大数跨境

从电芯制造到储能应用,打造储能核心竞争力

从电芯制造到储能应用,打造储能核心竞争力 储能与电力市场
2023-06-07
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导读:储能产业,其复杂程度已经远超大部分行业。


储能,无疑已经成为目前中国最热门的行业之一。4月份北京储能展(ESIE)、5月份深圳电池展(CIBF)、上海光伏展(SNEC),一场赛过一场的人潮,让这个春夏之交变得热闹非凡。


ESIE上,6大场馆汇集了300+储能企业,涵盖了储能电池、储能系统集成、储能变流器、储能热管理、储能安全管理、储能消防等多个环节,超10万人的观展人数,也创下近年来储能展的新高。


CIBF上满满当当12大展馆,超过30家电池制造企业推出了储能专用电芯。从材料到设备制造,呈现中国电池产业链完善程度的同时,彰显出了产业的繁荣。


SNEC上超过100家企业展出了储能产品。光伏企业切入储能赛道,系统集成商拓展产品系列,电芯制造企业下沉入局储能系统。在这场传统的光伏展上,储能成为了最亮的那颗新星。


2022年,中国并网了16.428GWh储能项目,共计44GWh的项目完成了招投标程序,超过120家储能系统集成企业在招投标市场展开厮杀。2023年,更多企业进入储能系统集成赛道。储能赛道虽长,但已然热闹到近乎拥挤。


各家企业竞相发布新品,以构建其储能产品核心竞争力,进而在这个风险与机遇并存的电力市场中占有一席之地。


如何构建储能产品的核心竞争力?


得益于材料体系和电芯结构设计的不断创新,储能电芯正在朝更高能量密度、更长循环寿命的方向迭代,在这两年间,各家推出的电芯产品从280Ah到340Ah,行业对于大容量储能电芯的定义不断被刷新。


在产品的背后,质量、规模化的产品交付,才是考验企业真功夫的“修罗场”。


据了解,目前市场上对于大容量储能电芯处于供不应求的状态,而储能系统行业“新基建”的要求动辄就是15-20年,市场对于高品质的储能专用电芯需求很高。几乎所有的系统集成商都推出了基于280Ah及以上容量的储能专用电芯的集装箱、户外柜产品。


而在近期的储能系统采购中,业主们对电芯、储能系统的性能也提出了明确要求。例如,在刚刚完成开标的总规模5GWh的中国华电集团有限公司磷酸铁锂电化学储能系统集采中,就要求:


电池单体容量≥280Ah。


系统整体效率:标段一要求>85%、标段二要求≥86%。


整体质保年限:标段一要求3年、标段二要求5年。


电芯是组成储能系统的基石。对系统性能的要求,折射到电芯层面,即是对电芯的高品质需求。从规模上看,我国储能电站百MWh级已屡见不鲜,甚至朝着GWh迈进。伴随单体项目不断地增大,单个电站所需要的电芯数量也越来越多,显然,这对电芯的一致性、质量、安全性、循环寿命也提出了更高的要求。


一方面储能电芯性能的提升降低了储能系统全生命周期成本,另一方面储能电芯的产品品质确保了储能系统全生命周期地稳定运行,为储能系统全生命周期的价值释放奠定了基础。


随着电力市场改革的不断深入,未来储能系统想要获得更多价值变现就需要参与电力市场交易,这对于储能系统的多方位能力提出了新的挑战。电芯作为关键技术之一,其产品品质的好坏将直接影响储能系统的最终收益,电芯品质是否如一取决于企业的制造水平。


电芯制造企业,在不同场合都强调了对电芯制造环节的质量控制。例如远景动力,正以车规级标准打造储能专用电芯,并结合过去15年的经验不断精益其“深度制造”的能力


何为“车规级标准”,如何进行“深度制造”,储能与电力市场与业内资深媒体一行,走访了远景动力鄂尔多斯电池工厂,实地见证了一颗高品质储能专用电芯的诞生。



电芯制造核心在于对工艺水平的控制


随着中国锂电池市场近20多年的发展,中国已经构建起一个专业化程度高,成熟且完善的锂电产业链体系,其中锂电制造设备、质量检测设备以及工厂数字化系统均走在世界前列。从电芯制造上来看,在先进设备供应和成熟生产流程的加持下,企业对于产线工艺水平的控制才是拉开制造实力差距的核心。


