發布日期：2022-04-28 點擊率：60
【導讀】前不久，國務院印發的《2030 年前碳達峰行動方案》指出，到2025年新型儲能裝機容量達到3000萬千瓦以上。而國家發改委和國家能源局稍早前發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》也明確了儲能發展目標：新型儲能裝機規模從2020年底的3.27GW增長至2025年的30GW，五年間年均復合增長率約55.8%。種種政策和產業風向都表明，國內新型儲能建設正在高速增長的“美好時代”。
市調數據顯示，2020年全球儲能裝機仍創新高，新增裝機達5.3GW/10.7GWh，其中中國和美國新增裝機都超過1GW。儲能正在成為實現“碳達峰”、“碳中和”目標的重要抓手，也是穩定電力系統的重要手段，是實現并保障高比例可再生能源的新型電力系統運行的強力支撐。對此，ADI中國產品事業部高級市場經理王星煒表示：“無論是分布式光儲配套還是集中式可再生能源儲能協同，儲能與可再生能源的結合是我國乃至全球低碳化發展的必然趨勢。”
“風光儲能”、“充電站儲能”……，多應用場景成熟助推儲能落地
新能源與清潔能源使得能源的產生、存儲、輸送、利用這一系列過程發生了巨大變革，帶動新型智能化輸配電與儲能技術的發展，以提供安全、可靠、綠色、高效能源動力保障。在此過程中，電力儲能經過十幾年的發展已經從實驗室迅速走向規模商業化。
儲能在新能源、汽車充電、工業以及生活場景中的應用模式越來越清晰化
儲能在新能源電網側和應用側都扮演著重要的角色。由于新能源并網必然導致電網穩定度受到影響，例如風能的季節性，太陽能日出日落的周期性……為了把新能源更好的用起來，必須克服它的波動性，而儲能系統可以實現平衡。業界有說法認為新能源達到15%以上就會對電網穩定性影響很大了，而30%可能就是一個紅線。“我們要解決低排放，必須要發展綠色能源，如何讓新能源安全可靠的在電網當中運行，儲能非常關鍵。”王星煒強調。
而儲能應用發展到今天，已經不僅僅是新能源電網側的儲能需求，從電動汽車充電站、工業供電儲能到家用儲能，已經呈現“多點開花”加速落地趨勢。“雖說現階段不少充電站直流快充樁已普及，但針對未來有多個大電流、高功率密度的直流樁同時工作的工況，為解決交流側能量供給不足的現實及多種能源協調發展的規劃，在電動汽車直流快充電站加裝儲能系統已成為行業共識。”王星煒指出。
考慮到有多個充電樁的充電站場景，電網需要針對高峰充電提供的峰值功率通常可能超過1 MW，這會造成電網可能在多個點上崩潰，或者需要投入巨額資金改善輸電線路或集中式發電廠，大幅提高基本負荷。“新能源電力+儲能+充電樁將形成一個多元互補能源發電微電網系統，在綠色能源云的管控下，儲能系統充當中間平衡器，不僅能有效平抑對配電網的負荷沖擊，降低充電站配電線路成本，還可以實現光伏自發自用、余電存儲，結合儲能峰谷套利，最大限度利用峰谷電價，達到經濟效益最大化。”王星煒進一步解釋道。
儲能系統促進電動汽車充電基礎設施建設
高精度、18通道BMS方案，多維度賦能儲能系統設計
無論是電動汽車還是儲能，都離不開電池管理系統（BMS）的賦能角色。“常見的儲能站相當于上萬個電池在一起，規模比電動汽車大得多，比起電動汽車，大規模推進鋰電池電網儲能技術，在高性能、穩定性、安全上要求更為嚴格，這其中高性能BMS的關鍵作用不可或缺。”王星煒指出，“ADI覆蓋整個能源的產生、傳輸、利用及存儲的全過程，通過包括電池BMS在內的系統和芯片技術賦能綠色能源云，讓可再生能源的使用更加合理，實現全生命周期節能減排。”
從BMS角度來看，電動汽車電池包與儲能電池包本質上是一致的，差別在于電動汽車電壓等級基本上到300伏、400伏這個等級，儲能需要800伏左右，未來可能1000伏，甚至到1500伏。隨著電壓等級的提高，對電壓、穩定度、充放電的穩定度，以及由于發熱帶來的溫度變化就變得更關鍵了。“精確可靠的電池荷電狀態（SOC）和健康狀態（SOH）計算最長可使電池壽命延長10年至20年。因此，BMS不是僅提供一些粗略的匯總值，而是要對內部模塊的大量數據和系統溫度進行精確測量，這對于電池組的充放電與監控至關重要。” 王星煒指出，“為此， ADI中國產品事業部推出了面向工業儲能的高精度18通道電池管理芯片ADBMS1818，專門針對儲能應用進行了優化的系統設計。”
作為一款多單元電池堆監控器，ADBMS1818可測量多達18個串聯連接的電池單元，具有0~5V的電池測量范圍，總測量誤差小于3.0mV，適合大多數化學電池應用。“由于ADBMS1818可在290 μs內測量所有18個電池單元，對于像50V這樣的電池模塊可以單芯片實現支持。對于像儲能應用場景而言，多個ADBMS1818器件串聯便可以同時監測很長的高壓電池串。” 王星煒強調道。此外，為了在影響BMS性能之前減輕系統噪聲，ADBMS1818內部集成了16位∑-Δ ADC，也預置了可編程的噪聲濾波器，大大減少了電磁干擾和其他瞬態噪聲的影響。
