Sotto la crisi climatica globale, la sostituzione di combustibili fossili con energia pulita è diventato il percorso fondamentale per l'umanità per raggiungere gli obiettivi di neutralità del carbonio. Tuttavia, con il continuo aumento della proporzione di un vento instabile e energia pulita solare collegata alla rete elettrica, pone enormi sfide al funzionamento stabile della rete elettrica. La tecnologia di accumulo di energia risolve il problema dello squilibrio spaziale e temporale nell'energia pulita del vento e solare, garantisce il funzionamento sicuro e stabile della rete elettrica e forma un nuovo tipo di sistema di alimentazione con la struttura di base della "conservazione del carico della rete sorgente", diventando un importante supporto per l'umanità per ottenere soluzioni energetiche sostenibili.
Guardando avanti al settore dello stoccaggio energetico nel 2025, la continua emergenza di soluzioni di integrazione del sistema è il tema principale che attraversa sia il lato utente che il lato della rete di origine. Come integrare componenti chiave come pacchi batteria, convertitori di accumulo di energia (PC), sistemi di gestione delle batterie (BMS) e sistemi di gestione dell'energia (EMS) attraverso soluzioni efficaci per massimizzare l'economia del sistema e la sicurezza è diventato il primo principio di sviluppo del settore. La complessa forma del prodotto di accumulo di energia combinata con modalità di applicazione complesse ha gettato le basi per la rivoluzione della tecnologia di integrazione. Quindi, la domanda è: che tipo di percorso di integrazione dovrebbe essere scelto per diversi scenari di applicazione ora? Dove andrà la futura tabella di marcia tecnologica?
1. Integrazione di accumulo di energia di prima generazione: soluzione centralizzata
Lo stoccaggio di energia centralizzato è il percorso di integrazione tradizionale di prima generazione nel settore, che collega più cluster a batterie in parallelo sul lato CC e forma un contenitore per batterie con BMS, sistema di controllo della temperatura, sistema di protezione antincendio automatica e dispositivo di distribuzione AC/DC. Allo stesso tempo, nella sezione Convertitore e Boost, i PC e il trasformatore sono combinati in un contenitore di potenza e i due contenitori sono collegati da un cavo a CC.
A causa dei vantaggi della soglia di basso costo e bassa tecnologica, ha rapidamente occupato il mercato di accumulo di energia ed è diventato il percorso di integrazione dell'energia tradizionale di prima generazione, mirando principalmente alle centrali elettriche di accumulo di energia su larga scala sul lato della rete di origine.
Tuttavia, dopo un gran numero di operazioni collegate alla griglia, anche le soluzioni centralizzate affrontano numerosi problemi. Dobbiamo rafforzare un concetto qui, l'intero costo dell'elettricità del ciclo di vita, che è influenzato da due fattori fondamentali: il costo completo degli investimenti del ciclo di vita e la capacità di produttività dell'elettricità del ciclo di vita. Il problema più grande con le soluzioni centralizzate è l'incapacità di ottenere una capacità ottimale per il throughput della potenza del ciclo di vita.
Dopo il collegamento parallelo delle batterie sul lato CC, a causa delle differenze nelle prestazioni elettriche tra le diverse batterie, ogni batteria potrebbe non essere completamente carica o scaricata, il che può anche causare gravi problemi di circolazione. Al fine di evitare i problemi di sicurezza del sistema causati dalla circolazione, un margine del 10% sarà riservato durante la ricarica e lo scarico, il che riduce la profondità di stoccaggio e scarico. In termini di progettazione di dissipazione del calore, i contenitori di solito utilizzano i condizionatori d'aria centralizzati 1-2 e richiedono dotti d'aria più lunghi, con conseguente bassa efficienza di refrigerazione e grandi differenze di temperatura all'interno del contenitore. Ciò aggrava l'incoerenza delle celle della batteria e riduce il numero di cicli di sistema. Per il processo di conversione, ci sono molti cluster di batterie collegati a un singolo PC e una volta che si verifica un guasto, la perdita di capacità è significativa, influisce sull'efficienza del sistema. La riduzione della capacità di produttore di potenza del ciclo di vita completo significa che le soluzioni centralizzate possono mantenere una buona efficienza economica solo attraverso la riduzione dei costi. Tuttavia, la riduzione dei costi porta anche più problemi di sicurezza. Finora, la maggior parte delle centrali elettriche di accumulo di energia che hanno riscontrato problemi di sicurezza hanno anche adottato soluzioni centralizzate. Allo stesso tempo, dal punto di vista del funzionamento e della manutenzione, le grandi unità di cabina prefabbricate occupano una vasta area, hanno una scarsa flessibilità, non supportano la miscelazione di batterie nuove e vecchie e hanno difficoltà a rifornire la potenza. Questi problemi diventeranno gradualmente evidenti nel processo operativo successivo.
