儲能是智能電網、可再生能源系統、能源互聯網的重要組成部分和關鍵技術。隨著大規模儲能市場應用的爆發，1MW的儲能系統必定是一個標準的應用單元，其對多微網的并網及離網應用具有重要研究意義。

MW級儲能集裝箱系統設計及應用

微網項目的應用類型及特點

1微網的概念

微網是相對傳統大電網的一個概念，是指多個分布式電源及其相關負載按照一定的拓撲結構組成的網絡，是實現主動式配電網的一種有效方式，使傳統電網向智能電網過渡。

微網涉及電力系統發電、儲能、配電、用電、調度、通信六大領域，它可以工作在并網和孤網兩種模式下，具有高度的可靠性和穩定性。

2微網的應用

微網的應用市場主要分為以下四個方面：

1、家庭微網：這種市場應用目前在國內還比較局限，光儲充一體化的微網居多。

2、工業園微網：這一塊的應用比較廣泛。

3、海島微網：在海島上發展光伏和風力發電，解決海島用電穩定性和安全性。

4、偏遠/無電地區微網：建設微型多能源互補電網，解決偏遠地區無電供應的問題。

微電網可以并網運行，也可孤島運行，整個系統的設計偏向于即插即用，提高供電靈活性與可靠性；儲能微網還可以作為備用電源，運用其黑啟動功能；另外還可以通過本地的能量管理系統，參與主網的調節。

3微網的類型

1.交流微網

交流微網主要是分布式能源通過AC母線的耦合技術，將風力發電、柴油發電、光伏以及儲能接入到系統中，最終整個系統通過智能配電柜連接到大電網，組成一個簡單的交流微網。這種交流微網的應用在目前微網儲能的應用或項目中是非常典型的，而且技術方面相對也比較成熟，應用非常靈活。在所有儲能微網技術這一塊，設備供應商或者系統集成商要實現系統集成相對比較容易。

交流微網這個類型比較適合于海島微網。因為在海島比較寬闊的地帶，可以通過光伏做能量的補充，加上儲能系統，當負載消耗不完的時候，余電可以先進行儲能，到晚上再給負載供電。當整個系統在陰雨天光伏也無法發電的時候，可以考慮加入一臺柴油發電機，將其作為備用電源來使用。

交流微網的特點：

1、交流微網的系統設計可支持并網運行，也可脫離電網運行。

2、整個系統接入功率范圍大，設計比較靈活，可接入光伏能源、風力發電、超級電容及其他類型的儲能電池系統。

3、支持梯次電池的應用，電池接入多分支，減少電池組并聯。

4、整個交流系統微網可以做成實現光伏、儲能、電池一體化的集裝箱設計方案。在容量比較小的場合，儲能電池占的面積比較大，如果系統裝置放在某個特定區域沒有空間的時候，可以加個集裝箱放在戶外，整體打包。

交流微網的關鍵技術：

1、微網能量管理策略，通過管理微網內負荷的運行狀態，是微網經濟可靠運行。要組成微網，少不了后臺做能量管理調度和策略管控。

2、并離網無縫切換技術，保證微網內重要負荷的供電可靠性，對大電網的安全可靠運行具有重要作用。

3、VSG功能，增加系統慣性，維持系統的電壓和頻率的穩定。

2.直流微網

直流微網主要應用于電動汽車充電站、工商業園區及一些應急供電的場合。

系統組成主要考慮兩點：

1、發揮光伏的最大作用。因為微網中光伏和儲能板塊是不可缺少的，而且儲能是整個微網設備的核心組成部分。光伏發電一般是直流電，將光伏發的直流電通過中間裝置并入到直流母線，將電池通過中間的直流變換器接入到系統，這樣光伏發電就不需要逆變之后再整流回來給電池充電，整個系統的轉化效率就會非常高。

2、目前電動汽車的充電技術主要采用交流充電樁或者直流充電樁，這類充電樁的能量來源于交流電，搭建一個直流微網將能量流動通過直流充電DC的變換，直接給電動汽車充電，最大化提高系統的轉化效率和利用效率。整個系統通過儲能變流器跟電網連接，起到互補的作用，當光伏能量不足或者負載供電、直流源等類似的負載需要供電時，就可以通過電網取電；當光伏發的電消耗不完時可以余電上網。

