儲能技術(shù)發(fā)展趨勢

液冷替代風(fēng)冷

儲能溫控技術(shù)方案主要分為風(fēng)冷及液冷。風(fēng)冷是以低溫空氣為介質(zhì)，利用自然風(fēng)或風(fēng)機(jī)與電芯產(chǎn)生熱對流，進(jìn)而降低電池溫度。風(fēng)冷結(jié)構(gòu)簡單，但是換熱效率低下且無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫，相比而言液冷方案采用水、乙醇、制冷劑等冷卻液，通過液冷板上均勻分布的導(dǎo)流槽和電芯間接接觸，靠近熱源、換熱效率高、能耗低，可以保證電池單體溫度的一致性。

風(fēng)冷與液冷結(jié)構(gòu)示意圖

資料來源：朱信龍《集裝箱儲能系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展》，2021，中金公司研究部

遠(yuǎn)景能源實(shí)測數(shù)據(jù)表明，與普通風(fēng)冷產(chǎn)品相比，液冷散熱方案在各項(xiàng)性能指標(biāo)上優(yōu)勢明顯：

? 換熱系數(shù)/效率高：液冷的換熱系數(shù)大概在1000~50000之間，風(fēng)冷的換熱系數(shù)只有 25~100之間，液冷系統(tǒng)更適用于儲能的2C、3C快充應(yīng)用。

? 電池溫差小，壽命長：液冷系統(tǒng)可將柜內(nèi)所有電芯的溫差精準(zhǔn)控制在3℃以內(nèi)，使得電池 壽命提升20%，且能夠在氣溫-40℃~+50℃的地區(qū)正常運(yùn)行。

? 能耗低：液冷產(chǎn)品減少了風(fēng)冷產(chǎn)品中 95%的風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)部件，等同于減少大量故障點(diǎn)，后期運(yùn)維工作量小。同時，風(fēng)冷通過冷卻空氣間接冷卻電芯，整個儲能系統(tǒng)將產(chǎn)生很大的自耗電，而液冷產(chǎn)品能降低這部分額外成本。

? 占地面積小：通過集約化設(shè)計(jì)和大容量電芯，液冷儲能產(chǎn)品與相同容量的集裝箱方案相比，占地面積節(jié)約50%以上，針對未來百M(fèi)W級以上的大型儲能電站，對占地成本的節(jié)約更明顯。

? 環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)：液冷系統(tǒng)是一個全密封的柜體，Pack可以到IP65的級別，對未來海上風(fēng)電的配儲場景更友好。

風(fēng)冷與液冷散熱方案對比

資料來源：遠(yuǎn)景能源公司官網(wǎng)，英維克公司官網(wǎng)，Rao Zhonghao《A review of power battery thermal energy management》2011，中金公司研究部

主流廠商均密集推出液冷儲能系統(tǒng)產(chǎn)品。2021年寧德時代基于液冷CTP電箱技術(shù)推出戶外預(yù)制艙系統(tǒng)EnerC；2022年5月，陽光電源推出面向大型地面電站的PowerTitan以及面向工商業(yè)儲能的PowerStack，均采用液冷系統(tǒng)，科華數(shù)能、蜂巢能源亦推出液冷儲能系統(tǒng)解決方案。2023年遠(yuǎn)景能源、寶光智中、沃太能源等眾多儲能集成商均推出新款液冷儲能系統(tǒng)產(chǎn)品。

陽光電源PowerTitan液冷儲能系統(tǒng)

資料來源：陽光電源官網(wǎng)，中金公司研究部  

寧德時代EnerC集裝箱式液冷儲能系統(tǒng)

資料來源：寧德時代官網(wǎng)，中金公司研究部

2022年以來儲能集成商發(fā)布眾多液冷新品

資料來源：北極星儲能網(wǎng)，各公司官網(wǎng)，中金公司研究部

安全性更高，系統(tǒng)壽命延長降低全生命周期成本。液冷儲能系統(tǒng)可更精準(zhǔn)地控制電池溫差，延長系統(tǒng)壽命，同時液冷方案的電費(fèi)及運(yùn)維費(fèi)用相比風(fēng)冷進(jìn)一步下降，從而降低LCOS。目前風(fēng)冷系統(tǒng)單GWh價值量在2000-4000萬元，液冷系統(tǒng)單GWh價值量已下降至約4000萬元，占系統(tǒng)成本比例僅約3%。根據(jù)集成廠商發(fā)布產(chǎn)品的測算，液冷方案相比風(fēng)冷普遍可降低儲能LCOS 15%-20%。

中金公司認(rèn)為在集成商產(chǎn)品豐富度提升、部分液冷項(xiàng)目落地驗(yàn)證數(shù)據(jù)后，終端業(yè)主對液冷方案接受度將逐步提升，其滲透率有望迎來快速提升。

簇級管理優(yōu)化儲能效率

簇集管理器解決木桶效應(yīng)、并聯(lián)環(huán)流等問題，提升電站運(yùn)行效率。傳統(tǒng)集中式儲能將電池簇進(jìn)行直流側(cè)并聯(lián)，并通過大功率PCS進(jìn)行逆變，但存在各簇出力不均、“木桶效應(yīng)”、并聯(lián)環(huán)流等問題。目前各廠商提出多種技術(shù)路線與解決方案，以更均衡地控制各簇之間的充放電，減少電池簇之間的環(huán)流，提升電站運(yùn)行效率及全生命周期放電量。

? 交流側(cè)多分支并聯(lián)：每簇電池均與一個小功率PCS連接，在交流側(cè)進(jìn)行并聯(lián)后升壓，單簇控制管理可消除并聯(lián)諧振及環(huán)流等問題，代表廠商如寧德時代、上能電氣、盛弘股份等。

? 交流側(cè)及直流側(cè)多分支并聯(lián)：電池簇通過DC/DC升壓后進(jìn)行直流側(cè)并聯(lián)，再通過模塊化PCS進(jìn)功率變換，且每個電池模塊均帶有優(yōu)化器，可解決集中式儲能木桶效應(yīng)及并聯(lián)環(huán)流等問題，同時對電芯品質(zhì)兼容性較強(qiáng)，代表廠商主要為華為。

? 直流側(cè)多分支并聯(lián)：電池簇通過DC/DC升壓后進(jìn)行直流側(cè)并聯(lián)，再通過集中式PCS進(jìn)行功率變換，典型產(chǎn)品如陽光電源PowerTitan。

? 中高壓直掛（級聯(lián)）：采用級聯(lián)PCS，不經(jīng)過變壓器，直接通過并網(wǎng)電抗器運(yùn)行于3kV及以上電壓等級電力系統(tǒng)中，代表廠商如智光電氣、新風(fēng)光、南瑞繼保等。

? 分布式能量塊：將電池、BMS、PCS、消防、溫控都集成在一個箱子內(nèi)形成能量塊，可實(shí)現(xiàn)交流側(cè)無限并聯(lián)，解決了集中式儲能等各種問題的同時可實(shí)現(xiàn)更快的交付速度，代表廠商主要為奇點(diǎn)能源。

主要儲能系統(tǒng)技術(shù)路線

資料來源：儲能匯公眾號，中金公司研究部

中金公司認(rèn)為傳統(tǒng)集中式儲能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在諸多問題，各集成商均推出簇集管理解決方案，對電池性能及系統(tǒng)效率產(chǎn)生較大改進(jìn)，在終端業(yè)主重視電站運(yùn)營、全生命周期成本背景下，簇集管理方案有望迎來加速滲透，同時對各儲能系統(tǒng)集成廠商的技術(shù)能力提出更高要求。