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高壓級(jí)聯(lián)為何叫好不叫座？
8月1日，青海省海西州寶庫(kù)儲(chǔ)能電站工程EPC總承包及高壓直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備集成招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目開(kāi)標(biāo)。山東電工時(shí)代中標(biāo)EPC、南瑞繼保中標(biāo)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能。據(jù)北極星儲(chǔ)能網(wǎng)了解，這是目前為止，國(guó)內(nèi)針對(duì)高壓直掛式儲(chǔ)能設(shè)備的最大規(guī)模招采計(jì)劃。
在高壓級(jí)聯(lián)（又稱高壓直掛）技術(shù)上既有技術(shù)積累，又有客戶資源的南瑞繼保、許繼電力、山東電工時(shí)代、西電電力電子、新風(fēng)光、金盤科技等企業(yè)，近兩年，始終致力于擴(kuò)大高壓級(jí)聯(lián)在儲(chǔ)能市場(chǎng)的占比。
但是叫好不叫座的高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案，近期很難超越投資成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)維難度小、國(guó)內(nèi)主流的低壓式（也稱集中式）技術(shù)方案。探究其中原因可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)的高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案尚處于市場(chǎng)培育初期，市場(chǎng)主流技術(shù)方案阻礙了其搶占市場(chǎng)，但今后發(fā)展空間很大。
1“慣性思維”令高壓級(jí)聯(lián)叫好不叫座？
7月31日，國(guó)家能源局召開(kāi)三季度網(wǎng)上新聞發(fā)布會(huì)。發(fā)布會(huì)上，能源局能源節(jié)約與科技裝備司副司長(zhǎng)劉亞芳表示，2023年1-6月，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目新投運(yùn)裝機(jī)規(guī)模約863萬(wàn)千瓦/1772萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于此前歷年累計(jì)裝機(jī)規(guī)模總和。按當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格測(cè)算，新投運(yùn)新型儲(chǔ)能拉動(dòng)直接投資超過(guò)300億元人民幣。
國(guó)內(nèi)眾多機(jī)構(gòu)的研報(bào)也將新型儲(chǔ)能視為高景氣度行業(yè)。機(jī)構(gòu)普遍認(rèn)為，雙碳背景下，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)正在向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，風(fēng)光裝機(jī)量、 發(fā)電量占比日趨提高，在能源結(jié)構(gòu)中的占比不斷提升。隨著新能源裝機(jī)量、占比的增加，新能源發(fā)電高度依賴自然環(huán)境導(dǎo)致的不穩(wěn)定性和不可控性，帶來(lái)的負(fù)面影響日益凸顯，為保障能源結(jié)構(gòu)的順利轉(zhuǎn)型、提升新能源主動(dòng)支撐能力，需要儲(chǔ)能這類靈活性資源進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以說(shuō)儲(chǔ)能是解決以上問(wèn)題的最佳方案。可以預(yù)期，我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)量今后將呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，配儲(chǔ)比例有望持續(xù)、快速提高。
但是，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)“增收不增利”的局面還未發(fā)生質(zhì)的改變。所以正處在“浪尖風(fēng)口”的電化學(xué)儲(chǔ)能上下游企業(yè)所使用的電池電芯、變流器、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)都是在不斷發(fā)現(xiàn)、排除問(wèn)題，降低成本，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命的發(fā)展完善階段，一大堆“骨干的現(xiàn)實(shí)”令新型儲(chǔ)能上下游企業(yè)只能選擇成本低、成熟穩(wěn)定、水平相對(duì)較低的技術(shù)方案。
