WXRedian | 慧铭达电子科技有限责任公司 | 集中式和组串式储能的技术特点和系统集成挑战

集中式和组串式储能技术路线在储能系统中扮演着不同的角色，各自拥有独特的优点与局限性。

集中式储能技术

优点

控制逻辑简单：集中式储能系统的电池Pack直接串联，形成电池簇，再通过直流侧并联接入一个或几个大型储能变流器（PCS），这样的结构使得控制系统相对简化，易于管理和维护。

初始成本较低：由于其结构较为简单，且可实现大规模采购和集中管理，因此在初期建设和运营维护方面能够降低成本。

缺点

木桶效应：所有电池模块并联在一起，系统的整体寿命取决于最弱的一环，即性能最差的电池模块。

簇间环流问题：不同电池簇之间存在放电深度不一致的情况，导致环流现象，进而影响充放电效率，并可能引发安全风险。

运维复杂度高：一旦发生故障，通常需要专业人员到场进行调试和维修，增加了停机时间和运维成本。

应用示例

华能黄台100MW/200MWh项目是中国首个采用集中式PCS架构的大规模储能电站之一。该项目采用了集装箱式的装配方式，单个集装箱内的设备容量可达数兆瓦时（MWh），适用于电网侧储能和大型可再生能源电站配套储能。

组串式储能技术

优点

灵活性强：组串式储能系统由多个较小容量的储能单元组成，每个单元都具有独立的控制和管理功能，这赋予了它高度的灵活性和可扩展性，便于根据实际需求灵活扩容或者补电。

安全性更高：每个电池簇单独控制充放电，避免了环流的影响，实现了故障隔离；并且采用了高效的热管理系统，确保了良好的均温性和较长的电池寿命。

易于运输安装：单柜体积小巧，方便运输和现场安装，特别适合于地形复杂或多点分布的应用场景。

缺点

集成复杂度增加：相比集中式系统，组串式储能的集成和调试过程更加复杂，因为需要对每个储能单元进行精细化配置。

总体成本较高：尽管单个组件的成本更低，但由于需要更多的优化器和监控设备，整体系统的投资成本会有所上升。

应用示例

山东德州林洋光储3MW/6MWh项目是一个典型的组串式储能应用案例。此项目使用了智能组串式储能一体柜，每台一体柜内包含若干个储能单元，每个单元连接到一台小型PCS，交流侧输出后汇入变压器升压接入电网。这种设计不仅提高了系统的可靠性和稳定性，还允许新旧电池混用，进一步增强了系统的适应性和经济性。

两种技术路线在储能容量方面的特点

集中式储能

容量上限

单个集装箱的容量：

在集中式储能方案中，一个典型的储能集装箱通常包含多个电池簇，在直流侧并联后接入大型PCS进行逆变处理。根据不同的设计标准和技术规范，单个集装箱的最大装机容量达到数兆瓦时（MWh），例如资料提到40尺的集装箱在使用280Ah电芯的情况下，1000V的电池最大装机容量。

全生命周期电量吞吐能力：

由于集中式储能存在木桶效应，即整个系统的性能受限于最弱的电池簇，因此长期运行下，其实际可利用的储能容量会有所下降。此外，为了防止环流问题带来的安全隐患，充放电时会保留一定的余量，这也间接降低了有效储能容量。

容量扩展性

大规模项目适用性：

集中式储能非常适合用于电网级的大规模储能项目，如源网侧的大型储能电站，这类项目往往需要较高的单次充电/放电功率和较大的总储能容量。然而，当涉及到扩容或补电时，必须以舱为单位进行操作，灵活性较差。

组串式储能

容量上限

模块化设计的优势：

组串式储能系统一般采用模块化设计，每个储能一体柜内的电池簇连接到独立的小型PCS，然后通过交流汇流接入电网。这种架构允许更灵活地定义每个储能单元的大小，理论上根据需求组合成任意规模的储能系统。例如，有报道指出组串式储能系统的最小功率从50kW起。

单柜容量：

虽然单个储能一体柜的容量相对较小，但它们通过并联的方式轻松实现大容量储能。而且，因为每个储能单元都是独立控制的，所以即使部分单元出现问题也不会影响其他单元的工作，这有助于保持整体系统的稳定性和可靠性。

