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对话|“双碳”背景下,光储充有何喜与忧?
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对话|“双碳”背景下,光储充有何喜与忧?

2021-11-30 15:39:52 来源:半导体器件应用网 点击:32174

【哔哥哔特导读】目前,在碳中和碳达峰背景下,光储充一体化成为一种新兴的发展趋势。但当前的建设运营来看,发展过程中仍然存在着许多顾虑。那么,当前光储充具体又有哪些喜与忧呢?

编者按:

随着碳中和碳达峰目标的逐步落实,储能市场呈万亿级爆发。在电动汽车和充电桩发展不平衡的情况下,“光伏+储能+充电”一体化向环保、便捷、安全等方面逐步展开,成为电动车充电站建设的创新尝试。光储充一体化电站能够利用储能系统在夜间进行储能,充电高峰期间通过储能电站和电网一同为充电站供电,既实现了削峰填谷,又能节省配电增容费用,同时能有效解决新能源发电间歇性和不稳定等问题。

同时,光储充一体化不仅能够解决在有限的土地资源里配电网的问题,而且根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行,尽可能地使用新能源,缓解了充电桩用电对电网的冲击。在能耗方面,直接使用储能电池给动力电池充电,提高了能源转换效率。目前,光储充一体化行业的基础阶段基本成熟,配套设施相对完善,但其系统却仍然面临运维和材料成本等问题。

对话|“双碳”背景下,光储充有何喜与忧?

半导体器件应用网第六期《对话》栏目围绕光储充一体化的主题,邀请到光储充行业领域的资深人士参与对话,共同探讨目前光储充光伏逆变器、储能电池和充电桩三大方面中遇到的困难与挑战,同时聚焦光储充一体化在半导体领域的阻碍,展望光储充一体化的整体发展趋势。

对话问题导览:

1.目前,光储充一体化给光伏逆变器技术带来了哪些困难?如何进一步地解决?

2.据您了解,光储充一体化中的储能电池目前面临着哪些挑战(或安全、成本等)?贵公司有哪些解决方案?

3.您认为光储充充电桩未来设计的方向或要求是什么?为什么?

4.针对光储充功率转换、电源管理等方面的性能提升或成本问题,贵公司是否有相关的解决措施?

5.作为下游厂商,您对光储充行业上游的半导体厂商有什么诉求?

6.光储充行业发展过程中,储能电池的材料成本居高不下,供应紧张。您对此有何见解?

7.能否谈谈光储充一体化未来的发展趋势?

受访嘉宾:

对话|“双碳”背景下,光储充有何喜与忧?

1、目前,光储充一体化给光伏逆变器技术带来了哪些困难?如何进一步地解决?

阳光电源李灿林:实话实说,光储充一体化模式的转变对于单独的一个小板块不会有太多影响。比如,不管生产新能源汽车还是以前的传统汽车,其实对轮胎没什么要求,它只是其中的一个部分。换言之,光储充一体化其实对光伏也没有特殊影响,但是它对于整套系统的控制软件部分要求会很高。因为它有不同特性的系统,需要解决怎么协同控制联动起来。

科陆电子王建谊:光储充一体化对光伏逆变器倒没有带来什么困难。因为储能是一个变流器,光储一体机可以把光伏的逆变器和储能的变流器整合在一起。光储一体机的模式在容量的分布式光伏项目里会运用得比较多,可以减少部件,节省造价。在光储充一体化的发展过程中,也有人提出用直流母线模式,用直流母线直接对直流充电堆送出,也可以节省一部分的投资或费用。

从技术上来说,目前没有什么难度,主要是在策略和控制方面会有一些区别。大家的主要发展目的还是在降低成本,提高效率上。

易事特刘合疆:这方面其实一直有,主要还是大比例的分布式接入对电网的冲击影响。随着量越来越大后,这些影响可能更加突出。目前主要是通过逆变器的动作,做一些功率方面的补偿。另外一个就是加强局部微电网的检测控制,主动适应局部电网的情况。

原海基新能源祝捷:严格说,光伏逆变器算是比较成熟的产品。随着近两年光储充一体化越来越普及,光储充光伏逆变器要往大功率方向去做。前几年大功率的逆变器国内能做的并不是很多,质量等方面也并不理想。

2.据您了解,光储充一体化中的储能电池目前面临着哪些挑战(或安全、成本等)?贵公司有哪些解决方案?