In questa fase, il settore dello stoccaggio energetico sta ancora perseguendo il costo di investimento ottimale e la riduzione dei costi è il fattore fondamentale per la considerazione tecnica. Le ragioni alla base di questo sono duplici: in primo luogo, il modello di profitto poco chiaro di accumulo di energia e, in secondo luogo, il fatto che la maggior parte dei progetti sia nuova distribuzione e stoccaggio di energia e molte centrali elettriche hanno lo scopo di raggiungere obiettivi corrispondenti.
2. Integrazione di accumulo di energia di seconda generazione: soluzione distribuita
Il motivo fondamentale per la capacità di throughput a bassa potenza durante l'intero ciclo di vita delle soluzioni centralizzate è in realtà l'incoerenza delle celle della batteria. Se ogni pacco batteria non è controllato con precisione, ciò comporterà inevitabilmente una riduzione della profondità di stoccaggio, dell'efficienza del sistema e della durata della batteria.
Per risolvere questo problema, tutti hanno pensato di collegare un ottimizzatore di energia a ciascun modulo batteria
Il cluster a batteria è collegato al bus CC attraverso questo ottimizzatore di energia (CC/DC) e quindi collegato alla griglia tramite PC, che è una soluzione distribuita. Da centralizzato a distribuito, l'intero sistema può controllare accuratamente la potenza di ciascun cluster di batterie, risolvendo i problemi di ricarica insufficiente, scarica incompleta e corrente circolante causata dalla connessione parallela sul lato DC, migliorando notevolmente la profondità di stoccaggio e scarica del sistema e garantendo la durata della batteria. Tuttavia, a causa dell'aggiunta di moduli DC/DC, i costi delle apparecchiature sono aumentati e gli inverter a due stadi di DC/DC e PC hanno ridotto l'efficienza del ciclo di sistema e un aumento dei tempi di debug della connessione della rete.
A livello di integrazione fisica, la soluzione distribuita adotta ancora il layout del contenitore, che non può ottenere il layout di apparecchiature flessibili, l'isolamento della sicurezza della partizione e un gran numero di batterie collegate a un singolo PC e il problema della perdita significativa della capacità dopo il fallimento non è stato risolto.
Con l'emergere di soluzioni distribuite, le persone si sono spostate semplicemente dal perseguire costi di investimento ottimali per perseguire costi di elettricità ottimali per chilowattora. La capacità di produttore di potenza di vita completa è diventata sempre più importante e il graduale chiarimento dei modelli di profitto di accumulo di energia ha anche aggiornato la domanda del settore dal "completamento degli obiettivi di distribuzione e di stoccaggio" a "come realizzare profitti attraverso le centrali elettriche di stoccaggio di energia".
3. Integrazione di accumulo di energia di terza generazione: soluzione distribuita
Che si tratti di una soluzione centralizzata o distribuita, il suo core è quello di utilizzare la convergenza parallela sul lato DC e quindi invertire attraverso i PC, rendendo il contenitore una forma fisica necessaria. Tuttavia, non è mai stato in grado di risolvere i problemi di bassa efficienza del sistema e elevati costi di elettricità durante l'intero ciclo di vita. D'altra parte, con il continuo aumento della differenza di prezzo tra elettricità industriale e commerciale e il rapido aumento delle installazioni fotovoltaiche distribuite, hanno iniziato a emergere un gran numero di richieste lato utente. Al momento, esiste un punto dolore di incompatibilità tra la forma fisica dei contenitori e il complesso terreno delle piante industriali e commerciali. Allo stesso tempo, la capacità delle batterie container, che può facilmente raggiungere diversi MW, non può corrispondere al carico di elettricità degli utenti. Abbiamo bisogno di una soluzione di integrazione di accumulo di energia più flessibile per affrontare i punti deboli dei sistemi di accumulo di energia laterale dell'utente.
