储能行业专题报告9：大型储能电站集成技术趋势

大型储能电站集成技术趋势 ——储能行业专题报告9 行业研究|深度报告电力设备及新能源行业 看好（维持） 国家/地区中国 行业电力设备及新能源行业 报告发布日期2022年12月25日 核心观点 传统集中式方案1500V替代1000V成为发展趋势。随着集中式风光电站和储能向更大容量发展，直流高压成为降本增效的主要技术方案，直流侧电压提升到1500V 的储能系统逐渐成为趋势。1500V储能系统方案直流侧电压为1000V-1500V，以阳光电源方案为例，相比传统方案，电池系统能量密度与功率密度均提升了35%以上，相同容量电站，设备更少，电池系统、PCS、BMS及线缆等设备成本大幅降低，基建和土地投资成本也同步减少，据测算初始投资成本可降低10%以上。但同时，1500V储能系统电压升高后电池串联数量增加，其一致性控制难度增大，直流拉弧风险预防保护以及电气绝缘设计等要求也更高。 分布式方案效率最高，份额有望快速提高。与集中式技术方案对比，将电池簇的直流侧并联通过分布式组串逆变器变换为交流侧并联，避免了直流侧并联产生并联环流、容量损失、直流拉弧风险，提升运营安全。同时控制精度从多个电池簇变为单个电池簇，控制效率更高。 智能组串式方案采用一簇一管理、一包一优化的控制策略，华为首推。智能组串式方案的特点体现在：（1）组串化。采用能量优化器实现电池模组级管理，采用电池簇控制器实现簇间均衡，分布式空调减少簇间温差。（2）智能化。将AI、云BMS等先进ICT技术，应用到内短路检测场景中，应用AI进行电池状态预测，采用多模型联动智能温控策略保证充放电状态最优。（3）模块化。电池系统模块化设计，可单独切离故障模组，不影响簇内其它模组正常工作。将PCS模块化设计，单台PCS故障时，其它PCS可继续工作，多台PCS故障时，系统仍可保持运行。 高压级联方案避免并联，提高系统效率。高压级联方案采用SVG的拓扑结构，通过多电芯串联直接达到6kv/10kv/35kv的交流高压，免去使用变压器。优势体现在： （1）安全性。系统中无电芯并联，部分电池损坏，更换范围窄，影响范围小，维护 卢日鑫021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 顾高臣021-63325888*6119 gugaochen@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860520080004 施静021-63325888*3206 shijing1@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860520090002香港证监会牌照：BMO306 温晨阳wenchenyang@orientsec.com.cn 成本低。（2）一致性。无并联结构避免了电池环流问题，电池簇内部通过BMS实现电芯之间的均衡控制，可以最大程度利用电芯容量，在交流侧同等并网电量情况下，可以安装较少的电芯，降低初始投资。（3）高效率。由于系统无电芯/电池簇并联运行，不存在短板效应，系统寿命约等同于单电芯寿命，能最大限度提升储能装置的运行经济性。系统无需升压变压器，现场实际系统循环效率达到90%。 集散式方案通过直流隔离提升安全性。在传统集中式方案的基础上，在电池簇出口增加DC/DC变换器将电池簇进行隔离，DC/DC变换器汇集后接入集中式PCS直流侧，2~4台PCS并联接入一台就地变压器，经变压器升压后并网。系统中通过增加DC/DC直流隔离，避免直流并联产生的直流拉弧、环流、容量损失，大大提高了系统的安全性，从而提升系统效率。但由于系统需要经过两级逆变，对系统效率有反向影响。 投资建议与投资标 随着国内储能行业装机量快速提升，变流器作为关键设备需求量有望高速增长。建议关注1500V集中式技术方案及分布式方案供应商阳光电源(300274，未评级)、上能电气(300827，未评级)，高压级联技术供应商金盘科技(688676，未评级)、新风光(688663，未评级)、智光电气(002169，未评级)。 风险提示 政策风险；供应不足导致原材料短缺的风险；公司项目投运不及预期的风险。 储能电站+户用储能+便携式，全球共振： ——储能行业2023年投资策略 欧洲电力市场机制：——东方新能源专题报告（2） 系统梳理美国光伏政策：——东方新能源专题报告（1） 海外家庭储能：高增持续，渠道为王，未来可期：——储能行业专题报告8 2022-11-22 2022-09-30 2022-08-19 2022-07-27 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 储能系统：为保障安全、提高效率，多技术路线百花齐放5 储能系统分类：集中式、分布式、智能组串式、高压级联、集散式5 储能技术路线迭代围绕安全、成本和效率7 储能集成技术路线：拓扑方案逐渐迭代10 集中式方案：1500V取代1000V成为趋势10 分布式方案：效率高，方案成熟11 智能组串式方案：一包一优化、一簇一管理12 高压级联方案：无并联结构的高效方案14 集散式方案：直流隔离+集中逆变16 总结：技术路线对比16 相关公司18 金盘科技：变压器切入高压级联储能方案18 新风光：储能产品营收高增，高压级联技术先进19 智光电气：高压级联先驱，设备与服务双管齐下20 阳光电源：光储并驾齐驱，布局全球市场22 上能电气：储能PCS高性价比，国内项目中标领先23 投资建议26 风险提示26 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 图表目录 图1：储能电站系统构成5 图2：低压大功率升压式集中并网储能系统5 