直流微網的特點：

1、直流微網采用直流母線的耦合技術，減少交直流變換損耗。

2、充分利用光伏發電，做到微網系統的功率平衡。

3、最大化減少電網側的配電容量，因為很多負載要供電時從電網取電，電網側的變壓器配置容量會非常大，如果直流負載很多，就可以采用直流微網這種方案來解決。

4、作為簡單的應急電源，這種應急電源做不到像常規的UPS那種無縫供電切換，但是切換延遲可以控制在15毫秒以內。

直流微網的關鍵技術：

1、能量管理系統，通過一套軟件進行系統能量的策略把控和調度。

2、直流變換器阻抗匹配技術，該阻抗匹配電路能夠減小濾波電路和輸出負載變化時對該變換器諧振電路諧振頻率的影響，使工作時該變換器諧振電路的諧振頻率僅在一個寬度較小的頻率區段內變化，以此保障該變換器的高轉換效率和簡化該變換器的控制電路。

3、分段母線的分布式協同控制技術，確保協同的穩定性和系統的適應性。

3.交直流混合微網

交直流混合微網集合了前面兩種微網類型的所有特點，功能非常強大，整個系統的組合對設備及技術的要求非常高。在儲能、PCS等環節，如果處理不好整個系統分布式能源接入的協調和控制，系統將處于癱瘓狀態。交直流混合微網可以廣泛應用于海島、無電地區及工商業園區等場景。

1MWh集裝箱儲能技術方案及應用

1儲能集裝箱的解決方案

1.微網儲能解決方案

集成電池、BMS、變流器、智能切換柜、EMS等核心部件全部放在一個集裝箱里面，40英尺的集裝箱就可以做到。這種一體式的解決方案可以應用在儲能電站的調峰、調頻，或者梯次電池的利用，應急供電的場合及一些削峰填谷的商業應用等方面。

2.電站儲能解決方案

儲能電站整個系統的搭建規模比較大，個人建議將PCS和電池部分分開，單獨放置在一個集裝箱里面，這樣在維護及電池的通風散熱方面會比較合理。

3.機柜式儲能解決方案


這種一體化的儲能解決方案適用于小型的商業儲能應用，將PCS和電池模組全部放置在一個機柜里面，整個系統的占用空間就比較小。

21MWh儲能集裝箱的設計

1MWh儲能集裝箱的設計主要分為兩部分：

1、電池倉：電池倉主要包括1MWh的電池、電池架、BMS控制柜、七氟丙烷滅火柜、散熱空調、煙感照明、監控攝像頭等。電池需要配備相對應的BMS管理系統。電池的類型可以是鐵鋰電池、鋰電池、鉛炭電池及鉛酸電池。鉛酸電池的能量密度偏低，而且體積較大，標準的40英尺的集裝箱可能沒辦法放下，目前主流的標配設計是1MWh的磷酸鐵鋰電池。散熱空調根據倉里的溫度進行實時調節。監控攝像頭可以遠端監控倉里設備的運行狀態。最終可以組成一個遠程的客戶端，通過客戶端或者app對倉里設備的運行狀態、電池狀態等進行監測和管理。

2、設備倉：設備倉主要包括PCS和EMS控制柜。PCS可控制充電和放電過程，進行交直流的變換，在無電網情況下可以直接為交流負荷供電。EMS在儲能系統的應用里面，功能和作用都比較重要。在配電網方面，EMS主要通過跟智能電表的通訊，采集電網實時功率的狀態，并實時監測負載功率的變化。控制自動發電，對電力系統狀態的安全性進行評估。1MWh的系統里面，PCS和電池的比例可以是1:1或者1:4（儲能PCS250kWh，電池1MWh）。

1MW集裝箱式變流器散熱設計采用前進分后出風的設計，這種設計適用于將所有PCS全部放置在同一個集裝箱的儲能電站。

將集裝箱內部配電系統的走線、維護通道及散熱設計整體一體化優化設計，便于遠距離運輸，減少事后維護的成本。

3標準MW儲能方案的組成

標準MW儲能方案將電池、BMS、PCS和EMS做集成處理，系統多以PCS為核心的基礎設備，通過集成電池、BMS、EMS，提供定制化、一站式儲能解決方案。

儲能微網成為能源互聯網關鍵基礎設施

1儲能微網在能源互聯網中的作用

儲能和互聯網存在一一對應的關系。儲能中的能量對應的就是互聯網中的數據；電池就是所說的儲能，對應的就是互聯網中的緩存；儲能變流器雙向變換設備對應互聯網中路由器的作用；儲能中的微電網就相當于局域網；所有數據和設備加在一起組成了能源互聯網，相當于互聯網的構造。

2儲能的應用

1、發電側：解決棄風棄光，平抑波動。目前局部地區的棄風率達到10%-15%，棄光率達到15%-20%。在發電側配套儲能，可以平穩發電，對電網的沖擊也會減少很多。

2、電網側：參與電網的調頻，提升穩定性。目前調頻市場有些地方采用火電來調頻，但是火電調頻響應的時間和周期比較長。儲能輸出功率的變化非常快，一般在10秒內就可以響應，儲能調頻相比之下比較有優勢。