Il piccolo gabinetto è diventato la forma fisica della soluzione di integrazione di accumulo di energia di terza generazione
Sulla base di un piccolo armadietto, se viene ancora utilizzata la connessione parallela del lato CC, è ancora necessario un grande gabinetto PCS per completare il lavoro dell'inverter, che prevede due problemi. Uno è che i PC ad alta capacità occupano una vasta area e hanno requisiti elevati per il sito degli utenti, che non sono ancora adatti a molti scenari; Il secondo punto è che nel settore industriale e commerciale, con i continui cambiamenti nel carico di elettricità degli utenti, è necessario migliorare la flessibilità del rifornimento di energia e delle operazioni di espansione. I PC di grande capacità sono difficili da mantenere l'efficienza del sistema dopo il rifornimento e l'espansione dell'alimentazione e non possono soddisfare le esigenze degli utenti in termini di flessibilità.
La sistematizzazione del prodotto è diventata il concetto di base della soluzione di integrazione di accumulo di energia di terza generazione
Pertanto, alcuni produttori hanno proposto di utilizzare cluster a batterie altamente integrati, PC, BMS e sistemi di protezione antincendio di controllo della temperatura per creare piccoli armadi integrati, rendendo sistematici i prodotti. Utilizzando piccoli armadi, non solo possono essere superate i limiti degli scenari di applicazione, ma è possibile raggiungere un'espansione flessibile, risolvendo il problema del rifornimento di potenza. Ogni piccolo armadio è controllato da BM e PC indipendenti e la profondità di archiviazione può raggiungere il 100%. Il coordinamento dell'altezza tra PC e cluster per batterie ha anche superato nuove altezze nell'efficienza del sistema.
Le soluzioni distribuite hanno anche significative scoperte in sicurezza, poiché la progettazione fisica dei piccoli armadi e l'aumento dell'accuratezza del controllo consentono al sistema di individuare rapidamente e accuratamente le batterie problematiche in caso di rischi per la sicurezza. Allo stesso tempo, il rischio di fuga termica è anche controllato all'interno di un singolo gabinetto. Finché la resistenza al fuoco e all'esplosione del mobile è migliorata, l'area di impatto può essere effettivamente ridotta, consentendo ai vigili del fuoco abbastanza tempo per affrontare la scena del fuoco. L'energia di singolarità è stata la prima a proporre soluzioni distribuite e ora è diventato un crescente unicorno nel settore. Vari produttori hanno anche adottato soluzioni di integrazione distribuita per nuovi prodotti sul lato dell'utente.
Con l'emergere di soluzioni integrate di terza generazione, i sistemi di accumulo di energia distribuiti non sono solo ampiamente utilizzati sul lato dell'utente, ma spesso utilizzati spesso in progetti di rete di origine su larga scala. L'aumento della capacità di archiviazione e scarico del ciclo di vita piena, sicurezza e comodità operativa portata da soluzioni distribuite ha reso sempre più proprietari e istituti di progettazione disposti ad adottare questo nuovo modello. Sebbene possa portare ad alcuni aumenti di investimento iniziali, i benefici per il ciclo di vita completo sono ancora migliori delle soluzioni di container. Prendendo la regione autonoma di Ningxia, che ha il più alto aumento della nuova conservazione dell'energia sul lato della rete di origine nel 2024, ad esempio, abbiamo visto il rapporto mensile di accumulo di energia pubblicato dalla rete elettrica Ningxia e abbiamo visitato molte centrali elettriche locali di accumulo di energia con le istituzioni. Le ore di utilizzo complete delle centrali elettriche che utilizzano soluzioni distribuite si trovano nella posizione di spicco nel mese corrente e l'efficienza di conversione medio del lato CA è superiore al 90%. Secondo il feedback del personale in loco, l'EPC e il proprietario, a causa dell'uso di un sistema distribuito, il monitoraggio è diventato più raffinato e la sicurezza è stata migliorata. In effetti, il personale in loco non deve essere in servizio presso la centrale elettrica, raggiungendo davvero un funzionamento e una manutenzione online completi.
