2023年储能变流器盘点:“构、高、大”是主流

虽然有机构乐观预测,2025年储能变流器市场规模约为75亿~150亿元,仅占新型储能装置市场规模1500亿元的5~10%,但储能变流器是连接储能电池系统和电网的双向电流可控转换装置,决定了新型储能系统的效率和安全,影响着新型储能系统的使用寿命。


储能变流器的核心作用叠加新型储能电站装机规模攀升,令储能变流器厂商持续享受市场快速扩张红利。许多厂商乘势进入赛道,以期分一杯羹。目前市场竞争非常激烈,拥有品牌优势、技术优势、高产品渗透率的头部企业中标率很高,竞争优势较明显。主打价格战的低端产能虽然也有生存空间,但在“洗牌”的2024年,被市场淘汰的风险也增加了。


扩张趋势不变 成本不断下降


阳光电源、远景等企业高管一致看好新型储能市场和储能变流器市场。并认为,赛道竞争格局将呈头部化趋势,低端产能被淘汰的风险将增大。


他们在不同场合发表的观点大致相同,认为目前新型储能行业呈快速扩张势头。2024年新型储能增速有放缓趋势,但上升势头不会改变。储能变流器作为储能系统中的一个主要设备,规模也将呈扩张趋势。


在新型储能快速发展的宏观背景下,技术的不断演进降低了储能变流器成本。有业内人士对北极星储能网表示,技术快速迭代、人工成本可控并不是储能变流器成本下降的唯一原因。他认为,成本下降的重要原因是是产销量增加,材料采购成本下降,规模效应发挥了作用。第二,新型储能单机功率增加,变流器单位容量造价降低,也是成本下降的原因之一。


“构、大”是主流趋势


2023年,储能变流器技术发展集中在软件和硬件两大领域。去年,构网型变流器的控制模式(算法)快速迭代。其主要应用在新能源配套和独立储能电站等场景,因为它可以稳定整个电网、改善系统稳定性,所以该技术在以上两个主要应用场景渗透比例高。国内主要构网型变流器厂商在该项技术上取得了一定突破。


构网型变流器硬件与构网型变流器控制模式紧密相关,硬件须具备较强的支撑能力,实现瞬间输出较大有功、无功电流,发挥较强的支撑作用,且有较快的响应速度。


汤旭表示,构网型变流器的输出能力必须比以前的产品更强,2024年构网型变流器硬件的发展方向是拥有更强的过载能力、更大的装置容量。构网型变流器拥有的瞬时过载能力可达到10秒内300%,而常规的跟网型变流器瞬时过载能力约为120%。


储能变流器的第二个发展方向是为了匹配更大直流舱,变流器容量不断增大。目前市场上已经有了5MWh甚至更大容量的电池直流舱,与直流舱匹配的储能变流器单机容量至少要到2.5MW。


另外,组串式储能变流器的市场需求也呈快速增长态势,内外销需求都很旺盛。


高压级联渗透率增大


从2023年开始,拥有高压电力电子产品技术积累的企业,比如南瑞继保、西电电力电子、中车、智光、四方等企业,相继推出了高压级联储能产品。


高压级联变流器备受重视是因为业内看到了其满足大型独立充电站需求、电网友好的技术特点。


综合整理发现:低压电力电子产品生产企业尚未进入高压级联变流器赛道,或是由于高压级联变流器技术与低压变流器技术存在较大差异所致。即使有高压电力电子产品技术积累的企业,也需要时间才能掌握高压级联这项新技术,充分说明该技术门槛较高。


汤旭表示,2023年智光多个采用高压级联变流器的200兆瓦时、400兆瓦时独立储能电站落地。2024年,为了避免在常规的低压产品领域“血拼”,将持续扩大高压级联变流器的渗透率。


另外一个值得关注的“高压”是高电压。去年,阳光电源全球首套2000V光伏逆变器并网,该2000V高压逆变器,降低了系统损耗,提升系统效率,单瓦BOS成本也降低了。去年,北京一家名为京清数电的初创公司官宣,其2000V高压储能变流器,已经在北美市场完成了GW级产品交付并在国内建设示范项目。


高端IGBT亟需国产替代


目前,储能变流器是由核心功率器件元器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管),PCB板(印刷电路板),电线电缆等硬件组成。


其中IGBT主要作用就是变压、变频、交变转换等,能直接影响决定储能逆变器的性能,成本占20~30%。而且与光伏相比,储能IGBT的价值相对更高。我国是全球最大的IGBT市场但高技术、高附加值的中高端IGBT等功率器件对外依存度较高。




在2023年,中国电气装备、中核集团曾分别发布IGBT招采需求。中核集团曾发布IGBT储能变流器采购需求,明确提出采购“高品质性能良好的储能变流器设备,而且从参数上对于损耗和噪声、以及功率方面提出具体要求。


