Le système de stockage d’énergie électrochimique se compose de deux parties, le côté DC et le côté AC.Le côté DC est l'entrepôt de batteries, y compris les batteries, le contrôle de la température, la protection incendie, les armoires de confluence, les conteneurs et autres équipements, et le côté AC est l'entrepôt électrique, y compris les convertisseurs de stockage d'énergie, les transformateurs, les conteneurs, etc. le système de stockage d'énergie et le réseau sont réalisés grâce à la conversion AC-DC du convertisseur PCS.
1. Classification des systèmes de stockage d'énergie
Selon la structure électrique, les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle peuvent être divisés en :
(1) Centralisé : système de stockage d'énergie centralisé de type boost basse tension et haute puissance connecté au réseau.Plusieurs groupes de batteries sont connectés en parallèle puis connectés au PCS.PCS recherche une puissance élevée et un rendement élevé.Actuellement, la solution 1 500 V est en promotion.
(2) Distribué : système de stockage d'énergie distribué à basse tension et à faible puissance connecté au réseau, chaque groupe de batteries est connecté à une unité PCS et le PCS adopte un arrangement distribué à faible puissance.
(3) Type de chaîne intelligente : basées sur l'architecture du système de stockage d'énergie distribué, des technologies innovantes telles que l'optimisation énergétique au niveau du module de batterie, le contrôle de l'énergie d'un seul cluster de batterie, la gestion intelligente numérique et la conception entièrement modulaire sont adoptées pour obtenir une application plus efficace du stockage d'énergie. systèmes .
(4) Système de stockage d'énergie haute puissance en cascade haute tension : onduleur de batterie à cluster unique, directement connecté au réseau électrique avec un niveau de tension supérieur à 6/10/35kv sans transformateur.La capacité d'une seule unité peut atteindre 5 MW/10 MWh.
(5) Type distribué : plusieurs branches du côté DC sont connectées en parallèle, un convertisseur DC/DC est ajouté à la sortie du cluster de batteries pour isoler le cluster de batteries, et les convertisseurs DC/DC sont connectés au côté PCS DC centralisé après collection.
2. L’itération de la technologie de stockage d’énergie tourne autour de la sécurité, du coût et de l’efficacité
La sécurité, le coût et l’efficacité sont les questions clés à aborder dans le développement du stockage d’énergie.Le cœur de l’itération de la technologie de stockage d’énergie est d’améliorer la sécurité, de réduire les coûts et d’améliorer l’efficacité.
(1) Sécurité
La sécurité des centrales électriques de stockage d’énergie est la question la plus préoccupante du secteur.Les risques potentiels pour la sécurité des centrales électriques de stockage d'énergie électrochimique comprennent les incendies provoqués par l'électricité, les incendies provoqués par les batteries, les explosions d'hydrogène en cas d'incendie, les anomalies du système, etc. La recherche de la cause du problème de sécurité de la centrale électrique de stockage d'énergie peut généralement être attribuée à l'emballement thermique de la batterie.Les causes de l’emballement thermique comprennent les abus mécaniques, les abus électriques et les abus thermiques.Afin d'éviter des problèmes de sécurité, il est nécessaire de surveiller strictement l'état de la batterie pour éviter l'apparition d'incitations à l'emballement thermique.
(2) Haute efficacité
La cohérence des cellules est un facteur clé affectant l’efficacité du système.La cohérence de la batterie dépend de la qualité de la batterie, de la solution technologique de stockage d'énergie et de l'environnement de travail de la batterie.À mesure que le nombre de cycles de batterie augmente, les différences entre les batteries se reflètent progressivement.Les différences dans l'environnement de travail réel au cours du fonctionnement superposé entraîneront des différences aggravées entre plusieurs batteries, et le problème de cohérence est important, ce qui pose des défis à la gestion du BMS et fait même face à des défis.Risque de sécurité.Dans le schéma de conception et de fonctionnement de la centrale de stockage d'énergie, la cohérence de la batterie doit être améliorée autant que possible pour améliorer l'efficacité du système.
(3) Faible coût
Le coût d’un système de stockage d’énergie est lié à l’investissement initial et à la durée de vie.Le vieillissement et le déclin des matériaux de la batterie, du système de charge et de décharge, de la température de fonctionnement de la batterie et de la consistance des monomères affecteront tous la durée de vie de la batterie.Lorsque la différence de température de la batterie dans le conteneur est supérieure à 10 degrés, la durée de vie de la batterie sera réduite de plus de 15 %.Les différences d’échauffement entre les modules peuvent également réduire la durée de vie globale du système.Le système de stockage d'énergie devrait améliorer la durée de vie du système en optimisant la méthode de charge et de décharge, en réduisant la différence de température entre les systèmes et en améliorant la cohérence de la batterie.
