Tesla南澳100MW/129MWh電池儲能系統解析
近日，Tesla在澳大利亞南澳州100MW/129MWh電池儲能系統競標中獲勝，Tesla向南澳州政府承諾，將在100天內實現電池儲能系統并網運行，否則將免費提供該系統。實際上，不久前，Tesla在88天內為美國南加州愛迪生公司（SCE）位于MiraRoma的變電站安裝了20MW/80MWh電池儲能系統。Tesla又一次刷新了世界最大規模電池儲能系統記錄。之前，世界最大規模電池儲能系統位于我國張北風光儲輸工程，其中，一期工程包括了16MW/63MWh的鋰離子電池儲能及2MW/8MWh的釩液流電池儲能。
100MW/129MWh電池儲能系統的用途？
盡管南澳州政府沒有公布該系統的中標價格，可想而知這項工程將耗資巨大。據Musk本人在年初的估計，100MW電池儲能系統的稅前費用約為3225萬美元。根據南澳州政府規劃，該系統將安裝于南澳州Jamestown以北的Hornsdale風電場。該風電場由法國新能源企業Neoen投資建設，包含105臺風力發電機組，總裝機容量達315MW，是南澳州最大的風電場，其上網價格為77美元/MWh，是澳大利亞風電生產的最低價格。顯然，昂貴的電池儲能系統并不僅用于輔助該風電場的發電。實際上，在2016年9月28日，南澳州由于惡劣天氣導致了史無前例的大停電事故，當日，南澳州用電負荷為1895MW，其中風力發電883MW，燃氣發電330MW，極端惡劣天氣使南澳電網在88秒之內遭受5次系統故障，共發生大幅度電壓擾動6次，引發9座風電廠共計445MW風電脫網，與維多利亞州相連的一條聯絡線過載跳閘，瞬時功率缺額達到900MW，大規模的出力損失超出低頻減載裝置反應速度，未及時啟動切負荷保護，在首次輸電線路故障發生2分鐘后，系統頻率崩潰，南澳電網全停。該100MW/129MWh大規模集中式電池儲能即南澳州應對功率缺失下系統安全穩定運行的舉措之一。該電池儲能系統將作為南澳電網功率缺失下的緊急備用電源，平時將用于調整風電場出力。
圖1100MW/129MWh電池儲能系統地理位置
100MW/129MWh電池儲能系統是如何組成的？
在電網級儲能應用中，Tesla的主打產品為Powerpack，一種可擴展的電池儲能單元。目前，Powerpack推出了2代產品，單個Powerpack的容量為210kWh，儲能容量達一代產品的2倍。根據1代產品的結構，Powerpack包含了16個并聯的電池單元。與Powerwall相同，該電池單元源自ModelS使用的電池組結構，包含兩個電池模塊，并集成了電池管理系統、熱管理系統和獨立的板載DC/DC。每個電池組的標稱電壓大約為48V，經DC/DC變換到350V-550V，容量約為13.5kWh，每個電池單元均可進行獨立的充放電。
圖2Powerpack1內部結構（來源：electreck）
以下是Tesla關于Powerpack2和逆變器的官方參數。
表1TeslaPowerpack2及逆變器參數（來源：Tesla）
若干個Powerpack并聯后，通過DC/AC逆變器并入交流電網，如下圖所示。在SCE20MW/80MWh儲能項目中，共安裝了396臺Powerpack。在100MW/129MWh儲能系統中，將至少需要615臺Powerpack。
圖3Powerpack及逆變器組成的大規模電池儲能系統（來源：Tesla）
與當前國內流行的MW級方艙式儲能儲能單元不同，Tesla用靈活可擴展的儲能單元形成數十kW乃至百MW級的電池儲能系統。同樣，在電網級儲能電池方面，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升級到21700，將其應用于Model3、Powerpack、Powerwall產品中，電池或由Tesla位于美國內華達州的超級工廠生產。目前，并沒有關于21700電芯的實驗數據披露，據傳該電芯能量密度可達300Wh/kg，容量可達5750mAh。
給我們的啟示？
Tesla從動力電池、戶用儲能系統、商用儲能系統再到電網級儲能系統，一次又一次使我們眼前一亮。同時，無論在哪一個應用領域，Tesla堅持了同一電池技術，能量密度和價格是其追求的要素。從產品線上看，各類儲能系統也基本沿用同一結構，區別僅在于單元的數量，并沒有針對某類應用研發新的產品體系，這樣使Tesla在面對當前并不明朗的電池儲能市場具有更強的適應性。
另外，我們也可以看出電網級電池儲能系統的應用潛力，不僅在用戶側我們需要安裝方便、能量密度高的儲能技術。在電網級的應用中，也有迫切應用需求，并不是可再生能源利用、電力市場等我們常常討論的應用方向，而來自于電網安全性的需求，需要一種安裝靈活、反應快速可靠的電源技術以應對突發事件，畢竟電網安全穩定事故帶來的損失是巨大的，此時，電池儲能是具有競爭力的技術之一。
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