Ontwikkelingstrends en vooruitzichten voor energieopslagsystemen met PCS wereldwijd in 2025
2025-04-29
In 2024 toonde de energieopslagomzetter (PCS) industrie een trend van snelle ontwikkeling. De marktomvang blijft uitbreiden en zal naar verwachting de komende jaren een snelle groei behouden, dankzij het beleidssteun van overheden voor schone energie, de aanpassing van de elektriciteitssysteemstructuur en de voortdurende vooruitgang in energieopslagtechnologie. Als een belangrijk onderdeel van energieopslagsystemen, hebben energieopslagomzetters een breed scala aan toepassingen, die meerdere scenario's bestrijken, zoals nieuwe energiecentrales en microgrids, wat duidt op een sterk marktpotentieel.
De toekomstige ontwikkeling van energieopslag PCS zal de ontwikkelingstrend laten zien van versnelde iteratie van high-power PCS, voortdurende verbetering van de marktdoorbraak van string PCS, opkomst van vloeistofgekoelde PCS en voortdurende verbetering van de penetratie van net-type energieopslag.
Trend 1: High-power PCS versnelt zijn iteratie
In 2024 zal de tweede generatie energieopslagcellen, vertegenwoordigd door 314Ah-cellen, de vervangingen van 280Ah-cellen versnellen. Het tweede generatie 5MWh energieopslag batterijcompartiment uitgerust met 314Ah versnelt naar verwachting de mainstream van de markt te worden. Volgens statistieken wordt verwacht dat het wereldwijde penetratiepercentage van 314Ah energieopslagcellen in 2024 meer dan 40% zal overschrijden.
Om de vermogensbehoefte van het 5MWh-batterijcompartiment te matchen, wordt het nominale vermogen van de PCS ook verhoogd van 1,725 MW naar 2,5 MW. De verhoging van het PCS-vermogen kan de laad- en ontlaadefficiëntie verder verbeteren, de systeemvermogen-dichtheid verhogen en de eenheid kleiner maken. Voor grote energieopslagstations kan dit ook de vloeroppervlakte verminderen. Momenteel is grote energieopslag-PCS voornamelijk gecentraliseerd, met de voordelen van een eenvoudige structuur, lage initiële investeringskosten en lage latere installatie- en operationele onderhoudskosten.
Gecentraliseerde PCS: Enkelvoudige vs. Dubbele Branch Architectuur
Voor 2,5 MW gecentraliseerde PCS zijn er momenteel twee belangrijke oplossingen in de industrie: de ene is een enkelvoudige 2,5 MW PCS stand-alone eenheid, en de andere is twee enkelvoudige 1,25 MW PCS stand-alone eenheden in parallel. Momenteel kiezen de meeste PCS-fabrikanten op de markt, zoals Kehua, NARI Relay Protection, Huichuan en Suoying, voornamelijk voor de 2,5 MW enkelmachine PCS-oplossing, die relatief eenvoudige besturing heeft, enkele structuren en elektrische componenten bespaart en een klein voordeel biedt in materiaalkosten; maar het brengt ook problemen met zich mee, zoals grote omvang en gewicht, moeilijkheden bij transport en onderhoud op locatie, en problemen met hitteafvoer van hoge vermogens. Tegelijkertijd is het aantal parallelle batterijclusters aan de overeenkomstige DC-zijde relatief groot, met respectievelijk 12 clusters (2-uur systeem) en 24 clusters (4-uur systeem), wat ernstige risico's met zich meebrengt, zoals slechte parallelle batterijconsistentie, circulatie en het kortsluitingseffect.
Verschillend van de enkelmachine 2,5 MW PCS-oplossing, heeft Sineng Electric ervoor gekozen om twee 1,25 MW modulaire PCS eenheden parallel aan te sluiten om een 2,5 MW dual-branch eenheid te vormen. De parallelle verbinding van twee 1,25 MW PCS moet de technische moeilijkheden van synchronisatie, vermogensverdeling, parallelle circulatie, enz. overwinnen die worden veroorzaakt door de parallelle verbinding van de AC- en DC-zijde, en er is ook enige druk op de materiaalkosten; echter, de 1,25 MW PCS heeft een kleiner volume en gewicht, lagere kosten voor transport en onderhoud ter plaatse, lagere moeilijkheidsgraad in hitteafvoer en een betere afstemming aan de DC-zijde. Dit kan het aantal parallelle batterijclusters met 50% verminderen, de laad- en ontlaadcapaciteit met 0,75% effectief verhogen en voldoen aan de langetermijn energieopslagbehoeften van 4 uur en meer.