中国电气装备曾为许继电力电子发布18.35万个IGBT采购需求共设置7个标包,且指定供应方参考英飞凌、ABB、威科、瑞迪、南瑞、赛晶品牌。最终开标结果显示,北京锐讯驰电子技术有限公司、青岛云集控制技术有限公司、杭州中格芯电子科技有限公司、南瑞联研半导体有限责任公司、赛晶亚太半导体科技(浙江)有限公司成功入围。


国内市场迅猛增长以及政策利好叠加,加速了IGBT国产化进程和渗透率的提高。IGBT的技术发展路径主要围绕降低开关损耗和创建更薄结构展开。目前,该赛道已发展到成本高、性能先进的第七代微沟槽栅场截止型IGBT,但市场渗透率更高的为第四、五代IGBT产品。有机构研报显示,目前我国拥有高压IGBT芯片生产能力的厂商为时代电气和斯达半导体。士兰微、华微电子、比亚迪、宏微科技、华润微、新洁能已拥有中低压IGBT产能。但是我国IGBT产品与欧美同类产品代际差距约为5至10年。令人欣慰的是这种技术差距正在缩小。


另一方面,有企业已经推出了SiC碳化硅储能PCS替代IGBT模块方案。SiC耐高压、耐高温、体积小、响应速度快等优势,且某种程度规避了IGBT技术壁垒、产能受限的问题,目前已经逐步在部分龙头企业中得到应用,但大规模推广仍面临成本高等问题。


阳光电源


阳光电源是行业内为数极少的掌握多项自主核心技术的企业之一,综合实力位居全球新能源发电行业第一方阵。数据显示,截至 2023年6月,公司已累计实现全球逆变设备装机超过405GW。储能方面,阳光电源发布了全球首款交直流一体的5MWh储能系统,同时在构网型技术方面专业领先,助力中国海油在涠洲岛成功投运全球首个海上构网型储能项目。


依托电力电子、电化学、电网支撑“三电融合”专业技术,阳光电源积极推进新能源发电领域重大核心技术研发,培育了一支研发经验丰富、自主创新能力较强的专业研发队伍。多年来,阳光电源品牌知名度与美誉度持续提升。


南瑞继保


作为电力电子的资深专家,南瑞继保一直在储能变流器领域勇立潮头,且率先打开了构网型储能技术应用。


2023年6月,南瑞继保的世界上首个具备独立运行能力、低短路容量、泛电压等级、广覆盖范围的额济纳“源网荷储”一体化示范项目成功投运。该项目以南瑞继保构网技术为核心,构建了源网荷储一体化解决方案,并提供了全套装备,实现了首次广域大网架新能源黑启动、首次全域离网中长期运行和首次人工短路故障穿越,实现了构网储能和包括100%及任意比例新能源系统的稳定运行并可以与主网并离网无缝切换,为新能源大规模消纳奠定了核心技术基础。


2023年,南瑞继保的世界首套采用构网技术的静止同步调相机(SSC)和电网支撑型SVG(GSSVG)的成功应用,有效提高了新能源送端弱电网的稳定性,核心技术先进性和经济性全面优于传统分布式调相机。经过多年技术积累,南瑞继保已经成为引领构网技术发展,提升新型电力系统稳定运行水平主力军。


许继电力电子


许继电力电子公司是我国大功率电力电子领域的领先企业。作为中国电气装备集团下属单位,许继电力电子公司从事储能技术研究和设备应用近30年,具备年生产变流器15GW的能力。该公司重点聚焦静止无功发生器(SVG)、储能变流器(PCS)、光伏逆变器和DC/DC变换器等产品研发销售,为交直流微电网和风光储离网制氢等N个应用场景提供完整的解决方案和关键电力电子设备。


据悉,许继电力电子公司先后攻克了虚拟同步机控制技术、电网黑启动技术、多机并联技术、构网运行技术和谐振控制等关键技术,形成了50kW~5MW具有自主知识产权的储能变流器系列产品。


科华数能


数据显示,科华数能储能变流器出货量一直处于国内、全球前列。


科华数能在构建新型电力系统中引入构网控制技术,有效提升了系统短路电流水平,提高系统强度;为系统提供阻尼和惯性,改善系统频率稳定性;当系统失步解列时快速响应,提升系统的第一摇摆周期稳定性,主动支撑系统恢复;削弱电力系统间谐波和不平衡电压带来的影响。


在宁夏百MW级共享储能项目中,科华数能开展构网型储能技术应用,应对宁夏弱网地区实现构网型电力支撑,采用虚拟同步发电机技术,可以通过复制同步电机的行为和性能来加强电网,可以起到快速调频调压、增加惯量和短路容量、抑制宽频震荡等作用。


