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高壓級聯為何叫好不叫座？
8月1日，青海省海西州寶庫儲能電站工程EPC總承包及高壓直掛式儲能系統設備集成招標采購項目開標。山東電工時代中標EPC、南瑞繼保中標構網型儲能。據北極星儲能網了解，這是目前為止，國內針對高壓直掛式儲能設備的最大規模招采計劃。
在高壓級聯（又稱高壓直掛）技術上既有技術積累，又有客戶資源的南瑞繼保、許繼電力、山東電工時代、西電電力電子、新風光、金盤科技等企業，近兩年，始終致力于擴大高壓級聯在儲能市場的占比。
但是叫好不叫座的高壓級聯技術方案，近期很難超越投資成本低、結構簡單、運維難度小、國內主流的低壓式（也稱集中式）技術方案。探究其中原因可以發現，國內儲能市場的高壓級聯技術方案尚處于市場培育初期，市場主流技術方案阻礙了其搶占市場，但今后發展空間很大。
1“慣性思維”令高壓級聯叫好不叫座？
7月31日，國家能源局召開三季度網上新聞發布會。發布會上，能源局能源節約與科技裝備司副司長劉亞芳表示，2023年1-6月，新型儲能項目新投運裝機規模約863萬千瓦/1772萬千瓦時，相當于此前歷年累計裝機規模總和。按當前市場價格測算，新投運新型儲能拉動直接投資超過300億元人民幣。
國內眾多機構的研報也將新型儲能視為高景氣度行業。機構普遍認為，雙碳背景下，我國能源結構正在向以新能源為主體的新型電力系統轉型，風光裝機量、 發電量占比日趨提高，在能源結構中的占比不斷提升。隨著新能源裝機量、占比的增加，新能源發電高度依賴自然環境導致的不穩定性和不可控性，帶來的負面影響日益凸顯，為保障能源結構的順利轉型、提升新能源主動支撐能力，需要儲能這類靈活性資源進行調節，可以說儲能是解決以上問題的最佳方案。可以預期，我國儲能裝機量今后將呈快速增長態勢，配儲比例有望持續、快速提高。
但是，國內儲能市場“增收不增利”的局面還未發生質的改變。所以正處在“浪尖風口”的電化學儲能上下游企業所使用的電池電芯、變流器、電池管理系統、能量管理系統都是在不斷發現、排除問題，降低成本，延長系統壽命的發展完善階段，一大堆“骨干的現實”令新型儲能上下游企業只能選擇成本低、成熟穩定、水平相對較低的技術方案。
電化學儲能系統是以電力電子設備為核心，一頭接著直流側的電池，另一頭連著交流側的電網。除了電池本身，儲能系統與電網的交互能力決定著儲能系統運行時的性能，而儲能系統運行性能與儲能電站內部的拓撲結構設計相關。南瑞繼保、許繼電力、山東電工時代、西電電力電子、新風光等企業研發的高壓級聯，比市場主流技術方案低壓式的轉換效率更高、電能質量更優、單機容量更大、調節響應速度更快。這無疑提升了新型儲能系統運行性能，提升了儲能系統參與電網互動的能力水平，但是目前該技術存在后期運維成本高、技術較復雜等不足。
中國石油深圳新能源研究院儲能研發部總監楚攀博士曾對媒體表示低壓式儲能系統的優勢是結構簡單、投資成本最低，后續安裝、運維成本便宜，對運維人員要求也相對較低。但低壓式并不是為大規模儲能設計的。它誕生的時候，電化學儲能項目規模一般不超過20MWh，當（儲能系統）放大到百兆瓦規模時，這種結構的缺點就比較明顯了，比如直流拉弧、直流側的并聯容量損失、并聯環流等等。楚攀說，低壓式的缺點已經嚴重影響了儲能電站的安全和效率。雖然它的缺點很多，但基于歷史慣性，目前，低壓式依然是市場上增量最大、占有率最高的技術方案。