阳光电源李灿林:储能电池还是安全问题。因为目前国内做的储能系统集成还是以大容量为主,而新能源设备的光储充一体化肯定是分布式的,容量很小。比如大的地面电站,一个集装箱可以装5兆瓦/时的电池,但分布式的容量很小,一个可能就一兆/瓦或者几百千瓦/时。既零散,数量又多。储能电池数量多就带了另外一个问题——安装位置大,可能要请专业的设计院做统一规划,同时储能系统要有专门的运营维护团队,但是小而多,就可能比较分散,大家做起来就很随意,出问题时就很麻烦了。

目前用户可能都在观望,因为模式已经出来,但是经济上还不划算。储能系统解决方案更多的其实还是围绕着智能化运营管理。如果每个点都要分配人员,人力成本就高了,而且人员的专业程度到底怎么样?能不能承担运营维护?还要有大量的培训,所以成本很高,后期储能电池通过智能化管理或无人化运维管理肯定会更好。

盛弘股份林东昭:储能系统主要还是储能电池的成本降不下来;安全方面,其实选择磷酸铁锂和碳酸锂电池都没问题。

科陆电子王建谊:光储充一体化的储能电池和目前通用的储能电池基本上是一致的,因为光储充一体化的模式对储能电池的要求只是每天循环次数会多一点,其他要求是一样的,没有什么特别的地方。

安全方面,随着国家储能行业的要求,其实目前对消防做了更多的投入,目前储能电池基本上还是采用集装箱布置,有完整的消防监控、热管理等等,还有应急的措施。储能电池成本虽然略有增加,但安全性会有比较大的提高。

目前我们主要是通过BMS和集成电子舱的设计,以及白子高级分析系统对储能电池的运行状态、策略有比较好的分析和把握,以整体的方案提升储能电池的循环效率,最后达到更好的状态。

首航新能源潘强:安全方面,储能系统主要是看后期的业务运营和维护。如果储能电池装了长期不管,那肯定会有一些隐患。因此储能系统要定期维护,进一步完善系统智能化。储能系统成本主要是看锂电池。目前储能电池价格下不下来,成本还是很高,并且国内的电价便宜,它的回本周期肯定很长。

易事特刘合疆:其实储能电池更大的挑战还是在安全上面,目前国内外都出现过着火的情况。储能电池目前主要是成本,所以怎么在长期的寿命里面保持电池的一致性或者怎么对部分电池出现异常后检测,也是长期的课题。我们易事特在这方面也做了很多工作。例如针对高压主创式的储能方案,除了BMS外,我们加强每一个电池储能系统上的管理,包括电池的一致性,热量管理,响应等。

原海基新能源祝捷:储能电池主要还是安全和寿命两个方面的问题,寿命关乎成本。安全方面,不管从储能做动力,安全应该是第一位的,国内做储能比较好的厂商,基本都是用磷酸铁锂电池,不像韩国、日本基本上都以三元锂电池为主,磷酸铁锂电池本质安全性相对会好一些。

另外寿命方面,磷酸铁锂电池与三元锂电池相比也有它的优势,光伏储能系统寿命做得越长,全生命周期的成本更低。成本对大型储能系统来说是比较敏感的。

星云股份杨惠坤:光储充一体化作为一种新的应用场景,缺少针对应用场景的设计标准和设计依据,另外,暂时成本较高也限制了其大批量推广。星云光储充检一体化解决方案,除了具备常规光储充一体化解决方案能力,还具备星云独家的电动汽车动力电池在线检测能力,保障电动汽车的安全,为运营商提供附加价值。

3.您认为光储充充电桩未来设计的方向或要求是什么?为什么?

盛弘股份林东昭:我们公司很多年前就已经做了两种模式。一种模式是太阳能出来,可以直接给汽车充电,用不完的余电上网;另外一种模式就是光伏发电变成市电以后,再给充电桩充电,但是这两种模式好像都是试点多,很少大面积地推广。

首航新能源潘强:充电桩肯定是未来发展的方向。目前国内支持新能源汽车,国内国外品牌在中国市场销量高,后期配套设施肯定要跟上。它未来的方向可能会转换到家庭。现在充电桩大多数是地方性的公用充电,后期可能会有一些针对家庭。