上能电气


作为连续两年国内出货量TOP1,上能电气全场景储能变流器及系统集成解决方案覆盖125kW~5000kW功率段,系统集成产品围绕集中式、组串式等多种变流器技术路线,面向发电侧/电网侧/用户侧/微电网多场景应用。2023年4月,上能电气还全球首发“2MW 1520V集中式储能变流器”技术方案,再次引领行业发展。


近几年,上能电气深度布局储能领域,业务涵盖变流器和储能系统集成,销量猛增。与此同时,该公司逆变器产品涵盖集中式+组串式逆变器,得益于全球集中式+分布式光伏装机规模的大幅度增加,销量高企。上能电气持续发力储能领域,去年9月3日,上能电气15GW储能变流器及储能系统集成研发与产业化项目在江苏无锡开工。


首航新能源


2023年,首航新能源成功实现了从“微”到“大”的赛道切换。作为光伏领域逆变代表企业,核心产品覆盖3~215kW储能逆变器,首航新能源在2023年还推出了工商业储能系统PowerMagic和集中式储能系统PowerMaster等。该公司积极探索功率变换拓扑和创新控制技术,结合第三代功率半导体器件的性能优势,有效提升了变流器性能指标,并通过多电平、磁集成与专利驱动时序等技术融合,将逆变器系统发电峰值效率提升至98.4%。


首航新能源通过对组串式逆变器并网阻抗自适应算法的研究和应用,主要逆变器产品可应对30种以上电网电压谐波,且能够支持接入交流输出短路比1.2条件下的弱点网,本地/远程快速有功调节与无功支撑最快响应速度可小于100毫秒,能够在保障系统并网发电功率稳定的前提下,有效提升电网的稳定性。


特变电工


特变电工围绕源网荷储、多能互补、新能源大基地等具体业务场景的关键技术进行研究,持续推动数字化设计和运营业务平台建设,围绕组串式储能变流器、SVG,开展产品技术创新工作。


在2023年初,特变电工首次推出组串式储能变流器和一体机,以IP66防护等级、 C5防腐等级以及 1.1倍长期过载能力保障储能设备的高可靠性,搭配特殊设计的散热结构和三电平拓扑结构,令储能变流器可在50℃的环境温度满额运行,转换效率最高可达99%。


西电电力电子


西电电力电子与合作伙伴共同研制了基于国产IGCT-PLUS器件、级联H桥架构的世界上最大容量高压级联直挂式储能系统(构网型储能系统)。该系统入选了国家能源局能源领域首台(套)重大技术装备名单。


该百兆瓦级高压级联直挂式储能系统融合了储能及无功补偿功能,可实现四象限运行,既可进行100MW的有功调节输出,又可进行高达140MVar的无功支撑,可为新能源电力系统提供惯量支撑;可在数毫秒内快速响应电网调度指令,并在数十毫秒内实现有功和无功0到100%调节。目前,项目正在开展50MW/100MWh高压级联储能系统的现场调试、100MW/200MWh高压级联储能系统的研制工作。


盛弘股份


盛弘股份作为模块化储能系统领导者,深耕储能行业十二载,持续为用户提供源、网、荷、微一站式全场景储能系统解决方案,全系列产品覆盖30kW~5000kW功率段及不同的并网电压等级,灵活匹配各类应用场景需求,以成就合作伙伴为己任,为客户创造商业价值,成就能源自由。盛弘股份储能产品已在全球6大洲60+国家与地区投放使用,截至2023年6月累计装机容量超过4GW。


索英电气


索英电气是储能变流器领域老品牌之一,且拥有领先的技术创新能力,产品性能领先、系统运行稳定可靠,已通过百余个项目的严苛考核,装机量以GW计算,多年位居国内市场前三。


索英电气的储能产品应用,从海拔4500米的高原到高湿高温的热带海岛,从微电网到并网离网,落地项目广阔。他们的规模化储能变流器多次应用于国家重点研发计划、国家科技支撑计划重大项目、国家能源局首批“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目和国家能源局首批科技创新(储能)试点示范项目。


智光储能


智光储能的6~35kV级联型高压储能系统采用国内首创的H桥级联式电力电子拓扑结构,由若干储能单元,通过交流电串联升压的方式,实现无变压器直接接入6~35kV高压电网,系统的单机功率可达25MW,多次刷新了投入商业运行的储能项目单机容量纪录。


智光储能数据显示,其整机系统循环效率超过91%,是全球电化学储能充放循环效率唯一超过90%的储能技术路线。产品具有无电芯或电池簇并联、单机容量大、安全性高、电池容量利用率高、系统效率高等特点,可为大型储能电站节约10%以上建设成本,而且智光储能称,在储能变流器能量转换和电池均衡控制技术方面达到国际领先水平。




来源:北极星储能网


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