图3：低压小功率分布式升压并网储能系统6 图4：智能组串式储能并网系统6 图5：高压级联式大功率储能系统7 图6：直流侧多分支并联储能系统7 图7：储能系统热失控的诱因7 图8：电池模组串联失配8 图9：电池簇并联失配8 图10：国内光伏不同系统电压等级市场占比10 图11：1500V光伏系统效率提升来源10 图12：1500V光伏系统初始投资降低10 图13：阳光电源1500V储能PCS方案11 图14：分布式储能技术方案与集中式方案对比11 图15：智能组串式与集中式储能系统对比12 图16：智能组串式与集中式储能系统性能差异对比13 图17：新风光级联技术35kv方案14 图18：高压级联技术方案14 图19：低压升压技术方案14 图20：集散式储能技术方案与集中式方案对比16 图21：金盘科技营业收入构成和同比增长率（亿元，%）18 图22：新风光2016-2022H1年各主要产品销售收入（亿元）19 图23：新风光储能产品19 图24：智光电气业务板块20 图25：智光电气收入结构及增速（亿元）21 图26：智光电气储能业务发展历程21 图27：智光电气储能产品22 图28：阳光电源2017-2021营业收入构成（亿元）23 图29：阳光电源2018-2021毛利率和净利率（%）23 图30：阳光电源2017-2021新能源电能变换设备营收及CAGR（亿元，%）23 图31：2021年中国供应商全球市场储能PCS出货量（MW）23 图32：上能电气业务收入（亿元）23 图33：上能电气储能业务收入（亿元）24 图34：2021年度国内新增新型储能投运装机量占比（%）24 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 图35：山东庆云储能电站PCS设计方案组网图25 表1：分布式方案与集中式方案对比11 表2：山东分布式和集中式储能项目投资成本对比12 表3：高压级联方案与传统方案对比15 表4：高压级联储能方案中标项目15 表5：储能电站集成技术路线对比16 表6：金盘科技储能系统总览18 表7：截至2022年上半年新风光储能领域在研项目20 表8：智光电气已交付储能项目22 表9：上能电气储能系统应用案例25 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 储能系统：为保障安全、提高效率，多技术路线百花齐放 电化学储能系统由包括直流侧和交流侧两大部分。直流侧为电池仓，包括电池、温控、消防、汇流柜、集装箱等设备，交流侧为电器仓，包括储能变流器、变压器、集装箱等。直流侧的电池产生的是直流电，要想与电网实现电能交互，必须通过变流器进行交直流转换。 图1：储能电站系统构成 数据来源：海博思创，阳光电源，东方证券研究所 储能系统分类：集中式、分布式、智能组串式、高压级联、集散式 按电气结构划分，大型储能系统可以划分为： （1）集中式：低压大功率升压式集中并网储能系统，电池多簇并联后与PCS相连，PCS追求大功率、高效率，目前在推广1500V的方案。 图2：低压大功率升压式集中并网储能系统 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 数据来源：新风光，东方证券研究所 （2）分布式：低压小功率分布式升压并网储能系统，每一簇电池都与一个PCS单元链接，PCS采用小功率、分布式布置。 图3：低压小功率分布式升压并网储能系统 数据来源：新风光，东方证券研究所 （3）智能组串式：基于分布式储能系统架构，采用电池模组级能量优化、电池单簇能量控制、数字智能化管理、全模块化设计等创新技术，实现储能系统更高效应用。 图4：智能组串式储能并网系统 数据来源：新风光，东方证券研究所 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 （4）高压级联式大功率储能系统：电池单簇逆变，不经变压器，直接接入6/10/35kv以上电压等级电网。单台容量可达到5MW/10MWh。 图5：高压级联式大功率储能系统 数据来源：新风光，东方证券研究所 （5）集散式：直流侧多分支并联，在电池簇出口增加DC/DC变换器将电池簇进行隔离，DC/DC变换器汇集后接入集中式PCS直流侧。 图6：直流侧多分支并联储能系统 数据来源：新风光，东方证券研究所 储能技术路线迭代围绕安全、成本和效率 安全、成本和效率是储能发展需要重点解决的关键问题，储能技术的迭代核心也是要提高安全、降低成本、提高效率。 （1）安全性 储能电站的安全性是产业最关注的问题。电化学储能电站可能存在的安全隐患包括电气引发的火灾、电池引发的火灾、氢气遇火发生爆炸、系统异常等。追溯储能电站的安全问题产生的原因，通常可以归咎于电池的热失控，导致热失控的诱因包括机械滥用、电滥用、热滥用。为避免发生安全问题，需要严格监控电池状态，避免热失控诱因的产生。 图7：储能系统热失控的诱因 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 数据来源：《别睿等：储能系统设计及安全防护研究》，东方证券研究所 （2）高效率 电芯的一致性是影响系统效率的关键因素。电芯的一致性取决于电芯的质量及储能技术方案、电芯的工作环境。随着电芯循环次数增加，电芯的差异逐步体现，叠加运行过程中实际工作环境的差异，将导致多个电芯之间的差异加剧，一致性问题突出，对BMS管理造成挑战，甚至面临安全风险。 电池模组间串联失配：串联的电芯可用容量只能达到最弱电池模组的容量，使得其他电池容量无法被充分利用。 电池簇间并联失配：并联链路上的电池簇可用容量只能达到最弱电池簇的容量，使得其他电池容量无法被充分利用