5MWh+液冷储能系统“六大关键”

一个多月前，宁德时代5MWh EnerD系列液冷储能预制舱系统率先成功实现了全球首套量产交付。

事实上，随着300Ah+大容量电芯出炉，各个主流集成厂家纷布局5MWh+储能电池舱，例如宁德时代、阳光电源、中车株洲所、天合储能、科华数能、正泰电源、双一力、瑞浦兰钧、欣旺达、中创新航、航天锂电、明美新能源等十余家厂家相继推出搭载300Ah+储能电芯的5MWh+储能系统。

比如，阳光电源PowerTitan 2.0全液能储能系统采用 314Ah大容量电芯，配置嵌入式PCS，实现交直流一体化，标准20尺集装箱容量达2.5MW/5MWh；同时搭载干细胞电网技术，实现系统更高效、更友好、更安全。阳光电源欧洲光储技术总监李季博士表示：PowerTitan 2.0将进一步提升电力系统稳定性和电能质量。

由于其在降本增效上的凸出优势，特别是在当前低价中标的背景下优势明显， 5MWh储能系统有望在明年上升为大型储能电站的首选技术路线。 

5MWh储能系统优势何在？

采用280Ah电芯的20尺液冷电池舱，每个电池舱安装8~10个电池簇，单舱能量在3MWh-3.7MWh左右。

而新上市的采用305Ah、314Ah、315Ah、320Ah等大容量电芯的5MWh+电池舱，一般亦基于20尺的舱体进行集成，对开门设计仍为主流模式。但阳光电源等小部分已经采用单侧开门设计，进一步提高储能系统能量密度。

据业界专家介绍，5MWh+电池舱大都采用集中式拓扑结构，液冷热管理方式，整舱共12个电池簇，电池簇直流侧并联后接入PCS直流侧，单舱能量可达到5MWh以上。

20尺5MWh储能系统与主流的20尺3.72MWh的储能系统相比，系统能量提升35%。

以常规项目容量100MW计算初始投资成本，大容量标准20尺5MWh液冷储能系统比主流3.72MWh产品占地面积节省43%，成本节省26%。相比主流的20尺3~4MWh储能系统，5MWh+储能系统能量密度更大，减少了占地面积；由于采用大电芯，BMS数量相对减少，但是所需均衡电流却相对变大；EMS没有本质影响，仅仅是监控电芯数据减少。

以宁德时代“Ener系列”为例，单舱能量由现有的3.354MWh提升到了5.016MWh，能量密度提升约50%，可有效节省占地面积，降低储能电站的综合投资成本、站用电损耗以及施工费用。

提升能量密度是储能设备降本的主要途径之一。据业界专家测算，40尺的电池舱从2018年开始单舱2.5MWh提升到如今10MWh以上，储能电池舱的能量密度提升了4倍左右，直流侧设备成本也由2元/Wh左右降低到目前的0.8元/Wh左右。

5MWh储能系统将带来哪些改变？

首先，系统容量升级之后， PCS功率单元也将同步迭代升级。

目前，主流PCS厂家普遍采用1725kW、1500kW等额定容量的PCS，配合3000~3600kVA左右的变压器组成功率单元。

据业界预测，为匹配5MWh+电池舱的应用，未来PCS厂家预计将单机2500kW额定功率的PCS，配合5000kVA左右的变压器使用，从而提升整站的功率密度。

其次，随着5MWh+储能系统功率和能量密度的提高，对集成能力至少提出六大关键要求。

1、 电池的一致性和电池簇间的均衡能力越发成为关键。

电池簇并联数量的提升，5MWh+储能设备环流问题将会加剧。加之5MWh+储能设备普遍一般采用集中式拓扑，电池簇在直流侧母线直接并联，环流问题将会带来循环寿命加速衰减，甚至存在安全隐患。