3、用戶側：能量存儲，削峰填谷，賺取峰谷電價差。

 

3儲能微網發展中面臨的困難與挑戰

目前整個儲能市場處于不溫不火的狀態，主要有兩方面的原因。

一是政策與成本方面。國家對電動汽車的政策補貼是非常大的，所以對儲能系統或者電池做補貼之后，整個系統的造價就會降低，初始投資減少，系統的收益就會增加。

二是技術層面。首先在主動配電網的發展方面還存在制約因素和技術難度；在能源管理技術探索方面還有待摸索；微網和大電網的協調優化運行技術有待提高；在儲能變流器的電網適應性及對電網的支撐技術方面，對儲能PCS廠家有技術要求和門檻。

個人認為政策與成本這塊是目前的主要問題。

4儲能微網發展的機會與機遇

1、光伏、風電高滲透率對電網穩定性的挑戰。研究發現光伏發電最高滲透率一般不超過25%-50%，否則電網可能會出現電壓升高、有云層變化引起的電壓波動、有低電壓和頻率波動引起的大范圍脫網等問題。

2、電改激活了用戶側儲能市場。隨著儲能成本進一步下降，峰谷電價制度完善、尖峰電價制定、需求側管理等補償機制建立、電力市場用戶側多種增值服務開展等電改政策紅利的顯現，用戶側的儲能市場將成為儲能在我國實現商業化應用的主要領域之一。

3、隨著電動汽車市場的急劇爆發，有效地進行動力電池的回收和實現電池的梯次利用成為了新能源汽車發展的重要課題之一，并已被提上了日程，未來汽車電池的市場非常大。

4、光儲充微網系統具有投資價值。它是一種綜合利用綠色能源的能源管理和配置方案，具有很高的經濟和環保效益。

多分支儲能技術在梯次電池利用中的優勢

1梯次利用的關鍵技術

對于電動汽車退役的動力電池梯次利用，一般需要經過以下過程：

退役電池的回收

電池PACK拆解成為單體電芯、

電池篩選及性能分類

電池重新成組為梯次利用電池模組或PACK

電池均衡維護

檢測

動力電池退役時，是整個pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設計，其內外部結構設計，模組連接方式，工藝技術各不相同，意味著不可能用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內部模組。那么，在電池拆解方面，就需要進行柔性化的配置，將拆解流水線進行分段細化，針對不同的電池pack，在制定拆解操作流程時，要盡可能復用現有流水線的工段和工序，以提高作業效率，降低重復投資。

梯次利用，最合理的應該是拆解到模組級，而不是電芯級，因為電芯之間的連接通常都是激光焊接或其他剛性連接工藝，要做到無損拆解，難度極大，考慮成本和收益，得不償失。

2梯次利用的關鍵技術

1、PCS采用模塊化多分支解決方案，可以更好的減少電池組的并聯數。每路電池之間充電、放電互不影響。

多分支技術解決的痛點：

1、消除由于不同的電池組并聯之間產生的環流問題。

2、減少電池梯次利用后復雜的篩選環節，降低梯次電池重新使用的成本，以提高梯次電池的回收效率和利用價值。

3、可以接入不同電池廠家的電池，提高系統靈活性。

2、BMS采用主動均衡技術方案，可以最大化的對電池進行均衡的保護。

3技術優勢

1、儲能PCS模塊化設計穩定度高，單模故障不影響其他模塊工作，模塊生產方便，快速高效。

2、在用戶價值方面，系統可帶電進行模塊增減更換維護，10分鐘內可完成單個模塊更換；模塊化冗余并聯避免了資源浪費；支持多種能源接入，方便靈活。

3、采用高效的三電平拓撲技術，增加零電平變換，IGBT耐壓為兩電平一半，開關損耗小；三電平具有更高開關頻率，輸出濾波電感減小；三電平多一層階梯電壓，輸出電流波形更接近正弦波，諧波含量小，功率因數0.99。功率因素方面，從-1到1是可以隨意調節的。

4、獨立散熱設計，模塊采用分層結構，將主控中心和主要發熱器件隔離；采用獨立風道，確保風腔有足夠的風壓，相比于混合風道，熱設計更優。

光儲充一體化技術應用探討

光儲充典型的應用模式是交流微網模式，其主要架構包括交流母線、光伏、充電樁、儲能和電池等，系統可以并網運行，也可以離網運行。系統還可以配備并離網切換設備做無縫切換的設計。

光儲充的應用未來會發展成多能互補的狀態，后期不僅有光伏、儲能，還有熱負荷、熱泵、分布式能源等接入到這個系統，逐漸演變成為一個龐大的微網系統。