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储能充电站可行吗?对电感变压器提出什么要求

2023-11-29 11:28:47 来源:电子变压器与电感网 作者:何紫微 点击:14809

编者按:

能链执行总裁、储能事业群总裁王春祥认为,未来储能或将成为充电站标配。

据相关研究机构预测,今年中国全社会用电负荷功率约为13.7亿kW,而到2030年充电桩负荷跑满就会超过13亿kW。这种情况下,只有配件储能、光伏才能平抑供需波动解决电力增容难题。

此前,《磁性元件与电源》杂志已对充电站配备储能的经济性做了详细测算与分析(相关阅读:《3年回本,储能充电站落地还有多远》https://www.big-bit.com/news/402497.html)。

本期【对话】,将从技术角度与6位整机、行业人士共同探讨充电站配备储能是否有可行性,以及对电感变压器提出了何种要求,以期为深耕这一行业的从业者进一步了解储能充电站行业生态提供参考。

对话导览

1、谈谈您对储能+充电站的看法?是否具备可行性?

2、储充一体化意味着桩将与模块分离,电源将集成到一块,桩和电源分离存在什么技术难点?

3、储能+充电站的充电堆是集成式还是模块化的?如果是模块化,每个模块的功率是多大?集成之后电感变压器数量变化情况如何?

4、电源集成后,充电堆发热量更大,对电感变压器是否提出更大的宽温要求?电感变压器又该如何降低损耗?

5、储能+充电站对磁性材料、电感变压器提出了哪方面要求?应用的磁性材料、电感变压器的数量与类型分别有哪些?

对话嘉宾

 对话嘉宾

对话内容

1、谈谈您对储能+充电站的看法?是否具备可行性?

长城电源 王工:是有可行性的。大功率电网可能会承受不住,需要储能来调节。储能的过程实际上就是相当于一个油库,储能一定要用蓄电池来储存,也就是电能储存到蓄电池里边,由电池来完成储存。

快充站需要大功率的充电器和大量的蓄电池来完成。

假设这样一个场景,车主想要到充电站来实现两分钟快充,如果快充设备达不到客户的需求,那么就需要用到储能,储能配备蓄电池来完成快速的充电,这是一种可能性。另一种可能性是充电站配备大量且几款统一标准的蓄电池,快速为新能源车更换电池。

宁德时代 曹巍:很多偏远地区会有风电或者光伏发的电,然后会配一个储能集装箱,把电能储存到集装箱里面,使用的时候只需要扫码充电就好了。因为很多高速服务区比较偏远,本身是没有接入电网的,专门给它输送电的话成本很高。

德珑 张相阳:目前来说挺好的的,如果政策不变的话,利用削峰填谷赚差价还是蛮有价值的。其次,如果新能源汽车功率太高,充电站有很多车同时充电,对当地电网影响很大,就需要配备储能来调节。

经纬达 汪洪伟:通过储电站把晚上多余的电存下来之后供白天使用,未来这个应用场景会非常多,比如家庭光伏发电、大型变电站、高压充电站。

创世富尔 卢小琼:双向逆变储能工艺国内相对成熟,市场应用也有大功率工业储能向工商业储能和家庭储能衍生,市场前景广阔。伴随新能源汽车的发展,储能应用在充电桩项目将是新的赛道。

2、储充一体化意味着桩将与模块分离,电源将集成到一块,桩和电源分离存在什么技术难点?

