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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/程文智）近年來(lái)，儲(chǔ)能項(xiàng)目成為了市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)，特別是2017年后，裝機(jī)量迅速提高。今年內(nèi)上半年，我國(guó)各省公布的大中型儲(chǔ)能項(xiàng)目備案的項(xiàng)目已經(jīng)接近60GWh；2021 年美國(guó)儲(chǔ)能總裝機(jī)量約6.8GWh，預(yù)計(jì)至2022 年底將達(dá)12GWh，預(yù)計(jì)同比增長(zhǎng)77%，其中預(yù)計(jì)今年的新增裝機(jī)量為5.4GWh；歐洲2021年底，電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量達(dá)3.3GWh，今年預(yù)計(jì)可達(dá)4.7WGh。儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)量的快速提升，其發(fā)展趨勢(shì)正在向單個(gè)項(xiàng)目容量大型化，逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電壓等級(jí)高壓化方向發(fā)展。正是因?yàn)檫@個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，儲(chǔ)能項(xiàng)目的安全性顯得格外重要，畢竟儲(chǔ)能站起火可不是小事情。那么從技術(shù)上來(lái)看，如何來(lái)保障儲(chǔ)能站的安全呢？一般來(lái)說(shuō)可以從三個(gè)方面著手，即電芯自身安全性、逆變器性能和消防系統(tǒng)。

電芯自身安全性

安全性最主要來(lái)源于電芯本身。電芯質(zhì)量好、一致性好，出現(xiàn)故障的概率就小或耐用性強(qiáng)，所以大中型儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備選擇時(shí)，一定要采用一線品牌的電芯。電芯類型方面有用三元鋰電池的，也有用磷酸鐵鋰電池的，不過(guò)磷酸鐵鋰電池的占比更高，占了90%以上。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，未來(lái)會(huì)有更多廠商采用磷酸鐵鋰電池，因?yàn)榱姿徼F鋰電池的安全性相對(duì)來(lái)說(shuō)更高一些。加上鋰電池產(chǎn)能擴(kuò)充得非常快，未來(lái)磷酸鐵鋰電池可能會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)到95%，其余5%留給其他類型的電池，比如液流電池、鈉離子電池等等。從廠商方面來(lái)看，第一梯隊(duì)有寧德時(shí)代、億緯鋰能等廠商；第二梯隊(duì)有瑞浦能源、中航鋰電、海辰新能源等。當(dāng)然，還有國(guó)軒高科、欣旺達(dá)、比亞迪等電池廠商也有相關(guān)產(chǎn)品。

逆變器性能對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目安全性的影響

一般來(lái)說(shuō)，逆變器會(huì)串聯(lián)能源管理系統(tǒng)（EMS）與電池管理系統(tǒng)（BMS）來(lái)對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)。其中，EMS為決策環(huán)節(jié)，逆變器PCS為執(zhí)行環(huán)節(jié)，BMS為監(jiān)控環(huán)節(jié)。PCS在儲(chǔ)能系統(tǒng)中居中，向上與 EMS通訊互動(dòng)，向下管理 BMS更多的起到保護(hù)作用，比如當(dāng)儲(chǔ)能電站與外界的大電網(wǎng)連接，如果大電網(wǎng)出現(xiàn)不利于儲(chǔ)能電站的頻率或電壓波動(dòng)， PCS會(huì)起到保護(hù)直流側(cè)電池組的職責(zé)，所以 PCS也是安全中特別關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。從難易程度來(lái)看，PCS的難度最高。因?yàn)殡娦镜纳a(chǎn)過(guò)程中需要管理的材料只有三、四十種，而PCS的生產(chǎn)過(guò)程種需要調(diào)度的配件高達(dá)上千種，所以PCS生產(chǎn)的復(fù)雜度更高。加上逆變器的生產(chǎn)包括了電力電子、高壓電氣、控制、芯片等領(lǐng)域，技術(shù)壁壘更高。目前大型集中式儲(chǔ)能逆變器市場(chǎng)中，上能電氣的市占率最高、陽(yáng)關(guān)電源第二、科華數(shù)據(jù)第三。這三家基本瓜分了100MWh以上儲(chǔ)能項(xiàng)目的逆變器市場(chǎng)，合計(jì)市占率高達(dá)80%。其中，80%，留給其他廠家的空間很少。其中上能電氣市占率約40%，優(yōu)勢(shì)較大，主要原因可能在于上能電氣不開(kāi)展系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)而陽(yáng)光電源開(kāi)展集成業(yè)務(wù)。上能電氣專注于公用逆變器及附屬系統(tǒng)，可與市面上所有儲(chǔ)能系統(tǒng)集成，包括海博思創(chuàng)、電工時(shí)代、寧德下屬的時(shí)代星云、比亞迪在內(nèi)均會(huì)采購(gòu)上能的逆變器；而陽(yáng)光電源的集成業(yè)務(wù)與其他集成商構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，其他集成商可能不會(huì)首選陽(yáng)光電源的逆變器。其次難度的是BMS。BMS涵蓋硬件和軟件，未來(lái)偏向硬件的層面會(huì)越來(lái)越多。隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)的興起，這兩年國(guó)內(nèi)很多芯片廠商都開(kāi)始開(kāi)發(fā)BMS相關(guān)芯片，未來(lái)幾年BMS芯片市場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