Als antwoord op de vermogensafstemmingsbehoeften van het toekomstige 6MWh+ grote batterijcompartiment, kan Sineng Electric ook flexibel 4 nieuwe generatie 1,725 MW modulaire PCS eenheden parallel verbinden om een 6,9 MW gecentraliseerde geïntegreerde machine te vormen, die perfect aansluit op de volgende generatie grote batterijcellen.
Trend 2: Het marktaandeel van string PCS blijft toenemen
Tegen de achtergrond van prijsoorlogen en frequente veiligheidsincidenten in 2024, is string-energieopslag opnieuw de "lieveling" van de markt geworden. Op grote energieopslagbeurzen in 2024 is de "één cluster, één beheer" die door string-energieopslag wordt geboden, het belangrijkste technische hoogtepunt van veel nieuwe energieopslagproducten geworden en een "frequente gast" in productpromoties. De vraag naar string-energieopslag op de aanbestedingsmarkt neemt ook snel toe. Volgens statistieken heeft de aanbesteding voor string-energieopslag in 2024 de GWh-schaal bereikt.
AC/DC Geïntegreerde Batterijkabines: Kansen en Risico’s
In vergelijking met traditionele gecentraliseerde energieopslagsystemen, verbindt de string-energieopslagsoplossing elke energieopslagbatterijcluster met een energieopslagomvormer en maakt het gebruik van één-op-één batterijclusterbeheer, wat de parallelle circulatie en het kortsluitingseffect kan overwinnen om de beschikbare capaciteit, systeem efficiëntie en systeembetrouwbaarheid te verbeteren. Tegelijkertijd zijn het totale gewicht en de omvang klein, wat het transport en de werking op locatie vergemakkelijkt; het maakt gebruik van loskoppeling per cluster en multi-laag segmentbescherming, evenals dynamische vermogensverdeling. De storing van een enkel PCS beïnvloedt de totale output niet, wat het bijzonder geschikt maakt voor buitenlandse markten en industriële en commerciële energieopslag die snelle foutverwijdering en gemakkelijke werking en onderhoud vereisen.
Bovendien hebben de toonaangevende geïntegreerde fabrikanten in de industrie naast de conventionele PCS-externe oplossing ook PCS-systemen met ingebouwde "AC/DC geïntegreerde batterijkabine" geïntroduceerd, die gedeeltelijk de functies van de batterijcluster hoge-voltagekast vervangen en een diepere koppeling tussen PCS en batterijclusters bereiken op het gebied van elektrische topologie, warmteafvoerbeheer, structuur, enz. Op basis van de voordelen van het string-systeem wordt de vermogensdichtheid van het batterij-systeem verder verbeterd en kan de gezamenlijke debugging in de fabriek worden voltooid, wat de werklast en kosten van on-site debugging aanzienlijk vermindert. Natuurlijk heeft deze AC/DC geïntegreerde oplossing voor de meeste batterijfabrikanten of systeemintegrators die geen PCS R&D-capaciteiten hebben, ook opvallende problemen zoals hoge R&D-moeilijkheden en kosten, verminderde veelzijdigheid in inkoop en selectie, verminderde onderhoudbaarheid van PCS, onduidelijke veiligheidsverantwoordelijkheden en verhoogde risico's op boog- of kortsluitveiligheidsproblemen. Er is een uitgebreide overweging nodig op basis van verschillende toepassingsomgevingen en scenario’s.
Trend 3: Vloeistofgekoelde PCS komt op.
Naarmate vloeistofkoelingstechnologie geleidelijk mainstream wordt in de batterijsector, is vloeistofkoelingstechnologie ook begonnen op te komen in de PCS-sector. Toonaangevende PCS-fabrikanten hebben nieuwe vloeistofgekoelde PCS-producten geïntroduceerd, zoals Sineng Electric, Kehua, Sungrow Power Supply, Sowin Electric, Huichuan, enz.
In vergelijking met traditionele luchtkoeling heeft vloeistofkoeling een hogere vermogensdichtheid, hogere redundantie in warmteafvoer en een beter beschermingsniveau. Het is bijzonder geschikt voor gecentraliseerde PCS boven 2 MW en string PCS boven 250 kW. Het is beter aanpasbaar aan omgevingen met hoge temperatuur en hoge luchtvochtigheid, hoge hoogte, hoge zoutnevel, sneeuwstormen en andere omstandigheden. Vloeistofkoeling heeft een hogere vermogensdichtheid, beter beschermingsniveau en sterkere aanpasbaarheid aan omgevingen met hoge temperatuur en hoge luchtvochtigheid, zoutnevel, sneeuwstormen en andere omgevingen.