容量扩展性

灵活的扩容方式：

组串式储能的一个显著优点是其高度的灵活性，不仅在于它适应各种复杂的地形条件，还体现在它支持新旧电池混用，并且根据实际需求随时添加新的储能单元来进行扩容。这意味着用户根据自身用电负荷的变化逐步增加储能容量，而不需要一次性投资建设过大规模的设施。

实际应用中的考量

储能容量的选择：

无论是集中式还是组串式储能，在选择具体的储能容量时，都需要考虑项目的具体要求，包括但不限于预期的服务年限、目标市场的电价政策、当地的气候条件等。对于那些希望快速部署并且初期投资有限的应用场景，更适合选择组串式储能；而对于已经规划好的大型储能项目，则集中式储能是更好的选择，因为它在初期就构建出足够大的储能容量。

系统集成方面的挑战

集中式储能技术路线

调试复杂度高：

集中式储能系统通常涉及大型设备的安装与调试，尤其是当系统规模较大时，现场调试变得非常复杂。例如，在一些大型储能项目中，由于电流舱内包含了大量的电气组件，这使得调试周期较长，并且一旦出现问题，往往需要厂家派遣技术人员到场解决。

运维难度大：

集中式储能系统的维护工作同样具有挑战性。由于所有电池簇并联在一起，如果某一簇出现故障，会影响到整个系统的正常运行。此外，为了确保安全性和效率，还需要定期对系统进行巡检和保养，这对运营团队的专业技能提出了较高要求。

环流问题：

在长期运行过程中，不同电池簇之间的内阻差异导致环流现象，进而影响系统的充放电效率甚至带来安全隐患。解决这一问题不仅增加了额外的成本，也给日常管理带来了不便。

组串式储能技术路线

集成与调试复杂：

虽然组串式储能系统采用了模块化设计，看似简化了整体结构，但事实上，每个储能单元都需要独立配置和测试，这就导致了集成过程中的复杂性增加。特别是在多点分布的应用场景下，协调各个储能单元的工作状态成为了一项艰巨的任务。

一致性管理困难：

尽管组串式储能通过一簇一管理的方式来提高电池包的均衡性和充放电效率，但在实际操作中，要保证所有储能单元的一致性并非易事。随着使用时间的增长，各单元之间会产生性能上的差距，如何有效地监控和调整这些差异是当前面临的一个难题。

通信与数据同步：

由于组串式储能系统中存在大量的分布式节点，因此对于通信网络的要求也更为严格。不仅要确保各个节点之间的信息传递准确无误，还要实现快速的数据同步，这对于系统的稳定性和响应速度至关重要。

经济性方面的差别

初始投资成本

集中式储能：

从初始投资角度来看，集中式储能系统由于其结构相对简单，采购成本较低，特别是当项目规模较大时，通过批量采购降低单位成本。然而，考虑到后续出现的运维费用以及潜在的风险（如环流问题），总的经济优势未必明显。

组串式储能：

相比之下，组串式储能系统的初期建设成本更高，因为它包含了更多的优化器和监控设备。但是，这种设计有助于减少未来的维护开支，并且提高了系统的可靠性和灵活性，长远来看是更具性价比的选择。

运营维护成本

集中式储能：

由于集中式储能系统的复杂性和较高的故障率，其运营维护成本不容忽视。除了常规的检查外，任何一次严重的故障都导致长时间停机，进而增加额外的维修费用。另外，由于缺乏足够的冗余机制，即使是一个小部件损坏也会引发连锁反应，造成更大范围的影响。

组串式储能：

组串式储能系统则表现出了更低的运维成本。得益于其分散式的架构，即使个别储能单元发生故障，也不会影响到其他部分的正常运作。同时，精准定位故障点的能力使得修复工作更加高效，减少了不必要的停机时间。

生命周期内的总拥有成本（TCO）

集中式储能：

在其生命周期内，集中式储能系统的总拥有成本会因为持续增长的运维需求而逐渐上升。尤其是在面对木桶效应和环流问题时，这些问题会加速某些组件的老化过程，最终推高整体的运营成本。

组串式储能：

而对于组串式储能而言，虽然初期投入较大，但由于其优异的安全性和可靠性，加上灵活的扩容选项，可在较长时间内保持较低的运营成本。此外，良好的热管理和电池寿命延长也有助于降低生命周期内的平均成本。

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