中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月24—26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，開(kāi)啟應(yīng)用新時(shí)代”。 來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會(huì)。本次大會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組和中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在24日下午的“儲(chǔ)能電站規(guī)劃與設(shè)計(jì)”專(zhuān)場(chǎng)，湖北億緯動(dòng)力有限公司儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品中心總監(jiān)蒙玉寶分享了主題報(bào)告《多重場(chǎng)景儲(chǔ)能系統(tǒng)差異化設(shè)計(jì)》。會(huì)務(wù)組對(duì)發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會(huì)后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
蒙玉寶：各位領(lǐng)導(dǎo)、專(zhuān)家大家下午好！我叫蒙玉寶，來(lái)自湖北億緯動(dòng)力有限公司，主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。
我今天分享的主題是：在不同應(yīng)用場(chǎng)景下我們儲(chǔ)能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)該有哪些差異。主要分為三部分：場(chǎng)景需求、差異技術(shù)簡(jiǎn)析、項(xiàng)目案例。
應(yīng)用場(chǎng)景，有很多專(zhuān)家分享了，從發(fā)電側(cè)到用戶(hù)側(cè)都有不同的應(yīng)用場(chǎng)景，不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)產(chǎn)品功能和性能上又有不同的要求，比如功率性能、能量性能都各有差異。
產(chǎn)品要求，主要是從循環(huán)型、功率型、能量型做相應(yīng)區(qū)分。新能源并網(wǎng)場(chǎng)景對(duì)循環(huán)要求比較高的，像光伏、風(fēng)力發(fā)電，很多質(zhì)保要求是10年以上甚至20年，對(duì)應(yīng)的循環(huán)為6000次～10000次。調(diào)頻場(chǎng)景除了循環(huán)性能要求高外，對(duì)倍率性能要求也比較高，目前大多數(shù)的調(diào)頻倍率到2C，每天累計(jì)2-3個(gè)循環(huán)，甚至更高。調(diào)峰場(chǎng)景，可能在倍率會(huì)到1C。其他的如削峰填谷目前主要應(yīng)用在江蘇和廣東等峰谷電價(jià)差較大的地區(qū)，一般是每天2次循環(huán)，能量功率比根據(jù)峰谷時(shí)間段，可能2個(gè)小時(shí)、3個(gè)小時(shí)。IDC數(shù)據(jù)中心更多做備電和能量型相關(guān)要求。
對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，我們對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)了一系列產(chǎn)品。在用戶(hù)側(cè)打造了280Ah電芯滿(mǎn)足0.33C的性能要求。這個(gè)采用的是自然散熱加集裝箱空調(diào)散熱為主。第二塊是在發(fā)電側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)打造了1C的系統(tǒng)，采用長(zhǎng)循環(huán)儲(chǔ)能專(zhuān)用電芯加風(fēng)冷散熱來(lái)滿(mǎn)足。第三個(gè)是做了一款新型消防方案的產(chǎn)品，采用的是液體消防。第四個(gè)是目前針對(duì)調(diào)頻用工況打造了一款2C的電池方案。因?yàn)樗堵时容^高，采用的是小容量電芯，50Ah，通過(guò)我們的設(shè)計(jì)，從溫升、溫差性能均達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平來(lái)滿(mǎn)足調(diào)頻工況的要求。最后一個(gè)是打造高比能量的產(chǎn)品，通過(guò)液冷方案提高系統(tǒng)的能量體積密度，目前可以做到220千萬(wàn)時(shí)每平方米。