长城电源 王工:这个工作原理一定是电源和电池配合工作。电源相当于充电器,需要有大量的蓄电池。因为既然是储能就一定要有蓄电池。电源会集成到一起,实际上类似于功率比较大的充电器了。

桩和模块既可以在一起,也可以分离到两个地点。模块应该和蓄电池在一起。桩就完全可以是导线连接的一个充电连接头了。

挚达 邱兰:桩和模块是分离的。我觉得最主要的是EMC和散热两个方面会存在难题。

宁德时代 曹巍:国内本身做桩和模块的企业就是分离的,没有一家企业会把这些东西全套的都做出来。有的公司是专门做充电桩的,有的公司是专门做储能电芯、电柜、集装箱的,还有的是做充换电变流器的。

一般情况下,某个企业要建设充电站+储能,他就会去招标,然后就会有运营商去把标中下来。有一个总包去把这个项目包下来,然后去分解,分别去不同的企业采购储能电箱、变流器和充电桩,然后通过系统匹配把这些东西集成起来。

德珑 张相阳:第一是安装这块,需要当地电力部门的评审。比如说要安装储能柜,连接电网这块需要经过评审,是否会对当地的周边居民用电有影响,这些都是要评估和经过审批的。第二个是储能的PCS这两年才发展起来,技术还不是很成熟,容量不是很大,目前容量都是几百千瓦的,需要逐步扩大容量。

经纬达 汪洪伟:首先,长距离的传输会增加铜损。第二,也会增加管理系统的一些成本,比如说充电信号接收和高频同轴线的成本。第三,在长距离传输过程中可能形成一些受到外界的电晕、雷击这些风险,外界造成的一些损耗会增加。

此外,外界的电磁干扰也会加大,这个会带来控制模块的损坏,因为距离的增加导致两个地方压差的增加,所以会要求隔离变压器耐压等级变大,比如说从之前的3100V,现在提升到6000V,甚至15000V不等。

这样的情况也会对EMC提出要求,才会有BMS隔离变压器的作用。一是高压隔离,二是电磁兼容的EMC,可以降低电池干扰。

创世富尔 卢小琼:目前充电桩行业主流是25KW一个模组,依次增加模组数量堆叠。

储能工商业储模组目前主要为10kWh一个模组,大型储能柜50kWh一个模组。

3、储能+充电站的充电堆是集成式还是模块化的?如果是模块化,每个模块的功率是多大?集成之后电感变压器数量变化情况如何?

长城电源 王工:会提出磁集成的要求。实际上要解决的就是大电流如何实现功率损耗低的问题。电感变压器一定是追求大功率、损耗低。给车充电的充电器会用到大量的电感变压器。电感和变压器所使用的磁性材料要追求高频低损耗,是它最大的特点。

挚达 邱兰:集成度越高,理论上对EMC和散热的效果是更好的。因为电源里面有功率模块和电感变压器模块,如果能更好地集成的话,针对电源的散热和EMC,对企业达到标准或者拿到一些技术证书会更快。

宁德时代 曹巍:做电源的话肯定会涉及到磁集成这块,功率也会更高,功率密度上来之后发热量肯定会高。所以现在变流器,或者包括一些电芯电箱都在往液冷方向发展。

德珑 张相阳:我们这块后面可能做成模块化的。模块化都是比较统一的,不同段的功率配不同段的模块,比较有利于各方面的生产使用。现在的电感变压器,需要材质的提升,现在各方面暂时也达不到模块化的要求标准。

经纬达 汪洪伟:充电桩会对电感变压器提出磁集成的要求。因为充电桩里面,电感变压器的小型化设计是一个必然的趋势。磁集成后,对成本的降低也有更多好处,比如把电感变压器集成在一起,会减少对磁性材料、结构件还有一些铜材的使用。

一般15kW的应用我们基本上磁集成设计的都要10kW以上。

创世富尔 卢小琼:控制模组要集成,电感变压器数量也随之而变。

4、集成后,充电堆发热量更大,对电感变压器是否提出更大的宽温要求?电感变压器又该如何降低损耗?

