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海基新能源余峰:储能—直面当下的挑战

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/9/1 16:28:32  我要投稿  

北极星储能网讯:目前储能处于一个高速发展的阶段,通过我们国家政策的引导,储能+新能源:风储、光储以及电网+储能、储能+其他,很多行业很多区域都应用了储能,储能现在迎来一个大的发展机遇同样也有挑战,机遇与挑战并存,储能产品更可靠、更稳定、更安全,这样储能才能走得更长远。

——海基新能源 余峰

2020年8月26-28日,由中国能源研究会、中关村管委会、中关村科学城管委会指导,中国能源研究会储能专委会、中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所联合主办的“第九届储能国际峰会暨展览会”在北京召开。峰会主题聚焦“聚储能十年之势,创产业十四五新机”,同期举办储能联盟十年纪念论坛。北极星储能网、北极星电力APP对本次峰会进行全程直播。

在8月28日举办的“储能安全与标准”分论坛上,江苏海基新能源股份有限公司董事长余峰作了“储能—直面当下的挑战”主题报告。

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海基新能源 余峰

余峰:非常荣幸与大家在这里交流,我今天汇报的主题是储能-直面当下的挑战。目前我们储能处于一个高速发展的阶段,通过国家政策的引导,储能+新能源就是风储、光储以及电网+储能、储能+其他,很多行业、区域都应用了储能,储能现在迎来一个大的发展机遇,这在整个储能大会上会有诸多专家和业内同仁做这方面的介绍,我就不再多讲。我们迎来了机遇,同样也有挑战,也就是机遇与挑战并存!目前,规模化、恶劣环境以及复杂工况等等都是对我们储能产品的挑战,这就要求储能产品必须更可靠、更稳定、更安全,只有这样,储能才能走得更长远,细分下来有这几个区块,分别是循环寿命、系统效率、安全性能以及储能的利用率,海基特地针对以下几点做了一些对比研究,一是储能循环寿命的影响因素,二是储能系统效率的影响因素,三是储能安全性的影响因素。

下面我给大家做一些介绍,第一个是储能系统运行中的循环寿命与电芯标定的循环寿命存在一定差异:通常我们在对电芯的循环寿命进行测试验证时,得到的实际循环次数分布在5000次左右,然而实际项目应用当中,根据右图,我们对比了6MWh的储能系统,该项目在2018年6月份投运,目前已运行1400周,实际运行当中,我们可以看到储能系统与单体电芯的循环寿命偏差会越来越大;同时我们对单体电芯与各个电池簇实际循环寿命剩余容量进行对比,根据图示,这也呈现出一个不断扩大差距的趋势,系统循环剩余容量其实明显低于电芯的循环。系统提前衰减达不到要求的总电量,也是我们的吞吐量,从经济效益来说不能与预期相吻合,影响储能用户的收益,从整个系统管理上来讲,SOH的算法不能准确估算,会影响我们整个系统SOC的准确性。

下面我们又针对储能系统循环寿命因素做了几个对比研究,主要是在温差、压差、内阻差以及配组容量差这几个方面做了提取对比,第一个图:温差大小对模组循环寿命的影响,我们大致测了五千多次有关温差10度和温差5度的对比,对比下来可以看出:温差小,比温差大,整个循环寿命相差1.2%,也就是温差越小,我们的循环寿命衰减越缓慢一些。第二个图:我们对比了电芯压差对循环寿命的影响,电芯的压差我们最初配比一个压差是10毫伏,一个压差是5毫伏,最终对比下来在500周左右的时候,循环寿命差值相差0.9%,也就是说电芯压差配组一致性更好,对循环寿命是有利的。第三个图是针对内阻差对循环寿命的影响进行了对比,一个内阻差在10%,一个在20%,最终可以看出内阻差值小的有利于循环寿命,偏差值对比起来是0.5%。最后我们对容量差进行了对比,我们是针对于一定上限,配组往上偏差,一个偏差5%,一个偏差10%,最终对比压力现在在500次的时候,大约偏差值是1.2和0.9%左右。通过整个对比,温度差对于储能系统循环寿命的影响是比较大的,内阻差与容量差的影响会偏小一些。那我们有什么解决办法呢?第一:压差、内阻差以及容量差,可以通过控制配组工艺要求、工艺技术做相关的配置;第二:温度差,可以通过减小整个运行系统的梯度温度。

如何减小内部温度梯度?我们通过仿真模拟以及实际测试对比发现,模组在内部存在散热的死角,我们通过分散做模组的散热,有可能温差是没办法控制的,所以我们针对性做了一个专利,叫均温风道的设计,通过均温风道,根据右图可以看出,实际上的温差是减小了,通过模拟分析以及实际长期的1C充放电循环测试来看,我们内部最高温度控制在34.4℃,最低温度30.3℃,温差在4.1度,明显优于未加均温风道的设计。所以我们觉得在实验对比分析来看,光通过风扇来做均温或者降温的话,其实还需要辅助一些均温措施。

