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火电厂储能调频电池选择:1C vs 2C

北极星储能网  来源:融和元储    2021/3/11 9:07:27  我要投稿  

北极星储能网讯:最近两年,行业内对于储能电池的选择普遍转向磷酸铁锂,这是因为磷酸铁锂比三元锂电池更安全。尤其2018年前后韩国出现多起三元锂电池储能电站着火事故,加上国内磷酸铁锂电池技术路线更早起步,更成熟,成本也比三元锂电池有一定的优势,磷酸铁锂在国内储能市场占据了行业的主导地位。而储能领域门槛比较高的火电厂储能调频应用,电池的选择除了铁锂三元之争外,还一直存在着倍率之争。

曾经有过一篇文章比较清楚的阐述了2C和1C铁锂电池选择的不同声音。

融和元储作为火电厂调频领域的参与者,从其他方面分析磷酸铁锂的倍率选择问题。

首先,火电厂调频应用储能电池的选择应该从应用出发。火电厂调频应用是储能系统联合机组跟踪调度AGC指令,一般一个指令持续时间为2分钟左右,假设考虑5个连续爬升指令,储能的满功率放电总计也不超过10分钟,也就是说配置10分钟电池容量就可以满足应用要求了。从相关报告可见,美国的调频应用项目一般配置15分钟。

仅从应用需求考虑,应该使用至少4C以上的电池,当然,2C电池配置功率满足要求的情况下,也可以干4C的活,并且电量更足。同理,1C甚至更低倍率的电池,只要配置功率够了,都可以满足调频应用需求。以30万机组,配置9MW储能系统为例,不同倍率电池的配置方案如下:

可见,功率相同的情况下,不同倍率的电池配置的容量是不同的,但是完成的工作是一样的。

第二,技术成熟度。早在2011年,国内第一个火电厂储能调频电站由北京睿能世纪开发建设并验证了技术的可行性,也为国内储能参与火电调频拉开了序幕。石景山项目选择的是美国A123的电池和ABB的2MW储能变流器系统,配置容量约为500kWh/2MW,可见,电池系统倍率可达到4C。注意这里说的是系统,而不是电芯,通常大家说的1C和2C指的是电芯倍率,而不是系统倍率。电芯倍率和系统倍率的区别在哪里呢?

众所周知,电池有一致性的问题,组成系统后就会有木桶效应,性能最差的电芯决定了系统性能;因此,2C倍率的电芯很难做出来2C的系统。此外,考虑到电池放电时电压降低的影响,系统倍率会进一步打折扣。通常情况下,磷酸铁锂电池的额定电压是3.2V,当放电时,电压可能会降低到2.8V~3V左右,而储能系统功率恒定的情况下,电流倍率会上升至3.2/2.8=1.14倍。为了不让电芯倍率超过设计倍率,并且不考虑系统降容的情况下,建议的配置方案如下:


从技术成熟度角度出发,各种倍率电池都有成熟的应用案例,尤其近几年,国内锂电池大厂,比如比亚迪、宁德时代、天津力神等也都推出了高倍率电池,因此倍率之争远不是技术成熟度的问题。

第三,经济性。从上面分析可见,技术上不同倍率电池都可以满足要求,配置方案的不同,必然带来经济性的差异。从过去多年市场的选择来看,曾经是4C和2C的竞争,然后是2C和1C的竞争,那么未来会不会是1C和0.5C的竞争呢?2C和1C的竞争一定是1C胜出吗?相信市场会给出答案。这里,仅从如下几个方面分析经济性:

1)电池本身的成本。毫无疑问,倍率越高,单位Wh电芯的价格越高。从成本考虑,4C电芯的成本肯定不是2倍的2C电芯的成本,同样,2C电芯成本也不是1C电芯成本的两倍。2)系统成本。倍率越高的电池,越不适合做大。而容量较小的电芯的外围集成成本会也会高于大电芯的外围成本。根据近期投标数据显示,2C系统单位Wh造价大约比1C系统高,但是系统总体造价,2C系统比1C系统造价低30%左右。3)更换维护费用。在产品质量一致的情况下,显然倍率越高的电池,节点越多,同样的充放电电量,高倍率电池更换的频次也会越多。视乎高倍率电池维护费用要高于低倍率电池,那么问题是,高倍率电池的一个pack容量可能是1.5kWh,而低倍率电池一个pack的容量可能是10kWh,同样更换一个节点(pack),哪个的更换维护费用高呢?此外,在调频这种应用情况下,高倍率电池的循环寿命到底怎么计算,从各种运行数据来看,还不能仅仅把电量累积作为电池循环寿命的唯一判断依据。还应该考虑温升、实际工作倍率、DOD深度等综合因素。4)可靠性和安全性。前文中提到安全性转移问题,但是这个与倍率选择无关,安全性和可靠性应该是厂家应该持之以恒追求的最基本要求。

第四,投资风险。显然,在政策变动较快的情况下,用尽可能少的资金快速回本是降低风险的有效手段。

综合上述分析,到底应该选择1C电池还是2C电池系统,应该综合考虑上述因素,而最终的选择应该归结为充放电单位电量的收益是多少钱,比如假设9MW4.5MWh的项目,每天循环2个循环,收益是4.5万元,那么充放一度电的收益为4.5万元/4.5MWh/2= 5元/kWh, 而目前的度电成本假设是0.5元,那么每度电的毛利润为4.5元。


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