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)是以電力電子設(shè)備為核心，一頭接著直流側(cè)的電池，另一頭連著交流側(cè)的電網(wǎng)。除了電池本身，儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的交互能力決定著儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的性能，而儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行性能與儲(chǔ)能電站內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)。南瑞繼保、許繼電力、山東電工時(shí)代、西電電力電子、新風(fēng)光等企業(yè)研發(fā)的高壓級(jí)聯(lián)，比市場(chǎng)主流技術(shù)方案低壓式的轉(zhuǎn)換效率更高、電能質(zhì)量更優(yōu)、單機(jī)容量更大、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度更快。這無(wú)疑提升了新型儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行性能，提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)互動(dòng)的能力水平，但是目前該技術(shù)存在后期運(yùn)維成本高、技術(shù)較復(fù)雜等不足。
中國(guó)石油深圳新能源研究院儲(chǔ)能研發(fā)部總監(jiān)楚攀博士曾對(duì)媒體表示低壓式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資成本最低，后續(xù)安裝、運(yùn)維成本便宜，對(duì)運(yùn)維人員要求也相對(duì)較低。但低壓式并不是為大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)計(jì)的。它誕生的時(shí)候，電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模一般不超過(guò)20MWh，當(dāng)（儲(chǔ)能系統(tǒng)）放大到百兆瓦規(guī)模時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)就比較明顯了，比如直流拉弧、直流側(cè)的并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流等等。楚攀說(shuō)，低壓式的缺點(diǎn)已經(jīng)嚴(yán)重影響了儲(chǔ)能電站的安全和效率。雖然它的缺點(diǎn)很多，但基于歷史慣性，目前，低壓式依然是市場(chǎng)上增量最大、占有率最高的技術(shù)方案。
2滿足業(yè)主三大需求 更具高滲透率？
電化學(xué)儲(chǔ)能作為優(yōu)質(zhì)的靈活性資源，在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均可以發(fā)揮提高效率、保障平穩(wěn)運(yùn)行等作用，勢(shì)必成為保障新型電力系統(tǒng)發(fā)展的剛需。
隨著技術(shù)的不斷成熟，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模不斷增大，電池容量也不斷增大，運(yùn)行的數(shù)據(jù)也會(huì)更大，這對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和效率將會(huì)提出更高的要求。今年5月，奇點(diǎn)能源副總經(jīng)理、產(chǎn)品與解決方案總監(jiān)張翼曾公開(kāi)表示，儲(chǔ)能電站的規(guī)模越來(lái)越大，系統(tǒng)之間協(xié)同控制的重要性正在上升。
而高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案可以提高單臺(tái)儲(chǔ)能變流器功率、提高運(yùn)行效率、降低電力電子損耗、提高整機(jī)響應(yīng)速度，提高整機(jī)輸出波形質(zhì)量，能夠有效解決傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)存在的技術(shù)痛點(diǎn)、難點(diǎn)，非常適合大容量?jī)?chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，其在儲(chǔ)能功率越大的應(yīng)用場(chǎng)景性價(jià)比越高。高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案成為新能源電站儲(chǔ)能、獨(dú)立儲(chǔ)能的主流技術(shù)順理成章。
目前，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)方案有6種，目前被廣泛采用的技術(shù)方案為低壓式，另外5種技術(shù)方案是大組串、智能組串式、集散式、分布式能源塊和高壓級(jí)聯(lián)。
楚攀認(rèn)為，高壓級(jí)聯(lián)是在逆變成交流之后通過(guò)串聯(lián)達(dá)到升壓目的，省略了升壓變壓器，其特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流問(wèn)題也都不存在了，最終效率可以做到88-90%，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度模塊化的難度較大，所以項(xiàng)目的交付速度比較慢，后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)的要求也更高。目前落地地高壓級(jí)聯(lián)項(xiàng)目還不多，從2022年新增儲(chǔ)能項(xiàng)目來(lái)看，高壓級(jí)聯(lián)的滲透率率不超過(guò)5%。
