1.集中式架构
集中式是市场上增量最大、占有率最高的主流解决方案。
优点:此方案通过电池簇并联后可接入大功率的储能变流器,具有成本低、集成难度低等优点。
缺点:随着长期的运行,电池簇并联产生的环流、电池簇之间不一致造成的容量大量损失等缺点也逐步显现出来。
2.集散式架构
集散式架构在海外应用较多。
优点:能有效解决集中式储能架构所有的电池簇并联环流问题。
缺点:运行中存在着DCDC效率降低、PCS故障影响范围大,直流母线稳定性差等问题。
3.组串式架构
通过模块化设计的储能变流器和电池簇,使单块电池簇发生故障时不影响其他正常运行,并且具有灵活配置、拔插式便捷更替、运维成本大幅降低等优势,有效解决传统集中式和集散式储能系统痛点。
4.共交共直
共交流共直流架构,会产生环流,硬件设计会抑制高频环流,软件抑制低频环流(零序电压),
优点:线路连接少,模块化设计,可以根据各种应用方便系统集成。
缺点:环流抑制问题。
5.工商业储能系统结构
工商业储能是分布式储能系统在用户侧的典型应用,其特点是距离分布式光伏电源端以及负荷中心均较近,不仅可有效提升清洁能源的消纳率,还可有效减少电能的传输的损耗,助力“双碳”目标的实现。
不同于大规模储能调峰调频电站,它的主要目的是利用电网峰谷差价来实现投资回报,主要负荷是满足工商业自身内部的电力需求,实现光伏发电最大化自发自用,或者通过峰谷价差套利。
工商业储能系统与储能电站系统都包括电池系统+BMS、PCS、EMS、变压器,机架,连接线缆、汇流柜、防雷及接地系统、监控及报警系统等,系统均进行模块化设计,系统电压、容量灵活配置。
工商业储能多一体化建造,采用一体柜。工商业储能对系统控制的要求低于储能电站,部分PCS产品也具有BMS的功能。在EMS方面,工商业储能只需要设定充放电时间即可完成能量管理,功能性需求也低于储能电站。但是随着大工业用户的增多,工商业储能配备容量可以达到MW级以上,系统配置与储能电站基本一致。
系统部件 | 工商储能 | 电站储能 |
EMS | 不需要接受电网调度,功能较为基础,只需要做好本地能量管理:需要支持储能系统电池均衡管理,保障操作安全,支持ms级快速响应,实现储能子系统设备集成管理和集中调控。 | 需要接受电网调度,对EMS系统要求较高,除了基本能量管理功能,还需要具备为微电网系统提供电网调度接口及能量管理功能。需要支持多种通信规约(如IES61850),具备标准电力调度接口,能够对能量搬移、微电网、电力调频等应用场合的能量进行管理和监控,支持源、网、荷、储等多能互补系统监控 |
PCS | 逆变器功能相对单一,以双向变流为基础,体积小巧,更容易与电池系统进行集成。可根据自身需要进行灵活扩容。具备150~750V超宽电压范围,可满足铅酸电池、锂电池、LEP等多种电池的串并联需求。单向充放电,适配多种类型的光伏逆变器。 | 直流侧电压更宽,1500V可满载运行。除却逆变器的基本功能,还需要具备电网支撑功能,如一次调频、源网荷快速调度功能等,电网适应性强,能够实现功率快速响应(<30ms) |
BMS | 可对电池组提供过充、过放、过流、过温、欠温、短路及限流保护功能。还可以提供充电过程中的电压均衡功能,可以通过后台软件进行参数配置和数据监控,具备与多种不同类型的PCS进行通讯及联合对储能系统进行智能化管理。 | 对单体电池、电池组、电池堆进行分层、分级、统一的管理,根据各层各级的特性对电池的各类参数及运行状态进行计算分析,实现均衡、报警、保护等有效的管理,使各组电池达到均等出力,确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间。提供准确有效的电池管理信息,通过电池均衡管理可极大的提高电池能量利用效率,优化负荷特性。同时,可最大程度地延长电池使用寿命,保障储能系统的稳定性、安全性及可靠性。 |
电池 | 对响应时间要求相对较低,综合考虑成本和循环寿命、响应时间等因素。采用能量型电池。 | 收益主要来自电力辅助服务,因此调频电站储能电池系统对循环寿命、响应时间要求较高。用于调频、紧急备用的电池可能会选用功率型,而且目前大多储能采用的是能量型,与工商业储能类似。 |
采用PCS的交流耦合储能的工商业储能系统配置与储能电站基本一致,但相对容量较小,其系统功能也相对简单。
PCS逆变器通常以双向变流为多见,在中小工商业储能系统中叶开始用50-100kW的光储一体机,工商业储能系统的EMS也与大型储能电站不同,工商业储能系统通常不用考虑电网调度的需求,主要是为本地提供电力,只需要具备局域网内能量管理和自动切换即可。
工商业储能的盈利模式是峰谷套利,即在用电低谷时利用低电价充电,在用电高峰时放电供给工商业用户,用户可以节约用电成本,同时避免了拉闸限电的风险。
伴随着分时电价的完善,峰谷电价差拉大,工商业储能的经济性明显提升。目前国内工商业储能的运营主要有两种商业模式。一是由工商业用户自行安装储能设备,可以直接减少用电成本,但是用户需要承担初始投资成本及每年的设备维护成本。另外一种是由能源服务企业协助用户安装储能,能源服务企业投资建设储能资产并负责运维,工商业用户向能源服务企业支付用电成本。
同时,用户侧储能实现多场景扩张,出现充换电站、数据中心、5G基站、港口岸电、换电重卡等众多应用场景。
商业储能市场包括光伏工商业和非光伏工商业两类使用场景。
对于商业和大工业用户,亦可通过光伏+储能配套的模式实现电力自发自用。由于用电高峰与光伏发电高峰时间较为一致,因此工商业分布式光伏自发自用比例较高,储能系统容量与光伏功率多为1:1进行配置。
对于商业楼宇、医院、学校等不适用于安装大规模光伏自发电的场景,则通过安装储能系统达到削峰填谷、降低容量电价的目的。