因此，如何提升电池的一致性和电池簇间的均衡能力将成为关键。

2、 如何提升电芯的散热性能和温度均衡能力至关重要，浸没式储能或将得到更大渗透。

随着电池及电池舱能量密度的提升，散热问题将会凸出。当前，电池舱普遍采用间接式液冷热管理方式，通过乙二醇水溶液流经电池PACK底部冷板对电芯进行换热。

尽管浸没式液冷概念已经流行，但因其自身的原因仍处于“叫好不叫座”阶段。但对于5MWh+储能设备来说，如何提升电芯的散热性能和温度均衡能力至关重要，浸没式液冷有望迎来更大渗透。例如，增加电池PACK温度传感器的数量和精度，增加液冷机组的制冷效率等。

据测算，20尺5MWh的液冷储能集装箱采用314Ah的电芯，需要电芯约5000颗以上，比采用280Ah储能电芯的20尺3.44MWh的液冷储能集装箱，要少1200颗电芯左右。那么，在安全性要求较高的在商业建筑、机场、港口、轨道交通等特定储能领域，浸没式液冷则可以有较好的应用前景。

3、 消防安全是一套系统的重中之重，pack级消防有望迎来长足发展。

据双一力储能副总经理张磊介绍，更高的能量密度给消防设计提出了更高的要求，包括水消防、气体消防、早期预警检测和排气设计等都不能因能量密度的提高而削减安全设计。

事实上，液冷PACK由于防护等级比较高，普遍达到IP67及以上，随着国标《电化学储能电站安全规程》（GB/T42288-2022）的正式实施。采用PACK级消防方式将是行业趋势。

但现阶段大部分pack级消防系统设备并不完全成熟，没有市场监督管理机制，对产品可靠性后后期运行维护面临诸多困难。伴随5MWh+电池舱加速运用并上升为主流，那么提高探测器探测精度、可靠性和消防系统联动措施亦将成为行业关键领域。

4、需考虑长模组大pack、舱体结构的防火防爆设计、整站的防火隔离以及运维。

目前，出于安全考虑，液冷电池舱均采用非步入式设计，在结构设计时，需考虑电芯-电池模块-电池簇-舱体的防火防爆设计，如电池簇间的隔板需满足一定的耐火时间要求，舱体设置泄爆口等，从而减少事故范围的扩大。

张磊还提到，5MWh+储能设备 引申出长模组大Pack的设计，更大的Pack对Pack的结构强度、散热均温、安全设计等均提出了更大的挑战。

在整站的布局上，需结合防火分区、电气接线、运维等合理划分储能区域，通过设置防火距离或防火墙等方式划分防火区域。

在运维方面，如何在满足散热的同时不减少客户的接线和操作维护空间也给产品设计提出了很大的挑战。

5、直流熔断器或将上升为直流侧保护开断设备，同时要重视直流侧开关设备的短路电流耐受能力。

5MWh+储能系统直流侧并联电池簇数量的提升，由目前的8~10簇提升到12簇，直流侧短路电流将比上一代系统增大。

相对交流而言，直流短路电流灭弧难度较大。因此，在储能单元直流侧发生短路时，对直流侧设备选型提出更高条件。

据业界调研显示，目前短路电流已超过现有直流断路器的开断能力，那么在5MWh+电池舱趋势下，采用直流熔断器作为直流侧保护开断设备或将上升为必然选择，同时，还需重视直流侧开关设备的短路电流耐受能力。

6、如何应对海外运输亦成为考量。

除了应对国内市场，性能稳定的5MWh产品面临出海难题。首先，现如今的设计条件下，设备的重量已经远远超过上一代产品，这就给物流运输，特别是海外的运输提出了更高的要求，如何在满足结构强度的前提下尽量减少产品重量也是厂家们产品设计的挑战之一。

如今，5MWh+储能设备已经相继上市，市场化“箭在弦上”。业界人士谈到，行业应该关注产品的“本真”， 即价格、性能和安全“铁三角”，从产品制造、工程设计、施工调试等全生命周期入手，以迎接即将到来的全面产业化时代。

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