【導(dǎo)讀】前不久，國務(wù)院印發(fā)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(fā)改委和國家能源局稍早前發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》也明確了儲能發(fā)展目標(biāo)：新型儲能裝機規(guī)模從2020年底的3.27GW增長至2025年的30GW，五年間年均復(fù)合增長率約55.8%。種種政策和產(chǎn)業(yè)風(fēng)向都表明，國內(nèi)新型儲能建設(shè)正在高速增長的“美好時代”。
市調(diào)數(shù)據(jù)顯示，2020年全球儲能裝機仍創(chuàng)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(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”目標(biāo)的重要抓手，也是穩(wěn)定電力系統(tǒng)的重要手段，是實現(xiàn)并保障高比例可再生能源的新型電力系統(tǒng)運行的強力支撐。對此，ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場經(jīng)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(xié)同，儲能與可再生能源的結(jié)合是我國乃至全球低碳化發(fā)展的必然趨勢。”
“風(fēng)光儲能”、“充電站儲能”……，多應(yīng)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(chǎn)生、存儲、輸送、利用這一系列過程發(fā)生了巨大變革，帶動新型智能化輸配電與儲能技術(shù)的發(fā)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(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)從實驗室迅速走向規(guī)模商業(yè)化。
儲能在新能源、汽車充電、工業(yè)以及生活場景中的應(yīng)用模式越來越清晰化
儲能在新能源電網(wǎng)側(cè)和應(yīng)用側(cè)都扮演著重要的角色。由于新能源并網(wǎng)必然導(dǎo)致電網(wǎng)穩(wěn)定度受到影響，例如風(fēng)能的季節(jié)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(tǒng)可以實現(xiàn)平衡。業(yè)界有說法認(rèn)為新能源達到15%以上就會對電網(wǎng)穩(wěn)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(fā)展綠色能源，如何讓新能源安全可靠的在電網(wǎng)當(dāng)中運行，儲能非常關(guān)鍵。”王星煒強調(diào)。
而儲能應(yīng)用發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅是新能源電網(wǎng)側(cè)的儲能需求，從電動汽車充電站、工業(yè)供電儲能到家用儲能，已經(jīng)呈現(xiàn)“多點開花”加速落地趨勢。“雖說現(xiàn)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(cè)能量供給不足的現(xiàn)實及多種能源協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)劃，在電動汽車直流快充電站加裝儲能系統(tǒng)已成為行業(yè)共識。”王星煒指出。
考慮到有多個充電樁的充電站場景，電網(wǎng)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(wǎng)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(fā)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(fā)電微電網(wǎng)系統(tǒng)，在綠色能源云的管控下，儲能系統(tǒng)充當(dāng)中間平衡器，不僅能有效平抑對配電網(wǎng)的負荷沖擊，降低充電站配電線路成本，還可以實現(xiàn)光伏自發(fā)自用、余電存儲，結(jié)合儲能峰谷套利，最大限度利用峰谷電價，達到經(jīng)濟效益最大化。”王星煒進一步解釋道。
儲能系統(tǒng)促進電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
高精度、18通道BMS方案，多維度賦能儲能系統(tǒng)設(shè)計
無論是電動汽車還是儲能，都離不開電池管理系統(tǒng)（BMS）的賦能角色。“常見的儲能站相當(dāng)于上萬個電池在一起，規(guī)模比電動汽車大得多，比起電動汽車，大規(guī)模推進鋰電池電網(wǎng)儲能技術(shù)，在高性能、穩(wěn)定性、安全上要求更為嚴(yán)格，這其中高性能BMS的關(guān)鍵作用不可或缺。”王星煒指出，“ADI覆蓋整個能源的產(chǎn)生、傳輸、利用及存儲的全過程，通過包括電池BMS在內(nèi)的系統(tǒng)和芯片技術(shù)賦能綠色能源云，讓可再生能源的使用更加合理，實現(xiàn)全生命周期節(jié)能減排。”
從BMS角度來看，電動汽車電池包與儲能電池包本質(zhì)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(wěn)定度、充放電的穩(wěn)定度，以及由于發(fā)熱帶來的溫度變化就變得更關(guān)鍵了。“精確可靠的電池荷電狀態(tài)（SOC）和健康狀態(tài)（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(nèi)部模塊的大量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)溫度進行精確測量，這對于電池組的充放電與監(jiān)控至關(guān)重要。” 王星煒指出，“為此， ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部推出了面向工業(yè)儲能的高精度18通道電池管理芯片ADBMS1818，專門針對儲能應(yīng)用進行了優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計。”
