隨著新能源電力裝機(jī)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)面臨不斷的進(jìn)化，電力儲(chǔ)能技術(shù)將成為解決新能源電力穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵一環(huán)。
作為儲(chǔ)能系統(tǒng)最重要的核心部件，電池對(duì)于儲(chǔ)能容量起著決定性因素。世界上沒有兩片相同的樹葉，而不同電池單元間的差異性也是在所難免。
什么是電池的不一致性?它是指由于受到電池(電芯/電池模組/電池包)在生產(chǎn)和使用過程中所處物理環(huán)境(如溫度與氣壓)不同以及化學(xué)屬性非線性變化的影響，電池與電池之間在容量、內(nèi)阻與溫度等參數(shù)上存在差異。
在串聯(lián)中，各電池模組的荷電狀態(tài)(SOC，可反映剩余電量)不同，只要有一個(gè)電池模組電量充滿或放盡，該電池包(PACK)中的全部電池模組都將停止充放電。
而在并聯(lián)中，各電池模組的電壓被強(qiáng)制平衡，當(dāng)內(nèi)阻較小的電池模組電量充滿或放盡后，其他電池模組也將停止充放電。而這就是所謂的“短板效應(yīng)”，儲(chǔ)能系統(tǒng)的可用電量取決于容量最小的電池包，系統(tǒng)的整體壽命取決于壽命最短的電池包。
不可忽略的是，短板效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致固定串并聯(lián)系統(tǒng)存在“充不滿”或“放不盡”的電池模組，嚴(yán)重降低系統(tǒng)有效容量，進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)在安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的問題。
解決這一難題的最好辦法就是從更精細(xì)化的電池包級(jí)和簇級(jí)管理來降低短板的效應(yīng)，提升整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)更好放電的能力。值得注意的是，這一次，華為再度站到了行業(yè)前沿。
當(dāng)沉穩(wěn)的瓦特遇上活躍的比特
伽利略曾說過：“科學(xué)的真理不應(yīng)該在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找，而應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中和以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理論中探尋。”
而如何將深?yuàn)W專業(yè)的知識(shí)普及給大眾，也成為華為近年來一直關(guān)注的問題。在此背景之下，《比特與瓦特》的系列視頻欄目應(yīng)運(yùn)而生。
節(jié)目中設(shè)置了2個(gè)生動(dòng)活潑的角色——“比特”與“瓦特”。兩個(gè)卡通人物性格截然不同，比特是數(shù)字技術(shù)、人工智能的化身，他經(jīng)常提出新趨勢(shì)與新的解決辦法，而瓦特是電力電子技術(shù)的化身，它的人設(shè)是沉穩(wěn)、可靠。
當(dāng)沉穩(wěn)的瓦特遇到活躍的比特，二者思想的碰撞將會(huì)產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)?
近期，華為推出《比特與瓦特》第六期視頻欄目——“能給城市供電的“特大號(hào)充電寶”是怎么造出來的?”，讓兩個(gè)卡通人物繼續(xù)對(duì)話行業(yè)專家，就華為的智能組串式儲(chǔ)能解決方案進(jìn)行詳細(xì)解讀。
在《比特與瓦特》欄目中，每位專家的觀點(diǎn)如同點(diǎn)亮智慧的明燈，將大眾從思維局限中解放出來，擺脫“案例教學(xué)法有固定流程”的既有思維模式，用全新的視角來探秘華為那些深藏不露的黑科技!
“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的難題如何解決?
在沙特紅海400MW光伏+1.3GWh全球最大的離網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，華為通過智能光儲(chǔ)發(fā)電機(jī)解決方案，為沙漠中的“新一代城市”提供100%清潔電力的光儲(chǔ)構(gòu)網(wǎng)，每年可接待百萬人次全球游客，樹立未來綠色零碳城市的典范。
然而，有一個(gè)問題也隨之而來：紅海新城是全球最大的光儲(chǔ)微網(wǎng)項(xiàng)目，儲(chǔ)能規(guī)模高達(dá)1.3GWh。這么大的儲(chǔ)能電站，一定會(huì)配備大量的儲(chǔ)能電池。那么，如何同時(shí)有效控制數(shù)量如此龐大的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)呢?