值得一提的是，在排列為電池組或模塊組的大型電池包的系統中，很多應用需要進行電池均衡，解決不同電池電芯在老化過程中由于多種因素導致的性能差異，例如電池組溫度梯度差異，超過SOC上限工作的電池電芯過早老化導致損失額外容量等等，這些差異以及自放電和負載電流的小差異都會導致電池不平衡。“針對于過充或欠充可以通過被動均衡來解決電池不平衡的問題，ADBMS1818可提供200mA的被動均衡能力。此外ADBMS1818有9個通用數字I/O接口可以作為溫度的測量，這些功能共同組成了單芯片完成一個電池包所有檢測的功能。如果把這些數據都送到整個電池架的管理單元，每個電池包的設計便會大大簡化。” 王星煒補充說到。
當前電池組的模塊化設計一方面增加了可擴展性、服務能力和外形尺寸的靈活性，另一方面要求為電池組間的數據總線提供電氣隔離。此外，電池組之間的布線必須能夠承受高水平的電磁干擾。隔離式雙絞線的數據總線是一種能夠以緊湊且經濟高效的方式實現這些目標的可行解決方案。與傳統的菊花鏈通信結構不同，ADBMS1818集成了隔離的SPI接口，與SPI主控制器的通信通過ADI LTC6820 isoSPI轉SPI信號轉換器，實現了不受RF干擾的遠距離高速通信，能夠在兩個完全電氣隔離的器件之間實現SPI通信所需的雙向數據傳輸。“這樣便把電池包組成非常安全、可靠的區塊鏈形式，以堆疊方式構建模擬前端可完美實現各類儲能系統的搭建。這種可堆疊多節電池監控器，在物理上一旦當中有損耗，控制器端都可以通過隔離SPI讀到每個芯片的數據，增加了整個電池管理系統的可靠性。”王星煒表示。
鋰電池產業生態持續優化，儲能應用落地將持續再加速
行業數據分析顯示，過去十年光伏發電的度電成本已經下降了89%，我國近80%的國土上光伏發電成本都已經低于燃煤。隨著電動車爆發帶來的產業鏈推動，電池成本將會持續下降，光伏+鋰電池儲能成本會不斷降低。根據GTM數據，2012年到2017年電化學儲能電站成本大幅下降78%，業界預計未來到2030年儲能成本會下降到1000元/kWh，我國大部分地區光儲結合都可以實現平價。目前，以磷酸鐵鋰電池為主的鋰離子電池建設的儲能電站已經在浙江、湖南、江蘇等省份建立。
此外，隨著電動汽車市場的突飛猛進，相關研究表明目前我國首批新能源汽車的動力電池全面迎來“退役期”，預計在未來5年的時間中，由于中國新能源汽車的快速發展，累計退役動力電池的總重量將超過80萬噸。“當汽車的鋰離子電池的充電容量下降到初始容量的 70% 到 80% 時，便無法再為汽車提供動力。但事實上這些電池實際上并非不具備電能力，依然可以在儲能等領域實現 5 至 10 年的壽命。”王星煒提到電動汽車退役電池的梯次利用時說道。
而說到梯次利用則不得不提及國家能源局前不久發布的《新型儲能項目管理規范（暫行）（征求意見稿）》，該文件要求在電池一致性管理技術取得關鍵突破、動力電池性能監測與評價體系健全前，原則上不得新建大型動力電池梯次利用儲能項目。由于當前退役電池存在缺乏“電池一致性管理技術”，“動力電池性能監測與評價體系”缺位的問題，特性不一致、缺乏權威監測的回收電池用于儲能應用具有極大的隱患。
“ADI很早就注意到這個問題，為此我們推出了無線BMS（WBMS）很好的解決這個問題，我們和中國電動汽車百人會發起成立了‘電池全生命周期聯合創新中心’， 就旨在聯合電池制造商、整車廠、充換電基礎設施提供商、電池梯次利用廠商等產業鏈上下游企業，基于無線BMS技術共同實現對電動汽車核心部件電池的關鍵特性持續監測，實現更精準、安全的電池生命周期管理，為相關產業鏈企業協同提供重要數據支撐。” 王星煒指出。按創新中心的構想，所有基于WBMS技術的電池在整個使用壽命中都可以持續收集電池數據并實現云存儲，這些數據為二手車交易、退役電池梯次利用在內的整個產業生態提供準確權威數據。
ADI的無線BMS監測解決方案可以覆蓋電動汽車電池的全生命周期監測
目前ADI無線BMS技術已經獲得包括通用在內的多家知名整車企業采用，而儲能BMS方案也獲得包括中國企業在內的產業鏈廣泛應用。“ADI現已設定到2030年實現碳中和、2050年實現凈零排放的企業戰略目標，要想實現該目標，需考慮生產工藝和流程等多環節的低碳創新，還要與第三方合作，通過專有綠色技術和客戶一起探索新的解決方案，無疑新能源發電、儲能、電動汽車將是我們為綠色地球做出重要貢獻的主要方向。”
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