长城电源 王工:会在较高温度情况下追求低损耗,这样一来,磁性材料就要追求宽温、宽频下的低损耗。

宁德时代 曹巍:我觉得是会的,现在电感变压器上面用的线圈有的是铜扁线、也有铝扁线。因为线会发热震动,对截面积和间距都有要求。技术挑战就是怎么样让电流均匀地通过,让线材更好的降温。

我们之前碰到过,线材厂商为了防止扁线震动,给每层扁线之间加了绝缘胶,加了绝缘胶之后把分道全部堵死了,导致发热问题很严重。

德珑 张相阳:宽温不是要去到多少,而是更便于它的效率的提升。

经纬达 汪洪伟:电源集成后,充电堆的发热量不一定会更大。因为里面的铜和一些磁材可能会有一些抵消。因为发热主要来自于磁芯和铜线。铜的减少,相同功率下,发热也会减少。通过磁集成降低铜损和铁损来达到降低温度的作用。

功率=电流×电压,我们通过提高相同功率瓦数,提高电压,把电流做小,那铜损就会降低。因为铜线发热主要取决于电流的大小,所以在相同功率下通过升压来降低电流,这样就可以减少热损失了。

创世富尔 卢小琼:这个和方案有关系,通常DC大电流应用场景增加,对电感变压器的DC BIAS要求提高,磁芯发热和宽频是需进一步改善提升的方向,眼下采用电感变压器堆叠的方式,增加了电路损耗负担。

5、储能+充电站对磁性材料、电感变压器提出了哪方面要求?应用的磁性材料、电感变压器的数量与类型分别有哪些?

长城电源 王工:首先是开关电源的需求量加大,然后电感变压器是其中一个重要部件,磁性材料和电感变压器都要针对高频低损耗的要求进行合理的设计。与目前市场上所用的磁性材料及电感变压器都应进行适当调整,比如磁性材料的部分指标参数要调整,电感变压器的形状应做调整。

宁德时代 曹巍:电感变压器尺寸要小,功率密度要高。而充电堆发热量更大之后,也会对电感变压器提出降低损耗的要求。

而发热是由材料的属性决定的,材料如果不替换的话,那损耗就难以降下来,目前最好的是铜扁线。

德珑 张相阳:原来都是以中小功率为主,现在有必要加大功率,这对于我们磁性材料这块的损耗标准会越来越高,因为它涉及直流转交流,交流转直流的损耗。

使用的电感变压器产品类型可能会往ECI、模块化这个方向发展。不同功率使用的电感变压器不太一样,120kW的储能会用到10个左右的电感变压器。

经纬达 汪洪伟:可能一些新型的材料就会出来,为此我们经纬达成立了新材料事业部,针对高功率、大瓦数这些应用场景来开发非晶纳米金。储能柜要看多大,如果是大型的储能柜的话,电感变压器可能从几百块到几千块都有。

数量方面,一个4MW是PCS配两个集装箱,一个里边有6个电感变压器,总共是12个。电感变压器的数量主要是由功率决定的。

创世富尔 卢小琼:电感变压器产品造型通常要考虑通风散热,如中间过流通道,磁材设计考虑温升和直流叠加性能等,储能+充电桩应用前瞻性研发阶段我们愿意也有能力在电感变压器场景应用方面配合市场的需求。

结语

综合整机企业与行业人士的观点来看,充电站配备储能能平抑电网的供需波动,缓解电网压力,还可以利用削峰填谷赚取差价,具有一定可行性。但目前还需要多方配合和配套的基建。

从技术角度来说,储能充电站需要大量的蓄电池,电源会集成到一起也对EMC、散热,以及损耗都提出一定要求。

对电感变压器而言,电源集成后会提出磁集成的要求,功率更高、尺寸更小。磁性材料、电感变压器器都要针对高频损耗的要求进行合理的设计。

集成后,电感变压器需要做成模块化,不同段的功率配不同段的模块,有利于各方面的生产使用。此外,磁集成后,减少了磁性材料、电感变压器的使用数量,总成本相对更低。

相信在电感变压器性能足够好,且配套基建、政策都能跟上步伐之后,储能充电站的未来将迎来更广阔的发展空间。

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