許繼電力電子有限公司董事長(zhǎng)劉剛在接受北極星采訪時(shí)說(shuō)，高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案的最大優(yōu)點(diǎn)就是效率高，但缺點(diǎn)也不少。例如：這種技術(shù)的電池、電池管理系統(tǒng)和功率模塊是一體化的，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)責(zé)任劃分不清；而且這種模式電池一般也須要超配，以解決功率冗余單元保護(hù)退出后，系統(tǒng)儲(chǔ)能容量仍滿足不低于額定值，因此其經(jīng)濟(jì)性還得看具體項(xiàng)目要求，系統(tǒng)維護(hù)也比較困難，功率單元和電池檢修等都需進(jìn)行調(diào)度申請(qǐng)。
華寶證券發(fā)布的報(bào)告認(rèn)為，隨著儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中作用的真正發(fā)揮，業(yè)主會(huì)更加重視儲(chǔ)能集成的安全、性能和效率，而這三方面也會(huì)成為儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)滲透率提升的關(guān)鍵所在。因?yàn)楦邏杭?jí)聯(lián)恰好可滿足業(yè)主在安全、性能和效率三大領(lǐng)域的需求，所以相比其他儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)方案，該技術(shù)方案更具有中大幅度提升滲透率的可能。
3高壓級(jí)聯(lián)壁壘高 先行者未必?cái)?/span>
截至目前，國(guó)內(nèi)高壓級(jí)聯(lián)仍處于項(xiàng)目驗(yàn)證階段，賽道代表性廠商為南瑞繼保、許繼電力、山東電工時(shí)代、西電電力電子、新風(fēng)光、四方繼保、金盤科技、智光電氣等企業(yè)。
南瑞繼保是高壓直掛儲(chǔ)能技術(shù)先行者之一，2022年6月17日，南瑞繼保研制的全球首套35kV高壓直掛儲(chǔ)能系統(tǒng)，在紹興市上虞區(qū)35kV紅墟儲(chǔ)能電站順利正式并網(wǎng)運(yùn)行。
這套儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品單套容量25MW/50MWh，采用安全性能更高的級(jí)聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，取消了升壓變壓器，電池分散在每個(gè)PCS單元模塊中，運(yùn)行相互獨(dú)立、耦合度低，并采用熱備用冗余設(shè)計(jì)和主動(dòng)均衡技術(shù)，相比于傳統(tǒng)配置升壓變的儲(chǔ)能方式具有安全性能高、效率效益高、兼容性能強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。
許繼電力曾經(jīng)是國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的三大電力設(shè)備供應(yīng)商之一，現(xiàn)在隸屬于中國(guó)電氣裝備。自2005年國(guó)家組織西電東送工程起，該公司就開(kāi)始參與換流閥相關(guān)技術(shù)迭代。
許繼正在著手攻克高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案中的技術(shù)難題，包括如何實(shí)現(xiàn)電池簇?cái)?shù)量不增加情況下，電池在低電壓狀態(tài)還能滿足電網(wǎng)高壓穿越要求，以及如何實(shí)現(xiàn)功率模塊故障后的安全旁路等技術(shù)難題。
今年7月，許繼電力電子正式發(fā)布了自主研制的中高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能變流器等系統(tǒng)和產(chǎn)品，具有高安全、高可靠、經(jīng)濟(jì)性更佳等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、工商業(yè)儲(chǔ)能等領(lǐng)域。
山東電工時(shí)代同樣隸屬于中國(guó)電氣裝備，由山東電工電氣集團(tuán)有限公司聯(lián)合寧德時(shí)代新能源、北京索英合資成立。是一家集儲(chǔ)能設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的新能源企業(yè)。
山東電工時(shí)代與智光儲(chǔ)能攜手在山東濟(jì)南萊城發(fā)電廠打造了國(guó)內(nèi)首個(gè)百兆瓦高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能電站。其是國(guó)內(nèi)第一家同時(shí)掌握高壓液冷、高壓級(jí)聯(lián)、組串式技術(shù)方案，并擁有全部工程應(yīng)用業(yè)績(jī)的企業(yè)。
西電電力電子提出了基于全國(guó)產(chǎn)化IGCT-Plus器件為核心的新型構(gòu)網(wǎng)型高壓級(jí)聯(lián)電力電子裝備，通過(guò)電力電子級(jí)聯(lián)的方式，具有電壓支撐和主動(dòng)慣量支持特性，維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)與跟網(wǎng)型設(shè)備相比在占地面積、建設(shè)周期和設(shè)備運(yùn)維等方面都有較大的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)電力電子裝備發(fā)展的趨勢(shì)，具有廣闊發(fā)展與應(yīng)用前景。
