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PCS作为电芯和电网连接的核心关键部件,实现的不仅仅是简单物理的连接,更是众多功能的整合和集成。而入局储能PCS的厂商也在逐渐增多,其中不乏拥有技术厚积优势的老牌光伏逆变器、电力电子技术企业,以及背靠强大资本实力的新手。
持续入局的企业,在为储能变流器市场带来新鲜血液的同时,也使得激烈竞争一触即发。
近年来,对并网性能的一次调频、惯量响应、故障穿越能力、过载能力等方面都提出了更高的要求。在2023年新发布的《GB/T 34120-2023 电化学储能变流器技术要求》、《GB/T 34133-2023 储能变流器检测技术规程》两项标准中,对储能变流器的技术要求内容调整升级占比超过90%。
2024年以来,“大容量”、“高压化”、“构网型”、“组串式”、“液冷”、“碳化硅功率器件”等成为PCS厂商对未来技术趋势的预判中。
第三方PCS厂商,指的是储能主业为储能变流器PCS厂商。但当前储能领域的竞争愈演愈烈,第三方储能PCS厂商有的向系统集成商转型,系统出货量节节攀升;有的坚守储能变流器领域,抢占技术潮流,加快拓宽产品线,开发海外市场。
向系统集成商转型是否具有普适性?
10月,海外机构认为,科华数能在2023年全球储能PCS(>100kW)出货量位居中国品牌全球第一。
科华数能可称得上PCS厂商中的代表性企业。但除了PCS产品外,科华数能还涉足了储能系统环节:实现工商业储能系统、户用储能系统、集装箱储能电池系统、智慧能源管理系统等产品的全覆盖。
科华数能指出,储能PCS技术演进与电池系统、电网系统、场站系统三大维度息息相关。其对外表示,储能系统各环节单一维度安全≠系统安全,集成环节多,问题定位主体不明确,多因素综合形成问题黑盒子。这或许也是其进入储能系统领域的考量之一。
近年来,科华数能加速向系统领域延伸,并先后落地多个大型储能项目,应用场景覆盖独立储能、新能源配套、火电调频、黑启动以及构网型储能等创新应用。
在独立储能方面,科华数能百MW级高安全电力电子化液冷储能项目示范成功在宁夏应用,树立了百兆瓦级液冷储能项目的行业标杆。在储能黑启动领域,科华数能早在2021年便取得了6kV电压等级的9MW/9MWh储能黑启动的突破。2023年,科华数能又进行了220kV电压等级的百兆瓦级黑启动探索和百MW级储能构网型探索应用。
科华数能的“打法”,尽管并不具备“普适性”,但也足见PCS厂商在低价竞争行业格局中,不得不向上延伸。据高工储能了解,当前第三方储能PCS厂商大都以PCS出货,并坚定此步伐,就算是以系统出货,大都是代工服务。但值得一提的是,在众多储能PCS企业的产品列表中,不约而同出现了系统产品。
以2014年入局储能的英博电气为例,其打造了一条涵盖储能变流器、储能系统集成解决方案、能源综合管理等产品和服务的链条。
坐落在西安的为光能源,核心创始人团队是来自西安交通大学的一群电力电子专业博士,其推出了PET直挂储能矩阵E4Matrix-ES,融合电力电子电池堆与前沿电力电子变压器技术,可替代传统变压器和PCS,提升储能系统的变换效率、满足精细化的电池管理、打造安全的系统架构、实现快速的电网支撑能力。
不过,就业界观察人士看来,PCS厂商入局储能系统,并不会像电池企业入局系统那样普遍。
扩宽产品线、多样化抢抓技术创新点
在内卷的产业环境下,如何提高第三方储能PCS的综合竞争力?扩宽产品线、抢抓技术创新,成为企业应对内卷的重要举措之一。
上能电气在今年9月推出了400kW组串式储能变流器。作为适配600+Ah大电芯的组串式储能变流器,该产品采用了智能液冷技术,CEC效率超过98.5%,具备灵活的功率组合能力,可适用于以大型地面储能为代表的多种应用场景,将引领组串式变流升压一体机正式迈入6.25MW时代。