电池是连续性生产的过程,涉及工序繁多,工艺复杂,需要涉及上百台设备的相互配合,历经上万条的工艺参数反复校验,才能将每个工序环节的偏差控制到最小,提升产品良率。


从工艺流程上来看,以卷绕方壳工艺的储能电芯产线为例,目前行业标准产线包括匀浆、涂布、辊分、模切卷绕、装配、化成、检测等数十个全自动化工序。



搅拌环节,作为进入电池生产的第一道工序,活性材料需通过真空搅拌机搅拌成浆状。原料配比、混合步骤、搅拌时间,都是工艺水平、制造经验积累的体现,甚至连粉尘控制,也需要达到医药级水平。而这些质量控制好坏,直接影响了电池的质量和成品合格率。


涂布环节,将搅拌均匀的浆料均匀涂覆在“薄如蝉翼”的铜箔、铝箔上,厚度、重量都需要保证高度一致,否则将直接影响电池一致性。涂布的效果对电池容量、内阻、循环寿命以及安全性都有重要影响。据统计,极片涂布工艺引起的电池失效占全部失效原因的比例超过10%。


激光模切环节,极片的尺寸分切、正负极的导电极耳分切,都需要充分管控只有在显微镜下才能看清的毛刺,如此,才能避免毛刺扎穿隔膜,产生严重安全隐患。


远景动力中国区总裁赵卫军在接受储能与电力市场专访时表示:“传统电池制造工艺依赖老师傅,即便把单点的工艺做精,如果不能进一步提升良率,始终将无法达到一个满意的结果,这就需要依赖数字化的系统在工艺流程中发现问题并能解决问题。”


在覆盖电极、电芯、模组、电池包、储能集成等电池核心产业链环节的远景动力鄂尔多斯智能零碳电池制造基地内,整个工厂都是基于车规级的顶级车企质量管控体系下运行管理。


远景动力中国区制造中心负责人张阳介绍:“远景动力从一开始就遵循国际汽车行业的技术规范 IATF16949 来开发远景动力电池产线的设备及工艺流程,通过SPC统计过程控制,有效进行异物管控、电能电压控制等稳定性监控。这么做的目的是确保前端设计和后端要求能够匹配契合,在后端从前端接过来之后,在一个比较好的平台基础上,再用精益改善的工具不断地去提升细节。”


此外,在车规级制造标准要求之下,远景动力还将深度制造的理念渗透到电芯生产的各个环节,“首先是建立大量的模型,从设备模型、生产工艺模型,到数据模型的架构和应用,通过模型来控制各个工艺环节参数波动对于产品一致性的影响。”远景动力中国区总裁赵卫军表示,“其次是不断加强对关键工艺环节中硬件设备、软件系统等方面的全栈自研能力,并把日常经验积累落到数字化的系统控制中。”


严苛的质量管理体系、工艺控制体系,以及高标准流程管控,贯穿了技术与产品开发、供应链管理、制造流程管控、物流、交付、运维等全流程,这是记者对远景动力鄂尔多斯电池工厂最直观的印象。据了解,该产线具备超过1300项制造过程质量实时管控点,以精细化管控、精益化生产的模式确保产品一致性和稳定性。



远景动力鄂尔多斯电池工厂2022年4月投产,到2023年4月底就已实现500万颗储能电芯量产交付。截至2023年4月底,远景动力储能电池的在手订单累计已经超过70GWh。预计2023年,储能电池的交付量将超过15GWh。


目前,该项目一期10.5GWh储能电池专用产线已经满产,二期20GWh项目也已经启动建设。远景动力鄂尔多斯电池工厂实现了北方最大规模储能电池工厂的量产及全球交付,并以更强的实力、更快的速度面对全球储能市场的竞争。


电力交易

储能的价值体现与试金石


电池生产工艺的精益求精所带来高品质的储能电芯产品为储能系统的安全、高效利用站好了第一班岗,是储能大势形成的压舱石。而储能系统的最终应用效果,将由电力市场说了算。


尽管目前已投运的项目盈利不及预期,盈利模式较为单一,比如独立储能电站的盈利很大程度上依赖于发电企业的容量租赁,辅助服务的空间还未全面打开,用户侧项目只能在局部区域依靠分时电价价差开展等。但正处在改革深水区的中国电力市场,正在给中国储能不断带来想象空间。