西電電力電子為內(nèi)蒙古烏的蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)示范項(xiàng)目供應(yīng)了50MW高壓直掛PCS產(chǎn)品，另外也為某發(fā)電廠100MW/200MWh級(jí)聯(lián)式儲(chǔ)能項(xiàng)目提供了設(shè)計(jì)方案。
2021年以來(lái)，新風(fēng)光重點(diǎn)推出了采用變流器級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)方式的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)。在政府對(duì)儲(chǔ)能電站的考核要求提升的趨勢(shì)下，電站將更有動(dòng)力選擇高壓級(jí)聯(lián)這種更安全、性價(jià)比相對(duì)較高的技術(shù)方案。
新風(fēng)光作為山東省級(jí)新能源投資平臺(tái)下屬的上市公司，未來(lái)將受益于山東 省風(fēng)、光、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近幾年，新風(fēng)光的高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案，主要用于礦井安全應(yīng)急用電源和峰谷電價(jià)套利。
以兗礦能源下屬某煤礦公司為例，通過(guò)采用新風(fēng)光高壓級(jí)聯(lián)應(yīng)急儲(chǔ)能供電系統(tǒng)，滿足特殊情況下的應(yīng)急供電需求，保證風(fēng)機(jī)和提升機(jī)供電、降低礦區(qū)關(guān)鍵負(fù)荷停電時(shí)間同時(shí)，極大提高礦區(qū)生產(chǎn)安全和井下人員生命安全。
金盤科技也是高壓直掛儲(chǔ)能技術(shù)代表企業(yè)之一，目前其客戶已經(jīng)覆蓋如中廣核、華電、華能、 國(guó)電投、金風(fēng)、GE、西門子、VESTAS等。7月上旬，由金盤科技投資建設(shè)的湖南省首個(gè)35kV高壓直掛儲(chǔ)能電站成功并網(wǎng)。
盡管金盤科技存在儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)不及預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。但該公司預(yù)計(jì)，2023年或?yàn)閮?chǔ)能放量一年，僅今年一季度其儲(chǔ)能系列產(chǎn)品訂單已超2022全年訂單總額。
智光電氣是較早推動(dòng)高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能技術(shù)、也是堅(jiān)定推動(dòng)這一技術(shù)路線的擁躉者。5月21日，由華能清能院、智光儲(chǔ)能、上海交通大學(xué)聯(lián)合研制的華能上都35kV級(jí)聯(lián)型高壓直掛儲(chǔ)能項(xiàng)目設(shè)備正式下線，這也是迄今為止全球電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域單機(jī)最大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)，PCS單機(jī)容量25MVA，具備有功20MW及無(wú)功15MVar輸出能力，配套安裝電池容量為40MWh，可以實(shí)現(xiàn)35kV高壓直接并網(wǎng)。
6月21日，一件頗具象征意味的高壓級(jí)聯(lián)招投標(biāo)出現(xiàn)在業(yè)內(nèi)，即青海寶庫(kù)儲(chǔ)能電站EPC及高壓直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)招標(biāo)。該招標(biāo)公告明確要求投標(biāo)人需滿足兩項(xiàng)資質(zhì)。首先，投標(biāo)的聯(lián)合體牽頭方必須具有能源管理系統(tǒng)、變流器、電池管理系統(tǒng)一項(xiàng)及以上自主研發(fā)及生產(chǎn)能力，且需具有國(guó)家級(jí)儲(chǔ)能檢測(cè)資質(zhì)機(jī)構(gòu)出具的試驗(yàn)報(bào)告或產(chǎn)品認(rèn)證。更為苛刻的是要求投標(biāo)企業(yè)具有級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)業(yè)績(jī)，其中單站級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)業(yè)績(jī)要求達(dá)到50MWh及以上。8月4日，該項(xiàng)目開(kāi)標(biāo)，山東電工時(shí)代中標(biāo)EPC、南瑞繼保中標(biāo)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能。
盡管目前國(guó)內(nèi)可參與高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)招投標(biāo)的企業(yè)肯定沒(méi)有儲(chǔ)能企業(yè)的數(shù)十家之多，且具備關(guān)鍵技術(shù)自主生產(chǎn)能力，三年數(shù)據(jù)積累，液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)業(yè)績(jī)及經(jīng)驗(yàn)，高壓級(jí)聯(lián)銷售業(yè)績(jī)的企業(yè)更少。但是高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)方案能否快速崛起，仍需持續(xù)觀察！
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