作為一款多單元電池堆監(jiān)控器，ADBMS1818可測量多達18個串聯(lián)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(shù)化學(xué)電池應(yīng)用。“由于ADBMS1818可在290 μs內(nèi)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(xiàn)支持。對于像儲能應(yīng)用場景而言，多個ADBMS1818器件串聯(lián)便可以同時監(jiān)測很長的高壓電池串。” 王星煒強調(diào)道。此外，為了在影響B(tài)MS性能之前減輕系統(tǒng)噪聲，ADBMS1818內(nèi)部集成了16位∑-Δ ADC，也預(yù)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(tài)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(tǒng)中，很多應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)致?lián)p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(dǎo)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(shù)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(shù)據(jù)都送到整個電池架的管理單元，每個電池包的設(shè)計便會大大簡化。” 王星煒補充說到。
當(dāng)前電池組的模塊化設(shè)計一方面增加了可擴展性、服務(wù)能力和外形尺寸的靈活性，另一方面要求為電池組間的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)總線是一種能夠以緊湊且經(jīng)濟高效的方式實現(xiàn)這些目標(biāo)的可行解決方案。與傳統(tǒng)的菊花鏈通信結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)SPI信號轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)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(xiàn)SPI通信所需的雙向數(shù)據(jù)傳輸。“這樣便把電池包組成非常安全、可靠的區(qū)塊鏈形式，以堆疊方式構(gòu)建模擬前端可完美實現(xiàn)各類儲能系統(tǒng)的搭建。這種可堆疊多節(jié)電池監(jiān)控器，在物理上一旦當(dāng)中有損耗，控制器端都可以通過隔離SPI讀到每個芯片的數(shù)據(jù)，增加了整個電池管理系統(tǒng)的可靠性。”王星煒表示。
鋰電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)持續(xù)優(yōu)化，儲能應(yīng)用落地將持續(xù)再加速
行業(yè)數(shù)據(jù)分析顯示，過去十年光伏發(fā)電的度電成本已經(jīng)下降了89%，我國近80%的國土上光伏發(fā)電成本都已經(jīng)低于燃煤。隨著電動車爆發(fā)帶來的產(chǎn)業(yè)鏈推動，電池成本將會持續(xù)下降，光伏+鋰電池儲能成本會不斷降低。根據(jù)GTM數(shù)據(jù)，2012年到2017年電化學(xué)儲能電站成本大幅下降78%，業(yè)界預(yù)計未來到2030年儲能成本會下降到1000元/kWh，我國大部分地區(qū)光儲結(jié)合都可以實現(xiàn)平價。目前，以磷酸鐵鋰電池為主的鋰離子電池建設(shè)的儲能電站已經(jīng)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(guān)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(yù)計在未來5年的時間中，由于中國新能源汽車的快速發(fā)展，累計退役動力電池的總重量將超過80萬噸。“當(dāng)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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn) 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(fā)布的《新型儲能項目管理規(guī)范（暫行）（征求意見稿）》，該文件要求在電池一致性管理技術(shù)取得關(guān)鍵突破、動力電池性能監(jiān)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(dāng)前退役電池存在缺乏“電池一致性管理技術(shù)”，“動力電池性能監(jiān)測與評價體系”缺位的問題，特性不一致、缺乏權(quán)威監(jiān)測的回收電池用于儲能應(yīng)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(fā)起成立了‘電池全生命周期聯(lián)合創(chuàng)新中心’， 就旨在聯(lián)合電池制造商、整車廠、充換電基礎(chǔ)設(shè)施提供商、電池梯次利用廠商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，基于無線BMS技術(shù)共同實現(xiàn)對電動汽車核心部件電池的關(guān)鍵特性持續(xù)監(jiān)測，實現(xiàn)更精準(zhǔn)、安全的電池生命周期管理，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)協(xié)同提供重要數(shù)據(jù)支撐。” 王星煒指出。按創(chuàng)新中心的構(gòu)想，所有基于WBMS技術(shù)的電池在整個使用壽命中都可以持續(xù)收集電池數(shù)據(jù)并實現(xiàn)云存儲，這些數(shù)據(jù)為二手車交易、退役電池梯次利用在內(nèi)的整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)提供準(zhǔn)確權(quán)威數(shù)據(jù)。
ADI的無線BMS監(jiān)測解決方案可以覆蓋電動汽車電池的全生命周期監(jiān)測
目前ADI無線BMS技術(shù)已經(jīng)獲得包括通用在內(nèi)的多家知名整車企業(yè)采用，而儲能BMS方案也獲得包括中國企業(yè)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈廣泛應(yīng)用。“ADI現(xiàn)已設(shè)定到2030年實現(xiàn)碳中和、2050年實現(xiàn)凈零排放的企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)，要想實現(xiàn)該目標(biāo)，需考慮生產(chǎn)工藝和流程等多環(huán)節(jié)的低碳創(chuàng)新，還要與第三方合作，通過專有綠色技術(shù)和客戶一起探索新的解決方案，無疑新能源發(fā)電、儲能、電動汽車將是我們?yōu)榫G色地球做出重要貢獻的主要方向。”
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