針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，在產(chǎn)品上都有不同的側(cè)重。電芯是做儲(chǔ)能最核心也是最基本的要素，電芯能力不行，其他的系統(tǒng)集成都是有問(wèn)題的。電芯材料有正極、負(fù)極、電解液、隔膜、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等，在不同場(chǎng)景電芯的原材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、容量設(shè)計(jì)、外形尺寸都會(huì)有所側(cè)重。在調(diào)頻側(cè)用的是小容量的50Ah電芯。單電芯可以做到4C，組成系統(tǒng)目前做到2C，它的能量效率、設(shè)計(jì)、正負(fù)極材料要求也不一樣；針對(duì)新能源并網(wǎng)和發(fā)電側(cè)一系列系統(tǒng)，目前有90Ah的電芯，更側(cè)重于循環(huán)能力，目前設(shè)計(jì)是1C的應(yīng)用工況。用戶(hù)側(cè)倍率要求低，對(duì)應(yīng)的發(fā)熱少，可以選用大容量的280Ah電芯。
電芯的高性能除了從技術(shù)上如材料體系、研發(fā)能力要有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力外，整個(gè)生產(chǎn)體系也是很關(guān)鍵的因素。我們公司所有的設(shè)備目前生產(chǎn)全部是采用自動(dòng)化生產(chǎn)流程，還配套相關(guān)檢測(cè)設(shè)備，從原材料到電芯到成組，從基本的電性能到循環(huán)性能都有相應(yīng)的檢測(cè)能力，生產(chǎn)過(guò)程中有超過(guò)2800多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)保證整個(gè)質(zhì)量的一致性控制。
光說(shuō)我們行還不夠，我們還通過(guò)了一系列國(guó)內(nèi)、國(guó)外的測(cè)試認(rèn)證。像目前的電力儲(chǔ)能用鋰離子電池新國(guó)標(biāo)GB/T3676，我們是第一批拿了報(bào)告的廠(chǎng)家，還有如電芯的安全防爆認(rèn)證，還有UL、IEC、UN等一系列相關(guān)認(rèn)證。
說(shuō)儲(chǔ)能離不開(kāi)安全，安全是從用戶(hù)到集成商再到業(yè)主都比較關(guān)注的。磷酸鐵鋰目前是在儲(chǔ)能領(lǐng)域相對(duì)最安全的電化學(xué)體系。目前所有的鐵鋰電池，無(wú)論是用在儲(chǔ)能上還是商用車(chē)上都會(huì)做一系列的安全認(rèn)證和測(cè)試，包括短路、擠壓針刺等等。右下角的圖是我們拿一個(gè)模組在滿(mǎn)電情況下做針刺實(shí)驗(yàn)，在失效過(guò)程中冒煙但過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)起火。
除了電芯以外，我們成組還有很多注意的地方，電池在全壽命周期內(nèi)循環(huán)會(huì)膨脹，同時(shí)成組設(shè)計(jì)要考慮產(chǎn)品的散熱。很多對(duì)電化學(xué)不了解的同行來(lái)說(shuō)，以為是把電池放在一起通過(guò)鋁排焊接成組就行了。在整個(gè)生命過(guò)程中，電芯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)膨脹，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不滿(mǎn)足要求，過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致失效或者側(cè)板脹裂，導(dǎo)致在使用過(guò)程中產(chǎn)生安全的事故和風(fēng)險(xiǎn)。我們通過(guò)一系列測(cè)試，保證出場(chǎng)或者設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)滿(mǎn)足全生命周期過(guò)程中使用的要求，還包括電氣設(shè)計(jì)、連接、散熱等。這是關(guān)于系統(tǒng)安全的設(shè)計(jì)舉例，更多從電氣角度針對(duì)一些具體的要求。比如高壓箱，可能設(shè)計(jì)多個(gè)回路來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
目前大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，PCS的類(lèi)型主要分為集中式和組串式的，跟光伏行系統(tǒng)比較類(lèi)似，從電池本身看，更傾向于做模塊化管理，提升整個(gè)產(chǎn)品對(duì)電池一致性、充放電能量和電池效率，電池配上也更靈活。
第三塊，介紹一下我們目前儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)上比較重要的設(shè)計(jì)手段-仿真技術(shù)，通過(guò)不同的工況，像用戶(hù)側(cè)的發(fā)熱和每天循環(huán)的要求可能跟我們調(diào)頻不一樣。這塊會(huì)根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景模擬仿真，我們從產(chǎn)品的要求、溫度控制的要求到封裝設(shè)計(jì)的要求到產(chǎn)品在材料選型、風(fēng)道設(shè)計(jì)等等，滿(mǎn)足產(chǎn)生在全生命使用過(guò)程中的溫度控制和控制策略的要求。