9月,上能电气还迈出了直接供货美国的第一步。据了解,供货140.8MW储能电站位于美国德克萨斯州南部,项目共包含44台上能电气3.2MW组串式储能变流升压一体机。
今年9月,盛弘储能也发布了Modular Family多款模块化力作。针对国内源网侧储能市场,盛弘股份隆重发布大功率液冷模块化储能变流器PWS1-225/450K-H-L,适配交直流一体系统;针对国内工商业用户面临的电价波动、成本效益和风险对冲等问题,盛弘股份推出大功率交流低压储能变流器PWS1-215M-H-X;盛弘股份另一创新力作——工商业模块化储能变流器PWS1-160M-H-EX/NA,适配海外工商业市场需求。
值得一提的是,盛弘股份于2023年行业率先推出了“碳化硅版本”工商业储能变流器,将此功率器件加速推入业界视野。
在储能PCS领域,科华数能也加速拓宽产品型谱,覆盖了3kW-6.9MW功率段储能PCS产品。
同样,2024年禾望电气在电网侧、发电侧、用户侧持续发力。目前,其已拥有集中式/组串式、液冷/风冷、跟网型/构网型等多种类型的PCS及变流升压一体机产品。
而英博电气的PCS在集中式和组串式上均有涉猎,已推出35-215kW模块化储能变流器,其储能变流器随着功率的升级从100kW快速向125kW迈进。
在储能领域,禾迈股份以户用和工商业产品为主,并行业较早提出液冷PCS。4月11日,禾迈股份正式发布新一代工商业高防护等级液冷储能变流器——HPCS125。值得一提的是,河南登封嵩基集团郑州发祥电力45MW/133MWh用户侧储能项目与10月成功并网投运,项目采用禾迈HPCS1250N液冷储能变流器。这也标志着,禾迈股份具备多维度储能PCS产品覆盖。
另一家PCS厂商——京清数电产品覆盖高压、高功率密度、液冷储能变流器等多款产品,适配业界多样化需求,具体包括100kW-125kW工商业液冷PCS、215kW液冷PCS以及第三代2000V高压液冷PCS等。
崧盛创新于9月携多款突破性的储能新品——235kW 三相高压储能变流器 SSE-HH235K-P3CN、三相高压 60kW 混合逆变器SSE-HH60K-P3EU以及北美裂相 8kW~15kW户储产品SSE-HL8K~15K-P2US正式亮相SNEC展会。
可见,PCS厂商将完善产品线、抢抓最新技术创新点作为提高企业自身核心竞争力之一。
抢占构网型储能技术创新“高地”
构网型储能因其技术难度、新国标要求以及运用广泛性,正在得到越来越多PCS厂商的重视。
在2023年底发布的《GB/T 34120-2023 电化学储能变流器技术要求》中便提到“过载能力在额定电压下,储能变流器交流端口电流在110%额定电流下,持续运行时间不小于10min;在120%额定电流下持续运行时间应不小于1min。在新疆、宁夏和西藏等弱电构网功能急需的地区,对变流器提出了更高要求:110%额定电流下应能长期持续运行;在120%额定电流下,持续运行时间不小于2min;且具备300%额定电流10秒短时过载能力。
成立于2002年的索英电气,于2009年开始涉足PCS领域,主要产品包括储能双向变流器(PCS)、一体化储能电气集成舱、能量管理系统(EMS)、储充检一体化系统、电池测试系统等。
从业绩表现来看,索英电气位居PCS行业头部。其储能核心业务为规模化储能PCS电气系统,主要产品包括储能双向变流器(PCS)、户外型储能变流升压舱、能量管理系统(EMS)和储充检一体化系统。2024年4月,索英电气推出了全新研发的ES系列液冷储能变流器,包括ES-5000K储能双向变流器、ES215K组串式变流器。