圖：電池管理系統(tǒng)發(fā)分類和簡(jiǎn)要框圖（來(lái)源：創(chuàng)芯微）

相對(duì)來(lái)說(shuō)，EMS的難度更低一些。因?yàn)镋MS可以認(rèn)為是純粹的軟件系統(tǒng)，門(mén)檻不是很高，僅需熟悉電網(wǎng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行特性即可。有專家認(rèn)為，市場(chǎng)上有能力做工控軟件的公司幾個(gè)月就可以獲得突破。

消防措施保證儲(chǔ)能安全

一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池生產(chǎn)所需要的材料主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜及包裝材料等。電池包主要包含電池模組、蓋板、防護(hù)層、散熱系統(tǒng)和電池托盤(pán)等。

圖：電池包結(jié)構(gòu)（來(lái)源：琻捷電子）

由于鋰離子電池結(jié)構(gòu)的特性，如果發(fā)生熱失控的話，隨著溫度的上升，最早是隔膜分解，隨后電解液、EC等會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，電解液的分解物還會(huì)與正極、負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，電芯隔膜將融化分解，多種反應(yīng)導(dǎo)致大量熱量的產(chǎn)生。隔膜融化導(dǎo)致內(nèi)部短路，電能量的釋放又增大了熱量的產(chǎn)生，這種累積的互相增強(qiáng)的破壞作用，后果就是導(dǎo)致電芯防爆膜破裂，電解液噴出，發(fā)生燃燒起火，甚至爆炸。為了防止儲(chǔ)能項(xiàng)目發(fā)生起火或者爆炸的事故，可以從PACK級(jí)別消防和先進(jìn)的氣體檢測(cè)技術(shù)出發(fā)。結(jié)合監(jiān)控稀有氣體（比如一氧化碳、甲烷等），可以提前發(fā)現(xiàn)隱情并預(yù)警。還有一些技術(shù)可以監(jiān)控固定空間的粒子數(shù)量，比如部分PACK內(nèi)連接線纜等被加熱升溫時(shí)粒子數(shù)量會(huì)急劇上升。這種監(jiān)控粒子數(shù)量的方案比監(jiān)控從電解液中加熱蒸發(fā)出來(lái)的稀有氣體方案能更早知道電池內(nèi)部的情況，可提前45分鐘發(fā)出預(yù)警。如果將這種技術(shù)與 PACK級(jí)噴淋消防技術(shù)結(jié)合，即可解決整個(gè)大型儲(chǔ)能電站發(fā)生嚴(yán)重事故或火災(zāi)的問(wèn)題。因?yàn)槿粝绹娏苋孔龅絇ACK級(jí)別，可針對(duì)PACK單獨(dú)噴淋降溫，在未發(fā)生爆炸前就將其完全冷卻，阻斷事故蔓延。不過(guò)，目前雖然技術(shù)可以達(dá)到，但成本較高，未來(lái)成本將會(huì)是技術(shù)推行的難點(diǎn)。如果消防可以做到便宜高效，則更可以保障大型儲(chǔ)能項(xiàng)目安全，有利于GWh級(jí)別的項(xiàng)目推廣。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在儲(chǔ)能項(xiàng)目很熱門(mén)，但也有很多技術(shù)難點(diǎn)需要行業(yè)內(nèi)企業(yè)和專家共同努力，一起解決。

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