3. Voie technologique d'intégration du stockage d'énergie : les schémas de topologie sont progressivement itérés
(1) Solution centralisée : 1 500 V au lieu de 1 000 V est devenu une tendance
Avec le développement des centrales éoliennes centralisées et du stockage d'énergie à plus grande capacité, la haute tension CC est devenue la principale solution technique pour réduire les coûts et augmenter l'efficacité, et le système de stockage d'énergie avec une tension côté CC augmentée à 1 500 V est progressivement devenu une tendance.Par rapport au système 1 000 V traditionnel, le système 1 500 V augmente la tension de tenue des câbles, des modules matériels BMS, des PCS et d'autres composants de 1 000 V maximum à 1 500 V maximum.La solution technique 1500V du système de stockage d'énergie est issue du système photovoltaïque.Selon les statistiques du CPIA, en 2021, la part de marché des systèmes photovoltaïques domestiques avec un niveau de tension continue de 1 500 V est d'environ 49,4 % et devrait augmenter progressivement jusqu'à près de 80 % à l'avenir.Le système de stockage d'énergie 1500V contribuera à améliorer la compatibilité avec le système photovoltaïque.
Les performances de la solution de système de stockage d'énergie 1 500 V sont également améliorées par rapport à la solution 1 000 V.En prenant la solution de Sungrow comme exemple, par rapport au système 1 000 V, la densité énergétique et la densité de puissance du système de batterie ont augmenté de plus de 35 %.La centrale électrique de même capacité nécessite moins d’équipement et le coût du système de batterie, du PCS, du BMS, des câbles et autres équipements est considérablement réduit., les coûts d’investissement dans les infrastructures et les terrains sont également réduits simultanément.Selon les estimations, par rapport à la solution traditionnelle, le coût d'investissement initial du système de stockage d'énergie 1 500 V est réduit de plus de 10 %.Mais en même temps, après l'augmentation de la tension du système de stockage d'énergie de 1 500 V, le nombre de batteries connectées en série augmente, ce qui rend son contrôle de cohérence plus difficile, et les exigences en matière de prévention et de protection des risques d'arc CC et de conception d'isolation électrique sont également plus élevées. .
(2) Solution distribuée : solution à haute efficacité et mature
La solution distribuée est également appelée connexion parallèle multibranche côté AC.Par rapport à la solution technique centralisée, la solution distribuée convertit la connexion parallèle du côté DC du cluster de batteries en connexion parallèle du côté AC via l'onduleur string distribué, ce qui évite les risques de circulation parallèle, de perte de capacité et d'arc DC. Causé par la connexion parallèle du côté DC, et améliore le fonctionnement.Sécurité.Dans le même temps, la précision du contrôle passe de plusieurs groupes de batteries à un seul groupe de batteries, et l'efficacité du contrôle est plus élevée.
La centrale électrique de stockage d'énergie de Shandong Huaneng Huangtai est la première centrale électrique de stockage d'énergie de 100 mégawatts au monde avec contrôle décentralisé.La centrale de stockage d'énergie de Huangtai utilise des batteries CATL + le système PCS de Sineng Electric.Selon les estimations, une fois la centrale de stockage d'énergie mise en service, le taux d'utilisation de la capacité de la batterie de l'ensemble de la station peut atteindre environ 92 %, soit 7 points de pourcentage de plus que la moyenne actuelle du secteur.De plus, grâce au contrôle décentralisé des groupes de batteries, l'étalonnage automatique de l'état de charge de la batterie (SOC) peut être réalisé, ce qui réduit considérablement la charge de travail d'exploitation et de maintenance.L'efficacité des tests connectés au réseau atteint 87,8 %.À en juger par les devis actuels du projet, le système décentralisé n'est pas plus cher que le système centralisé.
(3) Solution de cluster intelligente : un package, une optimisation, un cluster, une gestion
La solution de chaîne intelligente proposée par Huawei résout trois problèmes principaux dans la solution centralisée : (1) Atténuation de capacité.Dans la solution traditionnelle, l’utilisation de batteries a un « effet short board » évident.Les modules de batterie sont connectés en parallèle.Lors du chargement, une cellule de batterie est pleine et la charge s'arrête.Lors de la décharge, une cellule de batterie est vide et la décharge s'arrête.La durée de vie globale du système dépend de la durée de vie.batterie la plus courte.(2) Cohérence.Dans le fonctionnement et l'application du système de stockage d'énergie, en raison de différents environnements spécifiques, il existe un écart dans la consistance de la batterie, ce qui entraîne une décroissance exponentielle de la capacité du système.(3) Inadéquation des capacités.La connexion parallèle des batteries est susceptible de provoquer une inadéquation de capacité et la capacité réelle de la batterie est bien inférieure à la capacité standard.
