中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：如果說(shuō)，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)、企業(yè)騰飛，需要“天時(shí)地利人和”，三者缺一不可。那么一項(xiàng)技術(shù)、一款產(chǎn)品的快速發(fā)展和普及，似乎也需要一定的“時(shí)運(yùn)”助力。
對(duì)于已經(jīng)完成從1000V到1500V迭代的儲(chǔ)能PCS而言，欲向更高一級(jí)的2000V進(jìn)發(fā)，同樣離不開(kāi)“天時(shí)”--市場(chǎng)需求、“地利”--相關(guān)技術(shù)協(xié)同、“人和”--企業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力。只是如此看來(lái)，PCS這條高壓演進(jìn)之路，似乎還要再走些時(shí)日。
系統(tǒng)升壓是決定因素
對(duì)于技術(shù)導(dǎo)向緊緊依附光伏行業(yè)的儲(chǔ)能而言，高壓化也如同組串式、液冷、構(gòu)網(wǎng)型等技術(shù)路線一般，承光伏一脈而來(lái)。
去年7月，陽(yáng)光電源直流 2000V 高壓逆變器在陜西榆林“孟家灣光伏項(xiàng)目”成功并網(wǎng)，并穩(wěn)定運(yùn)行至今。作為全球范圍內(nèi) 2000V 系統(tǒng)的首次落地實(shí)證，該項(xiàng)目仿如一記重錘，敲開(kāi)了光伏乃至儲(chǔ)能行業(yè)邁向2000V的大門(mén)。
今年3月，陽(yáng)光電源又發(fā)布了其光儲(chǔ) 2000V 高壓系統(tǒng)技術(shù)。
有行業(yè)人士表示，儲(chǔ)能需要大型集裝箱，一個(gè)儲(chǔ)能電站裝機(jī)容量達(dá)數(shù)百M(fèi)Wh，甚至是GWh級(jí)別，對(duì)高功率需求不斷提升。而電壓越高，能耗就越低?！霸谶@種情況下，需要并10kV、35kV的電網(wǎng)，電通過(guò)電池存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)逆變器后，再經(jīng)變壓器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。且一般都會(huì)并到高壓系統(tǒng)，然后通過(guò)電力傳輸?shù)接脩?hù)端?！?
成本上，高壓系統(tǒng)顯然也占據(jù)優(yōu)勢(shì)。儲(chǔ)能系統(tǒng)從1500V升級(jí)至2000V，則可減小系統(tǒng)損耗、提高功率，同時(shí)減少串聯(lián)組建數(shù)量，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)整體的制造成本。此外，電壓升級(jí)帶來(lái)的功率提升，也意味著客戶(hù)使用的產(chǎn)品數(shù)量減少，土地建設(shè)、施工成本也可相應(yīng)減少，具有明顯的降本增效優(yōu)勢(shì)。
據(jù)陽(yáng)光電源測(cè)算，相比1500V系統(tǒng)，2000V光伏系統(tǒng)全生命周期投資節(jié)省165億元/100GW；儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期投資節(jié)省120億元/100GWh。
從最初的600V發(fā)展到1000V，繼而至當(dāng)下的主流1500V，儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓等級(jí)一路高歌。而今，已有行業(yè)聲音認(rèn)為，儲(chǔ)能系統(tǒng)已在向2000V甚至以上電壓等級(jí)邁進(jìn)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的高壓化發(fā)展趨勢(shì)，自然傳導(dǎo)至電芯、PCS 、BMS等核心部件，并對(duì)其性能提出了更高要求。其中有著“系統(tǒng)心臟”之稱(chēng)的PCS，作為交直流電能雙向變換的中樞環(huán)節(jié)，其迭代升級(jí)更以適配直流側(cè)電池系統(tǒng)和交流側(cè)電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）為原則。
“在電壓等級(jí)上，PCS一定是緊跟系統(tǒng)發(fā)展要求的，儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓要向2000V發(fā)展，PCS自然緊隨其后?！蹦砅CS企業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)記者表示。
2000V系統(tǒng)市場(chǎng)待發(fā) PCS進(jìn)階缺乏溫床