Voor de "volledig vloeistofgekoelde AC batterijcompartiment" die gebruik maakt van vloeistofgekoelde PACK + vloeistofgekoelde string PCS, wordt de systeemintegratie verder verbeterd, met drie temperatuurregelingsmodi: snelle koeling, micro-koeling en verwarming. Het kan intelligent worden omgeschakeld op basis van de batterijcel, omgevingsomstandigheden en werkingsomstandigheden, wat de efficiëntie, prestaties, veiligheid en intelligentie van het systeem aanzienlijk verbetert. Natuurlijk kan voor gecentraliseerde PCS van 2 MW en lager en string PCS van 250 kW en lager de bestaande luchtkoelingsoplossing volledig voldoen aan de warmteafvoerbehoeften. Het heeft een eenvoudige structuur, lage kosten, lager operationeel energieverbruik, gemakkelijke werking en onderhoud, en geen veiligheidsrisico’s zoals lekkage en condensatie. Het zal in de toekomst nog steeds het grootste deel van het marktaandeel bezetten.
Trend 4: Het marktaandeel van net-type energieopslag blijft toenemen.
Tegen het einde van 2024 zal de geïnstalleerde capaciteit van nieuwe energieopwekking, voornamelijk windenergie en zonne-energie, 1,45 miljard kilowatt bereiken, waarmee de geïnstalleerde capaciteit van thermische energie voor het eerst wordt overschreden. Het hoge aandeel van nieuwe energietoegang en de toegang van hoogvermogen elektronische apparatuur hebben geleid tot een afname van de systeeminertie en een gebrek aan demping in traditionele grote elektriciteitsnetten, en een verzwakking van de storingsbestendigheid, wat enorme uitdagingen met zich meebrengt voor de frequentie-, spannings- en vermogenstabiliteit van het elektriciteitssysteem.
De net-type energieopslagomzetter werkt met de kenmerken van een synchrone spanningsbron, bouwt en onderhoudt de uitvoerspanning en frequentie, biedt actief netondersteuning en helpt het systeem dynamisch te stabiliseren en snel te herstellen en opnieuw op te bouwen.
Drie Kernfunctionele Waarden van Net-Type PCS
De kernfunctionele waarde van net-type energieopslag kan worden onderverdeeld in drie categorieën en tien punten:
1) Dynamische spanningsregeling, snelle frequentie-regeling, inertierespons en dempingcontrole onder kleine storingsomstandigheden;
2) SCR actieve ondersteuning, kortdurende overbelasting (3 keer 10 seconden), hoog/laag spanningsdoorvoer, en fasehoek-jump toleranties onder grote storingsomstandigheden;
3) Permanente foutisolatie en reconstructie: netverbinding en off-grid omschakeling en zwartstart.
Onder kleine storingsomstandigheden kan net-type energieopslag snelle frequentie-modulatie en dynamische spanningsregeling uitvoeren om een dynamisch evenwicht tussen actieve en reactieve energie te bereiken; het kan inertierespons en dempingcontrole uitvoeren om het gebrek aan inertie en demping van traditionele net-type energieopslag te compenseren, snelle spanningsflikkering en fluctuatie te voorkomen en brede band oscillatie van het systeem te onderdrukken.
Onder grote storingsomstandigheden wordt van de energieopslag vereist dat deze stabiel werkt onder zwakke elektriciteitsnetten en snel vermogen levert om de sterkte van het elektriciteitsnet te ondersteunen op het moment van uitval van nieuwe energie. Dit vereist dat de energieopslag een kortdurende overbelastingscapaciteit van 3I/10s heeft, continue hoog- en laagspanningsfoutovergang ondersteunt, en in staat is om fasehoekverschuivingen van maximaal 60° te weerstaan.
Wanneer de externe netwerkfout niet binnen korte tijd kan worden hersteld, kan de energieopslag naadloos schakelen van netverbonden naar off-grid werking, waarbij het stabiele spanning en frequentie biedt voor het interne netwerk. Wanneer aan de drie-fase voorwaarden wordt voldaan, kan de energieopslag schakelen van off-grid naar netverbonden werking.
Conclusie: PCS-innovatie zal de toekomst van energieopslag bepalen
Wanneer het elektriciteitsnet op grote schaal zonder stroom zit, kan energieopslag worden gebruikt als een nulspannings zwartstart-energiebron om de wederopbouw van het elektriciteitsnet te ondersteunen.
Vanuit het perspectief van productnormen is er momenteel een gebrek aan relevante nationale normen voor netverbonden energieopslagomvormers, wat de selectie en het ontwerp, de test- en certificeringsprocedures, de netverbonden beoordeling en de praktische toepassing van netverbonden energieopslag beperkt.
6 Belangrijke Kenmerken van Energy Storage PCS die je moet kennen
Veiligheidscertificering van opslagsystemen voor energie: UL9540- en UL9540A-normen
Gerelateerd artikel
