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电化学储能系统集成设计要点

储能系统分类：集中式、分布式、智能组串式、高压级联、集散式按电气结构划分，大型储能系统可以划分为：

（1）集中式：低压大功率升压式集中并网储能系统，电池多簇并联后与PCS相连，PCS追求大功率、高效率，目前在推广1500V的方案。

（2）分布式：低压小功率分布式升压并网储能系统，每一簇电池都与一个PCS单元链接，PCS采用小功率、分布式布置。（3）智能组串式：基于分布式储能系统架构，采用电池模组级能量优化、电池单簇能量控制、数字智能化管理、全模块化设计等创新技术，实现储能系统更高效应用。

（4）高压级联式大功率储能系统：电池单簇逆变，不经变压器，直接接入6/10/35kv以上电压等级电网。单台容量可达到5MW/10MWh。

（5）集散式：直流侧多分支并联，在电池簇出口增加DC/DC变换器将电池簇进行隔离，DC/DC变换器汇集后接入集中式PCS直流侧。

储能技术路线迭代围绕安全、成本和效率安全、成本和效率是储能发展需要重点解决的关键问题，储能技术的迭代核心也是要提高安全、降低成本、提高效率。

（1）安全性储能电站的安全性是产业最关注的问题。电化学储能电站可能存在的安全隐患包括电气引发的火灾、电池引发的火灾、氢气遇火发生爆炸、系统异常等。追溯储能电站的安全问题产生的原因，通常可以归咎于电池的热失控，导致热失控的诱因包括机械滥用、电滥用、热滥用。为避免发生安全问题，需要严格监控电池状态，避免热失控诱因的产生。

（2）高效率电芯的一致性是影响系统效率的关键因素。电芯的一致性取决于电芯的质量及储能技术方案、电芯的工作环境。随着电芯循环次数增加，电芯的差异逐步体现，叠加运行过程中实际工作环境的差异，将导致多个电芯之间的差异加剧，一致性问题突出，对BMS管理造成挑战，甚至面临安全风险。电池模组间串联失配：串联的电芯可用容量只能达到最弱电池模组的容量，使得其他电池容量无法被充分利用。电池簇间并联失配：并联链路上的电池簇可用容量只能达到最弱电池簇的容量，使得其他电池容量无法被充分利用。电池内阻差异造成环流：电池环流使得电芯温度升高，加速老化，加大系统散热，降低系统效率。在储能电站设计和运行方案中，应当尽量提高电池的一致性以提高系统效率。（3）低成本储能系统的成本与初始投资和循环寿命有关。电池材料的老化衰退、充放电制度、电池运行温度、单体的一致性都会影响电池的循环寿命。当集装箱内电池温差大于10度，会导致电池寿命缩短15%以上。模组间温升差异也会导致整体系统寿命缩短。储能系统应当通过优化充放电方式、降低系统间温差、提高电池一致性来提升系统循环寿命。

储能集成技术路线：拓扑方案逐渐迭代

集中式方案：1500V取代1000V成为趋势随着集中式风光电站和储能向更大容量发展，直流高压成为降本增效的主要技术方案，直流侧电压提升到1500V的储能系统逐渐成为趋势。相比于传统1000V系统，1500V系统将线缆、BMS硬件模块、PCS等部件的耐压从不超过1000V提高到不超过1500V。储能系统1500V技术方案来源于光伏系统，根据CPIA统计，2021年国内光伏系统中直流电压等级为1500V的市场占比约49.4%，预期未来会逐步提高至近80%。1500V的储能系统将有利于提高与光伏系统的适配度。回顾光伏系统发展，将直流侧电压做到1500V，通过更高的输入、输出电压等级，可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组的损耗，提高电站系统效率，设备（逆变器、变压器）的功率密度提高，体积减小，运输、维护等方面工作量也减少，有利于降低系统成本。以特变电工2016年发布的1500V光伏系统解决方案为例，与传统1000V系统相比，1500V系统效率提升至少1.7%，初始投资降低0.1438元/W，设备数量减少30-50%，巡检时间缩短30%。1500V储能系统方案对比1000V方案在性能方面亦有提升。以阳光电源的方案为例，与1000V系统相比，电池系统能量密度与功率密度均提升了35%以上，相同容量电站，设备更少，电池系统、PCS、BMS及线缆等设备成本大幅降低，基建和土地投资成本也同步减少。据测算，相较传统方案，1500V储能系统仅初始投资成本就降低了10%以上。但同时，1500V储能系统电压升高后电池串联数量增加，其一致性控制难度增大，直流拉弧风险预防保护以及电气绝缘设计等要求也更高。分布式方案：效率高，方案成熟分布式方案又称作交流侧多分支并联。与集中式技术方案对比，分布式方案将电池簇的直流侧并联通过分布式组串逆变器变换为交流侧并联，避免了直流侧并联产生并联环流、容量损失、直流拉弧风险，提升运营安全。同时控制精度从多个电池簇变为单个电池簇，控制效率更高。山东华能黄台储能电站是全球首座百兆瓦级分散控制的储能电站。黄台储能电站使用宁德时代的电池+上能电