2滿足業主三大需求 更具高滲透率？
電化學儲能作為優質的靈活性資源，在電源側、電網側、用戶側均可以發揮提高效率、保障平穩運行等作用，勢必成為保障新型電力系統發展的剛需。
隨著技術的不斷成熟，電化學儲能系統的規模不斷增大，電池容量也不斷增大，運行的數據也會更大，這對儲能系統的安全性和效率將會提出更高的要求。今年5月，奇點能源副總經理、產品與解決方案總監張翼曾公開表示，儲能電站的規模越來越大，系統之間協同控制的重要性正在上升。
而高壓級聯技術方案可以提高單臺儲能變流器功率、提高運行效率、降低電力電子損耗、提高整機響應速度，提高整機輸出波形質量，能夠有效解決傳統儲能技術存在的技術痛點、難點，非常適合大容量儲能應用場景，其在儲能功率越大的應用場景性價比越高。高壓級聯技術方案成為新能源電站儲能、獨立儲能的主流技術順理成章。
目前，國內儲能系統集成技術方案有6種，目前被廣泛采用的技術方案為低壓式，另外5種技術方案是大組串、智能組串式、集散式、分布式能源塊和高壓級聯。
楚攀認為，高壓級聯是在逆變成交流之后通過串聯達到升壓目的，省略了升壓變壓器，其特殊的拓撲結構，并聯容量損失、并聯環流問題也都不存在了，最終效率可以做到88-90%，但其結構復雜，高度模塊化的難度較大，所以項目的交付速度比較慢，后期的運營維護的要求也更高。目前落地地高壓級聯項目還不多，從2022年新增儲能項目來看，高壓級聯的滲透率率不超過5%。
許繼電力電子有限公司董事長劉剛在接受北極星采訪時說，高壓級聯技術方案的最大優點就是效率高，但缺點也不少。例如：這種技術的電池、電池管理系統和功率模塊是一體化的，出現問題時責任劃分不清；而且這種模式電池一般也須要超配，以解決功率冗余單元保護退出后，系統儲能容量仍滿足不低于額定值，因此其經濟性還得看具體項目要求，系統維護也比較困難，功率單元和電池檢修等都需進行調度申請。
華寶證券發布的報告認為，隨著儲能在新型電力系統中作用的真正發揮，業主會更加重視儲能集成的安全、性能和效率，而這三方面也會成為儲能系統集成技術滲透率提升的關鍵所在。因為高壓級聯恰好可滿足業主在安全、性能和效率三大領域的需求，所以相比其他儲能系統集成技術方案，該技術方案更具有中大幅度提升滲透率的可能。
3高壓級聯壁壘高 先行者未必敗
截至目前，國內高壓級聯仍處于項目驗證階段，賽道代表性廠商為南瑞繼保、許繼電力、山東電工時代、西電電力電子、新風光、四方繼保、金盤科技、智光電氣等企業。
南瑞繼保是高壓直掛儲能技術先行者之一，2022年6月17日，南瑞繼保研制的全球首套35kV高壓直掛儲能系統，在紹興市上虞區35kV紅墟儲能電站順利正式并網運行。
這套儲能系統產品單套容量25MW/50MWh，采用安全性能更高的級聯式拓撲結構，取消了升壓變壓器，電池分散在每個PCS單元模塊中，運行相互獨立、耦合度低，并采用熱備用冗余設計和主動均衡技術，相比于傳統配置升壓變的儲能方式具有安全性能高、效率效益高、兼容性能強、性價比高等優勢。
許繼電力曾經是國家電網系統內的三大電力設備供應商之一，現在隸屬于中國電氣裝備。自2005年國家組織西電東送工程起，該公司就開始參與換流閥相關技術迭代。
許繼正在著手攻克高壓級聯技術方案中的技術難題，包括如何實現電池簇數量不增加情況下，電池在低電壓狀態還能滿足電網高壓穿越要求，以及如何實現功率模塊故障后的安全旁路等技術難題。