易事特刘合疆:目前电动车最大的需求还是充电的速度要加强,但是充电桩对充电速度加强比较大,所以随着迅速跟功率的不断增加,可能对电网甚至局部的光储充系统的响应要求都会有很大的提高。

科陆电子王建谊:目前来看,充电桩主要的瓶颈在于动力电池部分可接受的充电程度,因为高功率和大容量会带来更快的充电效率,缩短等待充电的时间。充电桩的发展肯定是直流大功率,这是一个比较明显的趋势。

光储充一体化下,充电桩家庭就不一定能够实现了。因为直流充电桩还是在有固定人值守和运维的充电站点实现比较多,而城市居民的基本上还是交流充电桩为主,因为它没有地方安装光伏板。另外,从国内暂时的形势来看,储能充电桩进家庭还是需要一段的时间的发展才行。

原海基新能源祝捷:充电桩快充的好处是时间短,方便省事,但是同时对安全的要求很高,因为它的电流大,功率大。作为充电桩的开发和设计来说,一是要实现更大的功率;第二是提高功率的前提下,保证安全;当然还要往品牌通用性、操作便捷等人性化系统设计方面考虑。

星云股份杨惠坤:光储充一体化充电桩未来应该会向更高集成度、更高功率密度、更高转换效率、更高安全性、更高性价比方向发展。

对话|“双碳”背景下,光储充有何喜与忧?

兴勤电子方鑫:充电桩本身是一个大功率电源,其实电源的技术已经比较成熟。未来,充电桩将会在小型化和大功率方向发展,一定程度上减少占有空间和缩短充电时间。

捷捷半导体何建新:作为半导体厂商,针对充电桩的性能要求,还是要有一些特色,生产差异化的产品。

4.针对光储充功率转换、电源管理等方面的性能提升或成本问题,贵公司是否有相关的解决措施?

飞虹洪吉晖:针对转换效率上,我们给客户的方案是采用深沟槽工艺的器件。尽管目前的电路方案上需要做调整去应用,但是在损耗和温升降低的优势上,还是比较有吸引力的。在成本上,深沟槽工艺的应用上,目前是以缩小芯片面积的发展趋势主导,从而达到降本的效果。

泰科天润秋琪:光储充一体化中涉及功率转换的设备,如AC/DC双向变流器、光伏MPPT控制器、DC/DC双向变流器等。这些设备通过直流母线或者交流母线将电网,光伏发电系统,储能系统,智能充电桩连接到一起。目前通过使用第三代半导体碳化硅功率器件,可有效提升这些功率转换设备的转换效率与功率密度。转换效率的可减小整个光储充系统的损耗,功率密度的提升可有效减少设备的体积,降低系统的成本。碳化硅功率器件在光储充系统中的应用,将有效提高相关功率变换装置的运行可靠性与市场竞争力。

星云股份杨惠坤:星云在产品性能提升和成本考虑方面采用了高频化、高集成度等多种策略组合。

5.作为下游厂商,您对光储充行业上游的半导体厂商有什么诉求?

阳光电源李灿林:我们还是希望上游供应商一方面能把材料价格降下来,因为目前我们被倒逼加在中间其实挺难的;另一方面要加大研发的投入,现在磷酸铁锂电池的功率密度基本上已经到上线。

原海基新能源祝捷:归根结底就是两大问题,即供应问题和成本问题。目前像IGBT等功率器件基本上还是依赖进口,还是希望国产厂商能尽快地真正成长起来,产品质量、性能等方面能达到要求。这样对中国整个光储充一体化产业的成本降低、供应等方面都是有好处的。

盛弘股份林东昭:我们希望是材料越便宜越好,但是其实我们公司做储能做了10多年来说,整个储能系统核心价格的70%左右都在电池上。说白了,整个储能系统降价还是要靠电池。

首航新能源潘强:目前上游的原材料供不过来,价格不断的攀升,对下游企业发展肯定会造成一些影响。我们原材料的需求量肯定是越来越大,是一个向上趋势。这方面剩下的利润可能会减少。

易事特刘合疆:可能相同部分的半导体器件,我们还是用国外进口的比较多。但是最近疫情方面的影响,供应链受到了很大的影响。所以特别是国产替代方面,希望国内能够做得更稳定,对国内整个光储充一体化行业的发展产生有很大的促进作用,包括成本,部分针对性的场所以及设计等方面。

6.光储充行业发展过程中,储能电池的材料成本居高不下,供应紧张。您对此有何见解?