這是一個(gè)實(shí)際案例，右上角是我們?cè)O(shè)計(jì)的1C電池報(bào)俯視圖（見(jiàn)PPT），通過(guò)間隙風(fēng)道設(shè)計(jì)，除了仿真，目前實(shí)測(cè)也是做得最好的，溫差能控制在2度以?xún)?nèi)，溫升控制在的10度以?xún)?nèi)。該設(shè)計(jì)的好處是電芯之間可以隔絕，隔絕/降低熱蔓延速率，降低安全的風(fēng)險(xiǎn)，里面的溫控也不是單點(diǎn)控制，可以通過(guò)多點(diǎn)或者智能控制來(lái)降低能源的損耗。
到電池集裝箱級(jí)別，目前整個(gè)集裝箱溫差能控制在6度左右，因?yàn)闇囟葘?duì)電池壽命的影響是最大的，我們通過(guò)溫升溫差在pack設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成上的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，把衰減控制到最低程度。
這是我們目前正在開(kāi)發(fā)的一套高比能量的系統(tǒng)，采用了液冷方案，主要應(yīng)用場(chǎng)景是針對(duì)像新能源并網(wǎng)或者用戶(hù)側(cè)的，目前可以做到220千瓦時(shí)每平方米，跟傳統(tǒng)動(dòng)力汽車(chē)上的液冷類(lèi)似。
這塊是BMS，作為儲(chǔ)能系統(tǒng)里比較核心的關(guān)鍵部件。BMS的主要功能大家應(yīng)該都比較熟悉。主要困難點(diǎn)目前是BMS的SOC計(jì)算和均衡。從電池廠(chǎng)家本身的角度理解，除了BMS要通過(guò)一些智能算法來(lái)計(jì)算和控制外，更多還要結(jié)合電芯在不同的工況下，比如它的溫度、倍率來(lái)的數(shù)據(jù)，融入到整個(gè)算法，才能把計(jì)算和控制做到更精準(zhǔn)。
均衡，主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，幾年來(lái)性能不斷在提高，目前缺乏針對(duì)不同廠(chǎng)家的電池或者電池在不同功方的特性來(lái)滿(mǎn)足場(chǎng)景要求。目前我們希望把電池在全生命周期中的數(shù)據(jù)加上云平臺(tái)的數(shù)據(jù)，融合到算法控制里，提高計(jì)算的精度，保障系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能量使用的效率。
安全，我們目前也是通過(guò)相關(guān)的仿真和測(cè)試找到安全的邊界，比如溫度，保護(hù)的相關(guān)電壓設(shè)計(jì)，來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的安全。后面會(huì)有一個(gè)介紹，在消防領(lǐng)域我們目前通過(guò)不同方案的測(cè)試和對(duì)比，水基消防對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)效果最好，傳統(tǒng)的干粉滅火器一對(duì)于一些明火是有效果的。
這是我們做的消防測(cè)試對(duì)比。比如海水，它的降溫速度是其他消防方案的n倍，達(dá)到35.5攝氏度每分鐘的降溫速度。
液體消防在實(shí)際項(xiàng)目中已經(jīng)有了應(yīng)用，這是我們針對(duì)液體消防開(kāi)發(fā)的一套系統(tǒng)，我們是通過(guò)每一個(gè)電源箱有一個(gè)控制閥，萬(wàn)一出現(xiàn)溫度、氣體檢測(cè)或者電壓超過(guò)安全范圍，通過(guò)電池閥把消防液注入進(jìn)去，達(dá)到精準(zhǔn)控制，同時(shí)消防液不用針對(duì)整個(gè)集裝箱儲(chǔ)備，就針對(duì)單個(gè)電池包儲(chǔ)備消防液就能達(dá)到消防滅火的效果。這個(gè)產(chǎn)品也是采用多隔艙的設(shè)計(jì)，會(huì)分四個(gè)艙，艙之間通過(guò)隔離來(lái)達(dá)到安全的效果。
最后一塊，目前在不同的應(yīng)用場(chǎng)景都有相應(yīng)的產(chǎn)品項(xiàng)目案例，這個(gè)是在光儲(chǔ)，北美2018年底交付的系統(tǒng)。這是調(diào)頻，也是跟行業(yè)內(nèi)合作伙伴一起合作的，大約是12MWh，這是電網(wǎng)側(cè)調(diào)峰應(yīng)用，2018年11月1C的項(xiàng)目，目前在穩(wěn)定運(yùn)行。這是用戶(hù)側(cè)，累計(jì)交互超過(guò)100MWh。收益比我們預(yù)期稍微偏低，但也在我們預(yù)期范圍內(nèi)。
以上是我的報(bào)告，希望各位專(zhuān)家和領(lǐng)導(dǎo)給予多多的指導(dǎo)，有問(wèn)題也歡迎聯(lián)系交流，謝謝！