2022年,山东等地的电力现货市场持续试运行,已然把储能拉入电力市场交易中。


截至目前,全国20+以上的区域发布了新的电力辅助服务市场政策,有功平衡、无功平衡、事故应急及备用等多应用场景为储能敞开了大门。


2023年,第三轮监管周期下,采用“准许成本+合理收益”核定省级电网输配电价,电网“购销价差”经营模式成历史,为有效的进行网售分开、售电侧竞争和需求侧响应等创造了条件。这也为用户侧储能项目进一步参与多重电力市场创造了条件。


中国储能源、网、荷多元化应用,开始展现。



广泛参与市场交易,是储能获得盈利,实现真正价值的必由之路。但同时,市场交易也就意味着储能将面临更多由不确定性、波动性带来的风险。


远景动力中国区总裁赵卫军强调:“储能的本质是交易,是交易即存在风险,利用风险赚取价值,是关键。中国储能发展的过程中,利用率一直偏低,并未接受市场的检验。而一旦广泛参与电力市场,频繁接受调度,能否真正承受住考验,将成为储能企业最大的挑战。”


赵卫军看来,这些挑战来自多个方面,首先是技术门槛,其中包括电池的技术门槛,成本低、循环寿命长、各方面性能好的电池,是基本能力;其次是管控能力和电力电子能力。在储能专用电芯单颗容量越来越大的前提下,储能系统更精细化管理的价值已然显现;第三是交易能力,这是未来储能的大脑,价值实现的保证。


SNEC上,多数头部储能厂商均展出了自己的储能数字化管理平台,而瞄准未来电力市场交易,提供储能运营服务,也是目前大家普遍关注的重点战略方向。


从开展储能业务的最初,远景就是行业最早将目光定位于储能电力市场交易的企业。早在2019年,远景就以分布式楼宇储能进入储能领域,而这一领域正是中国当时储能具有收益模式屈指可数的领域之一。也正是从那时开始,远景就同步着手打磨自己交易的能力。之后依托在可再生能源领域的优势,远景构建起包括电芯、BMS、PCS、EMS等在内的储能系统主要零部件全部自研生产的“全栈技术能力”,并推出搭载伽利略数字孪生平台的智慧液冷储能系统。


该系统植入电力交易优化算法,可以帮助储能电站进行售电协同,通过多模式、多算法的控制策略,适配多个市场的交易规则。


在鄂尔多斯考察期间,记者还走访了阿斯日音风储电站,该场站采用远景能源智慧液冷储能系统,总容量 60MW/120MWh。场站在提供削峰填谷的服务外,还具备协同风电场开展一次调频、提高短期功率预测水平等的能力。参与市场交易是这个储能电站的最终目的。


不仅如此,在新加坡裕廊岛100MW/100MWh独立储能项目中,远景的EnOS智能物联操作系统正在为储能电站提供能量管理、SCADA和电力交易一体化解决方案服务,为新加坡电网提供快速有功、无功响应和旋转备用等服务。


储能要在波动性中赚钱靠的就是对电网数据的预测能力,以及精准的计算能力。我们一直在完善电力交易的模型,跑数据,摸索这其中的规律,积累算法。这套算法就是各家最后的核心竞争力。”赵卫军表示。


储能的产业链从材料、制造一直延伸至电力系统交易,其复杂程度已经远超大部分行业。


面对未来的市场竞争,储能企业的考验将不再限于从电芯到系统层面的产品硬实力,同时还有对电力系统源网荷的深入理解,以及通过软件算法参与到电力交易市场并盈利的软实力。唯有打造出面向未来市场的一体化解决方案,在储能系统的全生命周期内创造更多效益的企业,才能在激烈和多变的竞争中成为大浪淘沙沙吹尽后的真金。



储能与电力市场年度行业分析报告订阅服务


通过对2022年中国储能市场的发展特点、项目开展情况、市场竞争情况的深入分析,储能与电力市场近期形成了三份年度行业分析报告:


  • 《2022年储能市场分析和2023年发展展望》


  • 《储能项目招投标及报价全景分析报告(2022年)》


  • 《独立式储能电站周年考(2022年)》


欲了解详情,可参考文章:储能与电力市场年度行业分析报告订阅服务

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