索英电气提到,其PCS在构网能力上展现出了突出的优势,其短时过载能力及高低压穿越能力在众多工程项目中得到了实战验证。其中,新华乌什50万千瓦/200万千瓦时构网型储能项目正是采用了索英电气的构网型储能双向变流器。
作为掌握模块化设计、”多分支“技术、“积木式”系统等核心技术的企业,盛弘股份此前推出的PWS1-215M-H储能变流器,能够适配直流电压范围为630至1500V,并兼容多种交流电压标准。这种灵活性使其能够自由匹配不同的系统功率配置。该变流器最大额定功率为215kW,能够适应最新趋势的高容量电芯,支持300+Ah的大容量电池。通过大功率、高效率的模块化PCS与大容量、高能量密度的电芯相结合,显著降低了整个系统的生命周期成本。此外,该变流器还具备构网型GFM(Grid-Forming Mode)功能,能够主动支撑电网,并灵活参与电力市场调度,为电网的安全稳定运行提供助力。
科华数能作为最早一批涉足构网型储能的企业之一。在2018年科华数能就开始布局研究储能系统的虚拟同步发电机控制策略,并在同年实现了储能变流器电压源模式并网。
2019年,科华数能通过光伏+储能+柴发直流母线拓扑解决方案,为太平洋岛国密克罗尼亚海岛光储柴微网项目构建微电网系统;2020年,创新构网型VSG并联技术实现储能变流器功率支撑,并在新疆某油田储能勘探项目中实现无缝切换独立带载,成功支撑冲击负荷。
2021年,采用科华数能构网控制技术的PCS,在深圳热电厂助力全国首个9E级机组实现构网黑启动。2022年,科华数能为伊拉克石油部电力部提供光储柴构网型微网解决方案。2023年,科华数能率先在百MW级共享储能项目开展构网型储能技术应用;同年底,科华数能中标全球最大构网型储能项目——新疆克州300MW/1200MWh构网型独立储能项目。
为破解构网型储能交流侧超配且性能不稳定难题,为光能源新一代构网型储能PCS正在研发中,其具备10s3倍的超强过载能力和SCR1.05的极弱电网环境下稳定运行能力,该款产品将于今年底问世。
开发钠电池、液流电池PCS
除了上述发展趋势外,钠电池、液流电池PCS的开发、关注也成为一些企业的创新方向之一。
针对钠离子电芯适配宽直流电压的需求,上能电气定制开发125kW组串式储能变流器,国内首批出货即可保证700~1500V满功率稳定输出,完美满足钠电需求。
8月,采用上能电气钠电池PCS的大唐湖北100MW/200MWh钠离子新型储能电站一期工程建成投运,投产规模50MW/100MWh。作为中国首个、全球最大的百兆瓦时级钠离子储能项目,该电站成功实现钠离子新型储能技术的首次大规模商业化应用。
而康维特电气推出了液流电池储能系统的PCS解决方案。康维特电气打造了系列模块产品,可应用在直流微网、光储直柔等零碳建筑;分布式并离网储能一体柜;光储充检电池一体机;双向ACDC/DCDC充电桩;支持零伏启动,适配低压大电流如液流电池、超级电容等,适配液流电池向并离网型的场景和定制化方案。
液流电池与锂电池本身存在较大的差异。以全钒液流电池为例,电压功率大的在400和600多伏,功率小的大概就是几十伏,还有200伏到300伏之间,它的电压特点与常规的锂电池PCS难以匹配起来,同时电流还很大,所以它的电池参数决定了它与锂电池的差异。液流电池PCS与锂电池主流PCS特性存在着很大的差异,不能做到共用。
据康维特电气总经理彭小超介绍,PCS+DCDC预充电,当充电完成之后,用接收器把DCDC切断掉,就能与液流电池匹配起来,并且使得液流电池效率提高,与锂电池98.5%、99%效率相当。
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