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退役动力电池梯次利用组串式系统设计探讨

2018-6-11 11:31| 发布者: admin| 查看: 4| 评论: 0 |来自: 草木茶

简介:本文主要探讨组串式系统设计在退役动力电池梯次利用中的应用,但是在正式开始之前先聊一个非常接近的话题:“光伏发电集中式和组串式之争”。组串式光伏系统起源网上查到2014年的慕尼黑intersolar论坛上,资深光伏从 ...

本文主要探讨组串式系统设计在退役动力电池梯次利中的应用,但是在正式开始之前先聊一个非常接近的话题:“光伏发电集中式和组串式之争”。

组串式光伏系统起源

网上查到2014年的慕尼黑intersolar论坛上,资深光伏从业人士Manfred Bachler(曾是全球最大EPC厂商Phoenix solar的首席技术官)提出了用组串式逆变器改造现存集中式逆变器的方案,给出的结论是5~6年可以收回改造成本,主要原因是因为集中式逆变器维护麻烦,可用性差,仅仅在可用度方面就比组串式逆变器差6%[1]。

集中式光伏系统原理和优缺点分析

集中式光伏系统如图1所示,多路光伏阵列经汇流箱汇流后接入大功率集中式逆变器,之后经过升压变压器接入电网。


图1 集中式光伏系统示意图

集中式优点是逆变器数量少,可靠性高,便于管理。

集中式缺点是直流汇流箱数量多,故障率高,此外集中式逆变器MPPT不能根据每一路光伏阵列的运行情况进行调节,进而会影响系统发电效率,更重要的一个原因是系统冗余能力差,一旦发生故障整个系统都要停机,维修复杂、成本高、时间长,影响光伏系统盈利能力。

组串式光伏系统原理和优缺点分析

组串式光伏系统如图2所示,单路或多路光伏阵列接入小功率组串式逆变器,经交流汇流箱汇流后接入升压变压器,之后接入电网。

图2 组串式光伏系统示意图

组串式优点是每一台组串式逆变器都可以根据单路或多路光伏阵列的运行情况进行调节,系统效率高,此外组串式逆变器体积小、重量轻,搬运、安装、维修方便,并且组串式逆变器发热量小,采用自然散热即可满足要求,因而可以采用IP65设计,可靠性高。

组串式缺点是逆变器数量多,总的故障率会升高,并且多机并联,零电压穿越、无功调节、有功调节较难实现,总谐波会叠加,此外没有直流断路器和直流熔断器。但是目前来看,上面提到的这些缺点都已经解决了,屁股决定脑袋,看看国内代表性光伏逆变器企业的产品就知道了,除了阳光电源还保留较多的集中式逆变器(阳光是集中式逆变器起家的),固德威有一款集中式逆变器,华为光伏、三晶电气、古瑞瓦特、首航新能源只有组串式逆变器产品,具体如下。

退役动力电池梯次利用难点

本文不讨论退役动力电池梯次利用是不是伪命题,单纯从需求的角度进行分析。2014年~2017年动力电池历年装机量见图3,动力电池逐年退役量预测见图4,各类型动力电池逐年退役情况预测见图5。


图3 2014~2017年动力电池历年装机量(单位:GWh)


图4 动力电池逐年退役量预测(单位:GWh)(数据来源:新材料在线、五矿经济研究院)


图5 各类型动力电池逐年退役情况预测(单位:GWh)(数据来源:新材料在线、五矿经济研究院)

这么大量的动力电池退役下来,大部分还有70%~80%的剩余容量,不想办法去利用起来而是直接再生利用绝对是一种不环保的行为,新能源汽车绿色环保的概念要大打折扣。

但是退役动力电池就好比手工作坊生产的电池,不同车主的使用习惯就好比手工作坊里没有过程控制的生产流程。同一型号的电池收回来了,外表看着都差不多,真实的性能却是千差万别,怎么用?

退役动力电池梯次利用组串式系统设计

咱们换个角度,把这些退役动力电池都当做客户,并且是已经退休的老同志,现在国家提倡延迟退休,这些老同志也都跃跃欲试还想发挥余热。让他们和年轻人一样上战场是不可能了,那么如何满足这些老同志的需求,发挥他们最大的能动性呢?

第一步,网申初筛。

把存在企业平台、地方平台、国家平台的监控数据利用起来,看看这些电池退役时的容量、内阻、压差、温差是多少,经过了多少个循环,使用了几年,使用过程中电压、电流、温度的分布,有哪些告警,维修过没有,等等,打个印象分,实在太差的就不要了。如果能用上各种牛×算法对电池的寿命进行预测,那就再好不过了。

第二步,现场面试。

根据国家标准对这些电池进行外观、绝缘、余能、压差、内阻等项目的检测,连国家标准都通不过的也不要了。

第三步,分配任务。

年轻时能挑100斤的,现在只给他分配20斤的任务。在设计梯次储能系统的时候确保电池包充放电倍率小于0.2C,具体用途上调频、AGC、微网、需求侧响应啊这些对功率要求比较高的高大上场合就不去凑热闹了,峰谷价差套利、新能源自发自用、UPS等要求不高的场合可以去耍耍。

第四步,VIP服务。

给每个电池包都配上一个小功率储能逆变器(PCS),组成一个个小系统,交流侧再并入电网,一对一VIP服务,绝对不搞大锅饭不用大功率PCS,避免个别电池包体力不支提出抗议并投诉,导致大家都歇菜。

各位做光伏逆变器的大佬们,531新政搞得大家这么难受,但是别灰心,梯次储能有个巨大的市场啊!每年几万、几十万、几百万、甚至上千万台小功率储能逆变器的市场等着你们去开拓呢。在大佬们的官网还没发现类似产品,咨询了好像也没相关产品规划,真的可以考虑一下,你看人家煦达新能源都已经有商业化项目了[2]。


图6 煦达新能源梯次储能系统示意图

第五步,7*24小时在线服务。

每个电池包+PCS组成的小系统都接入能量管理系统(EMS),实时监测各个电池包的状态,EMS指挥状态好的多出力、状态差的少出力、状态不行的不出力,打造一个健壮(robust)的梯次储能系统。

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