La solution de chaîne intelligente résout les trois problèmes ci-dessus de la solution centralisée grâce à la conception de chaîne, intelligente et modulaire : (1) chaîne.L'optimiseur d'énergie est utilisé pour réaliser la gestion au niveau du module de batterie, le contrôleur de cluster de batterie est utilisé pour atteindre l'équilibre entre les clusters et le climatiseur distribué réduit la différence de température entre les clusters.(2) Renseignement.Appliquez des technologies TIC avancées telles que l'IA et le Cloud BMS aux scénarios de détection de courts-circuits internes, appliquez l'IA pour prédire l'état de la batterie et adoptez des stratégies intelligentes de contrôle de la température par liaison multimodèle pour garantir un état de charge et de décharge optimal.(3) Modularisation.La conception modulaire du système de batterie peut séparer le module défectueux séparément sans affecter le fonctionnement normal des autres modules du cluster.Conception modulaire des PCS, lorsqu'un seul PCS tombe en panne, d'autres PCS peuvent continuer à fonctionner, et lorsque plusieurs PCS échouent, le système peut toujours continuer à fonctionner.
(4) Schéma en cascade haute tension : schéma à haut rendement sans structure parallèle
La solution de stockage d'énergie en cascade haute tension est conçue via l'électronique de puissance pour atteindre une tension connectée au réseau de 6 à 35 kV sans transformateur.En prenant comme exemple la solution 35 kv de Xinfengfeng, le système de stockage d'énergie unique est un système de 12,5 MW/25 MWh.La structure électrique du système est similaire à celle du SVG haute tension, composée de trois phases A, B et C. Chaque phase contient 42 unités de puissance en pont en H prenant en charge 42 groupes de batteries.Au total, 126 unités de puissance à pont en H en trois phases disposent d'un total de 126 groupes de batteries, stockant un total de 25,288 MWh d'électricité.Chaque groupe de batteries est composé de 224 cellules connectées en série.
Les avantages du système en cascade haute tension se reflètent dans : (1) La sécurité.Il n'y a pas de cellules connectées en parallèle dans le système, certaines batteries sont endommagées, la plage de remplacement est étroite, la plage d'influence est petite et le coût de maintenance est faible.(2) Cohérence.Les batteries ne sont pas directement connectées, mais connectées après AC/DC, de sorte que toutes les batteries peuvent être contrôlées par l'équilibre SOC via AC/DC.Il n'y a qu'un seul groupe de batteries à l'intérieur du bloc de batteries, il n'y a pas de connexion parallèle des groupes de batteries et il n'y aura aucun problème de partage de courant.Le contrôle de l'équilibre entre les cellules est réalisé via le BMS à l'intérieur du cluster de batteries.Par conséquent, cette solution peut maximiser l’utilisation de la capacité de la batterie et, dans le cas de la même alimentation connectée au réseau côté CA, moins de batteries peuvent être installées pour réduire l’investissement initial.(3) Haute efficacité.Étant donné que le système ne comporte pas de groupes de cellules/batteries fonctionnant en parallèle, il n'y a pas d'effet de court-circuit et la durée de vie du système est approximativement égale à la durée de vie d'une seule cellule, ce qui peut maximiser l'économie de fonctionnement du dispositif de stockage d'énergie.Le système n'a pas besoin de transformateur élévateur et l'efficacité réelle du cycle du système sur site atteint 90 %.
(5) Solution distribuée : isolation DC + onduleur centralisé
Le schéma distribué est également appelé connexion parallèle multibranche du côté DC.Sur la base du schéma centralisé traditionnel, un convertisseur DC/DC est ajouté à la sortie du cluster de batteries pour isoler le cluster de batteries, et le convertisseur DC/DC est connecté au PCS DC centralisé Sur le côté, 2 à 4 PCS sont connectés en parallèle à un transformateur sur site et connectés au réseau après avoir été amplifiés par le transformateur.En augmentant l'isolation DC/DC dans le système, les arcs DC, le courant de circulation et la perte de capacité provoqués par la connexion parallèle DC sont évités, ce qui améliore considérablement la sécurité du système et améliore ainsi son efficacité.Cependant, comme le système doit passer par deux étapes d’inversion, cela a un impact négatif sur l’efficacité du système.
Heure de publication : 22 septembre 2023