Tesla南澳100MW/129MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)解析
近日，Tesla在澳大利亞南澳州100MW/129MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)競(jìng)標(biāo)中獲勝，Tesla向南澳州政府承諾，將在100天內(nèi)實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，否則將免費(fèi)提供該系統(tǒng)。實(shí)際上，不久前，Tesla在88天內(nèi)為美國南加州愛迪生公司（SCE）位于MiraRoma的變電站安裝了20MW/80MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。Tesla又一次刷新了世界最大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)記錄。之前，世界最大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)位于我國張北風(fēng)光儲(chǔ)輸工程，其中，一期工程包括了16MW/63MWh的鋰離子電池儲(chǔ)能及2MW/8MWh的釩液流電池儲(chǔ)能。
100MW/129MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的用途？
盡管南澳州政府沒有公布該系統(tǒng)的中標(biāo)價(jià)格，可想而知這項(xiàng)工程將耗資巨大。據(jù)Musk本人在年初的估計(jì)，100MW電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的稅前費(fèi)用約為3225萬美元。根據(jù)南澳州政府規(guī)劃，該系統(tǒng)將安裝于南澳州Jamestown以北的Hornsdale風(fēng)電場(chǎng)。該風(fēng)電場(chǎng)由法國新能源企業(yè)Neoen投資建設(shè)，包含105臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)315MW，是南澳州最大的風(fēng)電場(chǎng)，其上網(wǎng)價(jià)格為77美元/MWh，是澳大利亞風(fēng)電生產(chǎn)的最低價(jià)格。顯然，昂貴的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并不僅用于輔助該風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電。實(shí)際上，在2016年9月28日，南澳州由于惡劣天氣導(dǎo)致了史無前例的大停電事故，當(dāng)日，南澳州用電負(fù)荷為1895MW，其中風(fēng)力發(fā)電883MW，燃?xì)獍l(fā)電330MW，極端惡劣天氣使南澳電網(wǎng)在88秒之內(nèi)遭受5次系統(tǒng)故障，共發(fā)生大幅度電壓擾動(dòng)6次，引發(fā)9座風(fēng)電廠共計(jì)445MW風(fēng)電脫網(wǎng)，與維多利亞州相連的一條聯(lián)絡(luò)線過載跳閘，瞬時(shí)功率缺額達(dá)到900MW，大規(guī)模的出力損失超出低頻減載裝置反應(yīng)速度，未及時(shí)啟動(dòng)切負(fù)荷保護(hù)，在首次輸電線路故障發(fā)生2分鐘后，系統(tǒng)頻率崩潰，南澳電網(wǎng)全停。該100MW/129MWh大規(guī)模集中式電池儲(chǔ)能即南澳州應(yīng)對(duì)功率缺失下系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的舉措之一。該電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將作為南澳電網(wǎng)功率缺失下的緊急備用電源，平時(shí)將用于調(diào)整風(fēng)電場(chǎng)出力。
圖1100MW/129MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)地理位置
100MW/129MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是如何組成的？
在電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)用中，Tesla的主打產(chǎn)品為Powerpack，一種可擴(kuò)展的電池儲(chǔ)能單元。目前，Powerpack推出了2代產(chǎn)品，單個(gè)Powerpack的容量為210kWh，儲(chǔ)能容量達(dá)一代產(chǎn)品的2倍。根據(jù)1代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，Powerpack包含了16個(gè)并聯(lián)的電池單元。與Powerwall相同，該電池單元源自ModelS使用的電池組結(jié)構(gòu)，包含兩個(gè)電池模塊，并集成了電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)和獨(dú)立的板載DC/DC。每個(gè)電池組的標(biāo)稱電壓大約為48V，經(jīng)DC/DC變換到350V-550V，容量約為13.5kWh，每個(gè)電池單元均可進(jìn)行獨(dú)立的充放電。
圖2Powerpack1內(nèi)部結(jié)構(gòu)（來源：electreck）
以下是Tesla關(guān)于Powerpack2和逆變器的官方參數(shù)。
表1TeslaPowerpack2及逆變器參數(shù)（來源：Tesla）
若干個(gè)Powerpack并聯(lián)后，通過DC/AC逆變器并入交流電網(wǎng)，如下圖所示。在SCE20MW/80MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目中，共安裝了396臺(tái)Powerpack。在100MW/129MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)中，將至少需要615臺(tái)Powerpack。
圖3Powerpack及逆變器組成的大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（來源：Tesla）
與當(dāng)前國內(nèi)流行的MW級(jí)方艙式儲(chǔ)能儲(chǔ)能單元不同，Tesla用靈活可擴(kuò)展的儲(chǔ)能單元形成數(shù)十kW乃至百M(fèi)W級(jí)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。同樣，在電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能電池方面，Tesla沿襲了其在車輛上使用的圓柱形三元鋰離子電池，并將原18650升級(jí)到21700，將其應(yīng)用于Model3、Powerpack、Powerwall產(chǎn)品中，電池或由Tesla位于美國內(nèi)華達(dá)州的超級(jí)工廠生產(chǎn)。目前，并沒有關(guān)于21700電芯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)披露，據(jù)傳該電芯能量密度可達(dá)300Wh/kg，容量可達(dá)5750mAh。
給我們的啟示？
Tesla從動(dòng)力電池、戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)、商用儲(chǔ)能系統(tǒng)再到電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，一次又一次使我們眼前一亮。同時(shí)，無論在哪一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，Tesla堅(jiān)持了同一電池技術(shù)，能量密度和價(jià)格是其追求的要素。從產(chǎn)品線上看，各類儲(chǔ)能系統(tǒng)也基本沿用同一結(jié)構(gòu)，區(qū)別僅在于單元的數(shù)量，并沒有針對(duì)某類應(yīng)用研發(fā)新的產(chǎn)品體系，這樣使Tesla在面對(duì)當(dāng)前并不明朗的電池儲(chǔ)能市場(chǎng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
另外，我們也可以看出電網(wǎng)級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用潛力，不僅在用戶側(cè)我們需要安裝方便、能量密度高的儲(chǔ)能技術(shù)。在電網(wǎng)級(jí)的應(yīng)用中，也有迫切應(yīng)用需求，并不是可再生能源利用、電力市場(chǎng)等我們常常討論的應(yīng)用方向，而來自于電網(wǎng)安全性的需求，需要一種安裝靈活、反應(yīng)快速可靠的電源技術(shù)以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，畢竟電網(wǎng)安全穩(wěn)定事故帶來的損失是巨大的，此時(shí)，電池儲(chǔ)能是具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)之一。
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