盡管2000V儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用，且被推崇為新一代技術(shù)趨勢(shì)，但就當(dāng)下而言，其在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)以及供應(yīng)鏈等多個(gè)方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。
據(jù)陽(yáng)光電源光伏系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究專(zhuān)家杜榮華公開(kāi)介紹，當(dāng)前光伏系統(tǒng)、組件、逆變器、直流線纜等核心設(shè)備及零部件的IEC標(biāo)準(zhǔn)僅覆蓋1500Vdc，>1500Vdc相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍是空白。同樣，儲(chǔ)能領(lǐng)域也是如此。
在集成層面，2000V儲(chǔ)能系統(tǒng)將面臨更大的安全、技術(shù)挑戰(zhàn)，如此一來(lái)，集成商的技術(shù)壁壘將進(jìn)一步提高。
而在供應(yīng)鏈端，儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓等級(jí)從1500V到2000V的轉(zhuǎn)變，也意味著從變流器到連接器每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)都需要重新“量體裁衣”，以適應(yīng)更高電壓環(huán)境下電氣設(shè)備、電氣隔離、電弧故障等方面的挑戰(zhàn)，保障系統(tǒng)的安全性、可靠性和性能。
同時(shí)，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，相較于目前已導(dǎo)入市場(chǎng)的1500V/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，2000V儲(chǔ)能系統(tǒng)還只處于示范階段，真正落地應(yīng)用的項(xiàng)目少之又少。
沒(méi)有驅(qū)動(dòng)，何來(lái)發(fā)展；沒(méi)有需求，何來(lái)創(chuàng)新。對(duì)于適配同電壓等級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的2000V PCS而言，在2000V儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)還未活躍起來(lái)的情況下，的確很難發(fā)展成熟，更不用提成為主流，多數(shù)只停留在探討階段。
石家莊通合科技儲(chǔ)能產(chǎn)品線總經(jīng)理聶賀在接受中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)記者采訪時(shí)即表示，“目前，國(guó)內(nèi)的2000V系統(tǒng)的各部分子系統(tǒng)正處于快速構(gòu)建期，但在各子系統(tǒng)尚未完備的前提下，1500V PCS目前仍是市場(chǎng)主力產(chǎn)品。”
“對(duì)我們公司而言，我們會(huì)緊盯市場(chǎng)前沿動(dòng)態(tài)，但當(dāng)下還是以現(xiàn)階段的市場(chǎng)核心產(chǎn)品為導(dǎo)向?！彼a(bǔ)充道。
持同樣觀點(diǎn)的還有英博電氣儲(chǔ)能事業(yè)部總經(jīng)理李東坪，他將2000V PCS定義為“預(yù)研項(xiàng)目”?！拔覀円鶕?jù)市場(chǎng)變化，再?zèng)Q定何時(shí)、如何投入研發(fā)資源在這一方向上?！?
與1500V PCS相比，2000V PCS的能量密度和功率密度，以及系統(tǒng)效率都將得到進(jìn)一步提高。但由于缺乏實(shí)際應(yīng)用，具體能提高多少，還有待驗(yàn)證。
目前來(lái)看，京清數(shù)電是為數(shù)不多基于2000V儲(chǔ)能技術(shù)平臺(tái)真正推出相關(guān)儲(chǔ)能變流器的企業(yè)，具介紹，其2000V高壓儲(chǔ)能PCS產(chǎn)品相比主流1500V產(chǎn)品，預(yù)估功率密度可提升超32%、系統(tǒng)效率提升超0.5%、成本降低超8%。
供應(yīng)鏈技術(shù)能力需要提升
一定程度上，儲(chǔ)能電壓從1500V提升到2000V，要對(duì)應(yīng)關(guān)鍵部件的絕緣耐壓水平提高，因此2000V儲(chǔ)能電壓等級(jí)將會(huì)是電站系統(tǒng)中各關(guān)鍵構(gòu)件的一個(gè)新的挑戰(zhàn)，對(duì)器件的耐壓等級(jí)、絕緣強(qiáng)度也提出了更高的要求。
