通过间隙风道设计,除了仿真,目前实测也是做得最好的,温差能控制在2度以内,温升控制在的10度以内。该设计的好处是电芯之间可以隔绝,隔绝/降低热蔓延速率,降低安全的风险,里面的温控也不是单点控制,可以通过多点或者智能控制来降低能源的损耗。

到电池集装箱级别,目前整个集装箱温差能控制在6度左右,因为温度对电池寿命的影响是最大的,我们通过温升温差在pack设计、系统集成上的最优化设计,把衰减控制到最低程度。

这是我们目前正在开发的一套高比能量的系统,采用了液冷方案,主要应用场景是针对像新能源并网或者用户侧的,目前可以做到220千瓦时每平方米,跟传统动力汽车上的液冷类似。

这块是BMS,作为储能系统里比较核心的关键部件。BMS的主要功能大家应该都比较熟悉。主要困难点目前是BMS的SOC计算和均衡。从电池厂家本身的角度理解,除了BMS要通过一些智能算法来计算和控制外,更多还要结合电芯在不同的工况下,比如它的温度、倍率来的数据,融入到整个算法,才能把计算和控制做到更精准。

均衡,主动均衡和被动均衡,几年来性能不断在提高,目前缺乏针对不同厂家的电池或者电池在不同功方的特性来满足场景要求。目前我们希望把电池在全生命周期中的数据加上云平台的数据,融合到算法控制里,提高计算的精度,保障系统在运行过程中能量使用的效率。

安全,我们目前也是通过相关的仿真和测试找到安全的边界,比如温度,保护的相关电压设计,来保证整个系统的安全。后面会有一个介绍,在消防领域我们目前通过不同方案的测试和对比,水基消防对整个储能系统效果最好,传统的干粉灭火器一对于一些明火是有效果的。

这是我们做的消防测试对比。比如海水,它的降温速度是其他消防方案的n倍,达到35.5摄氏度每分钟的降温速度。

液体消防在实际项目中已经有了应用,这是我们针对液体消防开发的一套系统,我们是通过每一个电源箱有一个控制阀,万一出现温度、气体检测或者电压超过安全范围,通过电池阀把消防液注入进去,达到精准控制,同时消防液不用针对整个集装箱储备,就针对单个电池包储备消防液就能达到消防灭火的效果。这个产品也是采用多隔舱的设计,会分四个舱,舱之间通过隔离来达到安全的效果。

最后一块,目前在不同的应用场景都有相应的产品项目案例,这个是在光储,北美2018年底交付的系统。这是调频,也是跟行业内合作伙伴一起合作的,大约是12MWh,这是电网侧调峰应用,2018年11月1C的项目,目前在稳定运行。这是用户侧,累计交互超过100MWh。收益比我们预期稍微偏低,但也在我们预期范围内。

以上是我的报告,希望各位专家和领导给予多多的指导,有问题也欢迎联系交流,谢谢!

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