今年7月，許繼電力電子正式發布了自主研制的中高壓級聯儲能變流器等系統和產品，具有高安全、高可靠、經濟性更佳等優勢，可廣泛應用于發電側、電網側、工商業儲能等領域。
山東電工時代同樣隸屬于中國電氣裝備，由山東電工電氣集團有限公司聯合寧德時代新能源、北京索英合資成立。是一家集儲能設備研發、生產、銷售、服務于一體的新能源企業。
山東電工時代與智光儲能攜手在山東濟南萊城發電廠打造了國內首個百兆瓦高壓級聯儲能電站。其是國內第一家同時掌握高壓液冷、高壓級聯、組串式技術方案，并擁有全部工程應用業績的企業。
西電電力電子提出了基于全國產化IGCT-Plus器件為核心的新型構網型高壓級聯電力電子裝備，通過電力電子級聯的方式，具有電壓支撐和主動慣量支持特性，維持電力系統穩定性。同時與跟網型設備相比在占地面積、建設周期和設備運維等方面都有較大的優勢，是未來電力電子裝備發展的趨勢，具有廣闊發展與應用前景。
西電電力電子為內蒙古烏的蘭察布源網荷儲示范項目供應了50MW高壓直掛PCS產品，另外也為某發電廠100MW/200MWh級聯式儲能項目提供了設計方案。
2021年以來，新風光重點推出了采用變流器級聯設計方式的高壓級聯儲能系統。在政府對儲能電站的考核要求提升的趨勢下，電站將更有動力選擇高壓級聯這種更安全、性價比相對較高的技術方案。
新風光作為山東省級新能源投資平臺下屬的上市公司，未來將受益于山東 省風、光、儲能產業發展。近幾年，新風光的高壓級聯技術方案，主要用于礦井安全應急用電源和峰谷電價套利。
以兗礦能源下屬某煤礦公司為例，通過采用新風光高壓級聯應急儲能供電系統，滿足特殊情況下的應急供電需求，保證風機和提升機供電、降低礦區關鍵負荷停電時間同時，極大提高礦區生產安全和井下人員生命安全。
金盤科技也是高壓直掛儲能技術代表企業之一，目前其客戶已經覆蓋如中廣核、華電、華能、 國電投、金風、GE、西門子、VESTAS等。7月上旬，由金盤科技投資建設的湖南省首個35kV高壓直掛儲能電站成功并網。
盡管金盤科技存在儲能項目建設不及預期的風險。但該公司預計，2023年或為儲能放量一年，僅今年一季度其儲能系列產品訂單已超2022全年訂單總額。
智光電氣是較早推動高壓級聯儲能技術、也是堅定推動這一技術路線的擁躉者。5月21日，由華能清能院、智光儲能、上海交通大學聯合研制的華能上都35kV級聯型高壓直掛儲能項目設備正式下線，這也是迄今為止全球電化學儲能領域單機最大容量儲能系統，PCS單機容量25MVA，具備有功20MW及無功15MVar輸出能力，配套安裝電池容量為40MWh，可以實現35kV高壓直接并網。
6月21日，一件頗具象征意味的高壓級聯招投標出現在業內，即青海寶庫儲能電站EPC及高壓直掛式儲能系統招標。該招標公告明確要求投標人需滿足兩項資質。首先，投標的聯合體牽頭方必須具有能源管理系統、變流器、電池管理系統一項及以上自主研發及生產能力，且需具有國家級儲能檢測資質機構出具的試驗報告或產品認證。更為苛刻的是要求投標企業具有級聯儲能系統相關業績，其中單站級聯儲能系統業績要求達到50MWh及以上。8月4日，該項目開標，山東電工時代中標EPC、南瑞繼保中標構網型儲能。
盡管目前國內可參與高壓級聯技術招投標的企業肯定沒有儲能企業的數十家之多，且具備關鍵技術自主生產能力，三年數據積累，液冷儲能系統投運業績及經驗，高壓級聯銷售業績的企業更少。但是高壓級聯技術方案能否快速崛起，仍需持續觀察！