第二个是针对储能系统效率这方面做了一些对比研究,右图是我们园区内的储能系统,通过对空调耗电量的统计,可以发现在相同季节环境温度在比较相近的情况下,统计了日均耗电量,2019年4月份与10月份这两个环境温度偏差比较小的对比来看,会有缓慢的增长,一年之后同样在今年4月份,空调的功耗,耗电量是增加了5%,从另一方面印证了从系统效率上面,通过时间的增长,实际上效率是有所下降的。实际上除了电芯本身的充放电效率和本身的元件材质、制造工艺、材料体系之外,储能系统的效率也与充电状态、充电电压、环境温度以及内阻等因素有很大关系,通过长期的运行数据观察,我们发现储能系统效率降低,原因有以下几点:第一个是环流,电池系统内部,电池簇之间随着时间的增长,差异性会逐步增大,产生电池系统内部的环流,这个环流在逐步增大的过程;第二个是老化,功率电缆连接处由于长期运行、冷热交替,可能会出现松动老化以及电流汇流排锈蚀老化的过程;第三个是电芯内阻由于循环次数的增加电芯内阻也会缓慢的增加。怎么改善?第一是减小系统的温差,上一个研究已经做了一些说明;第二是选择可靠的电缆连接方式并定期进行巡检;第三是通过提高整个电池系统直流电压等级,开展高压直流侧的储能系统,这样会有助于提高系统的效率。

所以我们针对性的做了一下高压直流侧储能系统的研发,并做了相应循环的测试。右图蓝色的圆圈表示是电芯循环效率的图,它是处于最高的,我们常规的850V的直流侧电池系统效率是比较低的,是绿色的圆圈,1500V系统效率是高于850V直流侧的系统的。针对高压直流侧的系统,电压等级高,超过1000V后电气绝缘等级等要求有跨越性的提高。主要的技术挑战第一个是系统的耐压以及绝缘性能,第二个是高压保护措施。第一:对电芯做了一些保护,从包膜材料以及工艺,从包膜材料找更高耐压的顶级材料,并采用环形包膜的工艺;第二:在电池模组设计上,在结构上充分考虑绝缘间距以及爬电的距离;选择继电系数更高的材料,比如PBT材料;第三:在系统管理方面,配套开发高压版BMS的系统,因为高压对电子元器件的要求就提高了一个等级;第四:控制电气回路,我们要做高压相应的电气绝缘的保护;第五:采用比较可靠的连接方式,通过铜排连接增加接触面积,避免接插件的老化;第六:电缆方面,使用高电压等级的功率线缆。

对安全性来讲,刚才王教授也做了介绍,除了电池本体的安全要通过国内各种测试认证之外,刚才也提到从电气绝缘性能来讲,对储能系统有非常重要的提升作用。我们在模组方面做了相关热失控的实验,以及热失控扩散的安全监测,包括温度、电压,这个跟我上面介绍的有一定相同的地方。

从未来研究方向,针对储能系统,我们对电芯材料也有相应新型技术的开发,包括负极的底涂涂层,正极双亲性底涂,以及改性SEI膜,通过添加导电剂,以及电芯内部绝缘导热的措施,降低电芯内部的温度梯度,这些方面研究开发应用,是为了提高电芯循环次数以及降低电芯内部内阻,减少发热以及温度梯度,提高电芯的充放电的能量率。

从储能模组,包括电池簇这块的开发方向,我们是优化产品服务,提升用户体验,扫一下这个二维码,就可以从手机上很轻松的看到模组的安装方式。从包装规范来说,物流、收货信息、序列号等产品信息可以很轻易的获取,减少信息的不对称性。从用户资料获取方面,除了纸质文档外,还可以通过我们公司的网络平台、手机上面的服务平台,在线获取资料。安装支持方面,除了这个二维码,另外产品上面的辅助标识可以支持手机扫码,很轻易就获得安装教程指导,提高用户的体验。第四个是我们的服务平台,产品序列号以及信息的查询,可进行产品的追溯。系统方面可以针对性的对客户进行定时定量的服务以及解决方案的服务,这是模组、电池簇以及系统方面。

最后介绍一下江苏海基,我们是成立于2016年4月份,是由江苏百川高科新材料股份公司、无锡时代百川一期投资基金企业等投资组建,注册资本6亿元,我们的产品涵盖了磷酸铁锂、三元等多种材料体系,拥有多种规格型号的方形铝壳电池产品,在风电储能、光伏储能、电网调峰、商用调峰、电网调频、户用储能等储能系统领域,以及通信电源、移动电源以及UPS电源等领域,都有广泛应用。海基成立以来获得了行业内的认可,在中关村储能白皮书上可以看到2019中国储能技术提供商排名,我们排名全国第二,也是非常感谢行业内部的支持。右侧是我们做的一些典型的项目。以上就是江苏海基的介绍,谢谢大家。

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