據(jù)華為高級(jí)專家佘宏武博士介紹，大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，相當(dāng)于一個(gè)巨型的“充電寶”，它是由成百上千個(gè)單體電池串并聯(lián)組成的，由于單體電池本身具有差異，規(guī)模越大，電池的短板效應(yīng)就越明顯。關(guān)鍵在于如何通過電池管理充分發(fā)揮電芯性能并保障系統(tǒng)安全?
佘宏武博士指出，電池的短板效應(yīng)是指電池的串并聯(lián)失配會(huì)影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的可用電量。電池串聯(lián)失配會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池簇的可用容量，由容量最小的電池包決定。那么，只要有一個(gè)電池包被充滿或者放空，整個(gè)電池簇的其他電池包容量將無法得到充分利用。
更為麻煩的是，在眾多電池組中，如何才能及時(shí)知曉是哪個(gè)電池出現(xiàn)了問題?
為了解決傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的弊端，華為一直著力于打造一種分散式的儲(chǔ)能方式，而華為智能組串式儲(chǔ)能解決方案也正是在這樣的思路下問世。
可以說，華為的黑科技在這方面顯現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它通過電池包優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)電池模組級(jí)管理，減小電池串聯(lián)失配的影響。與此同時(shí)，再憑借精準(zhǔn)的算法對(duì)電池包進(jìn)行可視化監(jiān)控，實(shí)時(shí)捕捉異常電池。一旦發(fā)現(xiàn)故障異常后，可立即將“問題”電池單獨(dú)隔離。這樣一來，單個(gè)電池包充滿電或放完電后，就不會(huì)影響其他電池包繼續(xù)充放電。相對(duì)于傳統(tǒng)方案，華為智能組串式儲(chǔ)能系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，單電池包故障不影響其他電池包的使用，儲(chǔ)能電池可用度達(dá)到99.99%。
舉例而言，華為智能組串式儲(chǔ)能解決方案使用的是20尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，額定容量2064千瓦時(shí)。華為將2064千瓦時(shí)分解成六個(gè)電池簇，每個(gè)電池簇再繼續(xù)分成21個(gè)電池包。每一簇都有控制器，每一包都有優(yōu)化器。通過優(yōu)化器，打破電池包傳統(tǒng)的串聯(lián)模式，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)電池包單獨(dú)充放。
實(shí)踐證明，這樣的方式可以有效提升充放電量6%。在此基礎(chǔ)上，把每一個(gè)電池簇接入智能電池簇控制器中，電池管理系統(tǒng)可以通過智能控制器單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)電池簇的工作電壓，讓充放電電流保持一致，從根本上避免了偏流的產(chǎn)生。通過單獨(dú)管理，充放電量又可以提升7個(gè)百分點(diǎn)。
值得注意的是，對(duì)于關(guān)鍵的散熱問題，華為智能組串式儲(chǔ)能解決方案也采用了分布式的散熱架構(gòu)。具體而言，每個(gè)電池簇獨(dú)立配置工業(yè)空調(diào)，這樣就可以有效規(guī)避集裝箱散熱效果的差異。一旦一個(gè)空調(diào)故障，其他空調(diào)還可以繼續(xù)工作，降低散熱的影響。而且，冷風(fēng)和熱風(fēng)的風(fēng)道也是隔離的，可以避免局部過熱造成額外的溫升，整個(gè)集裝箱的溫差就可以控制在3攝氏度以內(nèi)。
簡(jiǎn)要而言，分散式、模塊化的解決方案其實(shí)是拆“大桶”為獨(dú)立的“小桶”，然后在“桶”內(nèi)各自補(bǔ)短板，最大限度地優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。只要有這項(xiàng)獨(dú)門絕技在手，即便故障電池隱藏再好，也無處遁形。
結(jié)語
在這個(gè)瞬息萬變的時(shí)代，科技有時(shí)會(huì)在一夜之間產(chǎn)生翻天覆地的變化。從引領(lǐng)組串式逆變器成為行業(yè)主流，到重構(gòu)智能組串式儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)，華為以領(lǐng)先的技術(shù)占位行業(yè)的“制高點(diǎn)”，將“智能化、組串式”設(shè)計(jì)理念融入儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過智能組串式儲(chǔ)能解決方案，讓儲(chǔ)能系統(tǒng)將變得更高效、更穩(wěn)定、更安全!