星云股份杨惠坤:电动汽车充电桩、光伏发电和电化学储能规模越来越大,储能电池成本近五年成本一直在下降。有理由相信随着行业规模扩大、工艺和制程优化、替代技术和产品的出现,光储充一体化行业发展将实现更高性价比,更容易获得国内厂商的供应稳定。

对话|“双碳”背景下,光储充有何喜与忧?

7.能否谈谈光储充一体化未来的发展趋势?

阳光电源李灿林:实现碳中和目标,光储充一体化未来肯定是大趋势。因为只在远端发电侧配备储能,解决不了用户端的问题。

原海基新能源祝捷:光储充一体化应该是一个趋势,但是其实还是受制于地方的电价和环境等方面的影响。我觉得光储充一体化模式是完全可以的,最大的矛盾还是在选址、审批和电价、商业模式方面的问题。

盛弘股份林东昭:其实光储充一体化是个好东西,但是现在储能电池的性价比降不下来。除非有国家政策补贴或者电池的成本确实能够大面积的下降,那这就一定是个好事情。因为我们公司做储能都做了10多年,但是储能的成本的确太高,普遍算不过来账。投资七八年都回不了本,国内企业基本上很少有人愿意去投。下一步,如果国家碳中和碳达峰目标确实有这个要求,那么大家不计成本的上,光储充一体化也有可能会很好发展。

首航新能源潘强:光储充一体化发展趋势肯定是向好的。目前国家“双碳目标”提出,煤电的价格上涨,又对环境造成污染,但光伏、风能的污染没有传统能源那么大,未来近二十年光储充一体化发展趋势肯定是非常好的。

易事特刘合疆:光储充一体化的发展趋势肯定是用量越来越大,而且市场肯定会是很明确。毕竟环境需要,加上电力的优势,环境以及便利性等方面,光储充一体化都有很大的优势。

但是光储充一体化也面临着大量的分布式能源,安全冲击影响越来越受到重视。对于充电桩的柔性充电,可以通过储能方面的局部应对,对突然冲击做一个偏寒调剂,可能会是未来必须要做的。

泰科天润秋琪:光储充一体化未来还是正经历着规模增大,能力转换效率提升,同时需要政策辅助推动的发展趋势。扩大规模和提升效率归根结底就是实现平价,对标火电。如何使光储充一体化耦合度提高,提高系统运行可靠性,能否稳定、安全、高效的进行能量转换是关键。

科陆电子王建谊:我觉得光储充一体化适应比较多的场合,比方有屋顶、有地面的地方,所有的停车场、服务区或者路边等等,未来会逐渐地铺开。光储充一体化通过储能和充电把电力就地消化,减轻电网的压力,是“双碳”战略下未来分布式光伏的重要发展方向。布置比较灵活,应用方便,这是光储充一体化的优势。

星云股份杨惠坤:光储充一体化可以解决未来更多更大功率电动汽车充电对电网的功率冲击问题;解决光伏发电、风力发电平稳输出问题;满足城市用电负荷动态平衡需求问题。随着电动汽车越来越多,光储充一体化在城市充电站、高速公路服务区、工业园区等场景应用会越来越多。

结语:

自碳中和碳达峰目标的提出与行动落实,可持续发展的理念逐步深入到光储充行业。在电动汽车充电续航问题上,光储充一体化不失为一种解决电动汽车快速充电的理想方案。作为储能市场中的重要一环,光储充一体化的发展受到行业人士的高度重视,与储能、充电桩等相关的企业进行积极的市场布局。

光伏逆变器、储能系统和充电桩是光储充一体化的三大核心部分。目前光伏逆变器在技术上实现突破,整体而言所遇到的挑战较少。此前面临的运维和技术的提高问题,相信不久储能电池在保障安全和成本方面将会更胜一筹,而充电桩也将往更大功率、更加便捷等方向要求。

由于各地区的自然环境和地方政策不同,光储充一体化的发展在一定程度上也会受到地域的限制。但随着光储充系统成本的降低、性能的优化以及合适的商业模式实践,高性价比将进一步实现,同时更稳定、安全、便捷将成为光储充一体化不可或缺的优势。“双碳”目标推进与电动汽车市场逐渐渗透的背景下,光储充一体化有望在未来几年广泛普及,并在我国实现碳中和碳达峰目标以及能源结构转型中发挥巨大的作用。

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