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90%是门槛,工商业储能一体柜能量转换效率分析。
作者:夏军 来源:零碳储能 发布时间:2024-01-02 13:47:46 阅读次数:2110

工商业储能系统由直流侧:电池系统+BMS(电池管理系统)、交流侧:PCS(交直流逆变系统)+变压器、调度管理:EMS(能量管理系统)、辅助系统:空调、消防系统、监控及报警系统等几个部分组成。与大型储能电站的 PCS 和电池独立建设不同,工商业储能多为一体化建造,采用一体柜,对系统控制和 EMS 功能性管理的要求有别于大型储能电站。

利用电费差价进行峰谷套利,是工商业储能系统的主要收益模式,因为有能量转换,就不可以避免的存在能量损失,放电电量和充电电量的比例,即能量转换效率,成为衡量工商业储能经济性的重要性能指标。

阳光电源今年发布的工商业储能产品PowerStack 200CS,号称系统最高循环效率(能量转换效率)突破了91%。西安奇点新能源发布的eBlock工商业储能产品,也是宣称能量转换效率超过了90%。

所以能量转换效率达到90%,已经成为工商业储能行业高端局的一个隐形门槛,逼着系统集成商们降低能耗,提升效率,为终端用户多赚点电费差价。

接下来我们分析一下,到底如何才能做到90%的能量转换效率。

系统直流侧由电芯、铝巴、铜排、正负极端子、高压线缆、MSD、继电器、断路器等构成,其中对能耗影响最大的是电芯内阻,电芯内阻越低,能耗越小。目前280Ah电芯已普遍可以做到96%的能量转换效率,加上电连接部分的欧姆电阻发热损耗,整个直流侧可以做到94%以上的能量转换效率。要提升直流侧的效率,就要进一步降低电芯内阻,增加铝巴、铜排、线缆的载流面积,降低焊接、端子等部位的接触阻抗,有希望把效率做到95%以上。

系统交流侧主要是PCS双向变流器,如接入400V母线,一般没有变压器,如接入10kV及以上高压线,一般配置升压变压器,在不考虑变压器损耗的情况下,PCS的损耗主要由功率开关器件产生,三电平拓扑+IGBT+碳化硅二极管相结合,目前可以把单边效率(交流转直流,或直流转交流)做到98.5%以上,那么一次完整充放电循环的交流侧能量转换(交流转交流)效率可以做到大于97%。

空调/水冷机、BMS/EMS、监控、消防、电源等辅助设备部分也会持续产生损耗,空调或水冷机是主要的能耗来源,在夏季的时候,空调或水冷机通常会满载运行,会产生3%~5%的能耗,如果设计或选型不当,产生的能耗会更高,辅助设备的能耗一般要求控制在5%上下。

假定直流侧能量转换效率为94%,交流侧能量转换效率为97%,辅助设备能耗为5%,那么工商业储能柜的整体能量转换效率=94%*97%-5%=86.18%,显然是远达不到90%这个门槛的。这也是目前工商业储能柜的常规技术水平,即能量转换效率在80%~88%之间。

那么有两种可能的情况,第一种是厂家在宣传产品性能的时候,并未将辅助设备的能耗纳入进去,只计算了交直流侧的转换效率,人为拔高产品性能,忽悠客户,实际上经不起市场的考验。

第二种是通过设计优化,将直流侧能量转换效率提升到95%以上,交流侧能量转换效率提升到98%以上,并将辅助设备的能耗控制到3%以下,从而达到整体能效90%这个门槛。

第二种技术难度非常大,需要厂家具备强大的系统集成能力,设备开发能力,以及对控制策略进行优化,并反复测试验证,调节系统的最佳工作点。

随着技术的进步和产品的迭代,相信未来会有更多的工商业储能产品可以达到90%这个能效指标。

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