李東坪也提出，從PCS本身來(lái)看，2000V的實(shí)現(xiàn)在技術(shù)層面并不存在太大難點(diǎn)，最大的困惑在于2000V直流側(cè)的電氣相關(guān)元器件的配套尚不成熟。比如將器件的額定電壓提高至2000V，導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)的功率損耗必然會(huì)增加。對(duì)于直流側(cè)的斷路器等開(kāi)關(guān)廠商而言，這一技術(shù)升級(jí)還存在一些難度。
另外李東坪表示，目前2000V PCS配套的電氣器件供應(yīng)鏈可選的比較少，不利于降本。
從上游原材料角度來(lái)看，當(dāng)前行業(yè)正在經(jīng)歷從硅級(jí)IGBT向碳化硅IGBT過(guò)渡的階段，碳化硅耐高壓、高頻，可使IGBT模塊體積更小等，對(duì)于高壓PCS是很重要的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)強(qiáng)化對(duì)碳化硅等新材料的研究，可以提高器件的開(kāi)關(guān)速度、抗擊穿能力和導(dǎo)通特性，但其問(wèn)題就在于成本較高。
不過(guò)行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，特別是國(guó)產(chǎn)大規(guī)格IGBT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2000V儲(chǔ)能變流器也將擁有更大的降本空間。
此外，在結(jié)構(gòu)層級(jí)、封裝層級(jí)也需要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。比如增加JBS（約束區(qū)耗盡型結(jié)）工藝，減少摻雜，增加結(jié)構(gòu)電場(chǎng)均勻性等措施以提高器件的可靠性和安全性；比如采用全塑封和全鼓形封裝的技術(shù)，以提高器件的抗?jié)衩粜院涂拐饎?dòng)能力等。
可見(jiàn)，對(duì)于2000V儲(chǔ)能變流器而言，在加速材料、工藝、技術(shù)升級(jí)，使2000V安規(guī)器件具備更高可靠性和性?xún)r(jià)比上，仍然有進(jìn)步的空間。
2000V儲(chǔ)能需要系統(tǒng)集成企業(yè)主導(dǎo)
無(wú)論哪個(gè)行業(yè)，新產(chǎn)品、新趨勢(shì)、新應(yīng)用的“起勢(shì)”，幾乎都需要“領(lǐng)頭羊”企業(yè)的帶動(dòng)。在近期中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)的調(diào)研走訪中，獲得了這樣的觀點(diǎn)，“2000V PCS未來(lái)真正成為主流應(yīng)用，應(yīng)該是由具有PCS自研能力的系統(tǒng)集成商來(lái)引領(lǐng)。”
對(duì)此，聶賀就提出，一種可能是系統(tǒng)集成商將自研的2000V PCS首先應(yīng)用于自己的系統(tǒng)中，另一種則可能是將2000V PCS聚焦用于某一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，使2000V儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠體現(xiàn)出成本、功能等方面存在的突出優(yōu)勢(shì)。
“而能夠完成這一先行者使命的，應(yīng)該是在行業(yè)中頗具影響力和綜合實(shí)力的企業(yè)，比如陽(yáng)光電源、華為等?！?
“單純的PCS企業(yè)，僅從一個(gè)部件入手進(jìn)而開(kāi)發(fā)2000V產(chǎn)品，邏輯上有些行不通?！蓖瑫r(shí)，聶賀直言，因?yàn)镻CS要適配系統(tǒng)，在系統(tǒng)市場(chǎng)還沒(méi)做好大規(guī)模使用2000V準(zhǔn)備的情況下，就花很大的精力、財(cái)力去研發(fā)制造2000V PCS，這種可能性不大。
結(jié)語(yǔ)
儲(chǔ)能作為全球經(jīng)濟(jì)下行周期中，一個(gè)頗具增長(zhǎng)潛力的領(lǐng)域，在全球能源轉(zhuǎn)型和可再生能源發(fā)電占比提升的背景下，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。而技術(shù)的快速革新和多元化共競(jìng)，也正是行業(yè)上升的一個(gè)重要表現(xiàn)。
2000V儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一項(xiàng)被看好的未來(lái)趨勢(shì)，儲(chǔ)能變流器的2000V高壓進(jìn)程似乎已經(jīng)開(kāi)啟，但從實(shí)際需求、應(yīng)用，供應(yīng)鏈等相關(guān)技術(shù)協(xié)同，以及企業(yè)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)看，好像又差了一點(diǎn)火候。
只能說(shuō)，不急，究竟如何發(fā)展，且讓子彈再飛一會(huì)。
