锂电池扩容关键选项对比，效率竟提升20%！

近年来，关于锂电池储能系统(BESS)扩容方式的研究逐渐增多，其中交流(AC)与直流(DC)两种扩容方法的探讨尤为受到关注。随着全球能源转型的深入，锂电池储能系统在清洁能源领域的应用日益广泛。然而，与所有电池一样，锂电池在充放电循环过程中，容量和性能都会逐渐退化，运行几年后便会有所下降。这在给企业和项目管理者带来挑战的同时，也引发了关于扩容方案的多方讨论。

初装容量冗余与扩容计划

针对容量衰减的问题，目前主要有两种应对策略：初装容量冗余和后期扩容。初装容量冗余，即初始阶段安装多于系统实际需求的电池容量，以此来在经历一定程度的衰减后还能维持系统的额定容量。相比之下，后期扩容则采取逐步增加容量的方法，在系统运行过程中根据需要进行容量补充，而非一次性全部安装。

扩容的必要性取决于电池使用频繁程度。如果电池日常循环使用频率较高，扩容计划可能在几年内就需要启动。因此，有效的扩容策略应是主动规划，而非被动应对。

AC扩容：独立系统的逐步构建

AC扩容即将新电池接入系统的AC母线，通常在逆变器之后，此过程需要新增逆变器及控制系统，从而构成一个新的独立电池系统。

优势：

• 可以根据需求逐步增加容量，投资压力相对分散；
• 技术复杂性低，对现有系统的改动较小；
• 操作过程中对系统运行的影响较小，风险较低。

劣势：

• 对接入电网的储能系统来说，需要复杂的许可和监管流程，安装周期较长；
• 更适合于规划了长期扩展能力的大规模公用事业项目。

实施方式：

AC扩容可以在中压层级（接入集电母线）或低压层级（中压变压器之前）完成。

• 低压AC扩容：

  • 在一定程度上可以减少监管流程和并网审批的复杂性；
  • 新增AC装置需要与现有电气布局和控制系统兼容。

• 中压AC扩容：

  • 需新增一整套的电力转换系统和中压变压器设备以支持新电池柜；
  • 与现有电网储能系统的集成需复杂设计。

DC扩容：原系统的直接延展

与AC扩容不同，DC扩容则是在现有的DC母线后直接增加新的电池模块或机架，无需额外的逆变器及电力转换系统。

优势：

• 成本较低，且节省物理空间；
• 能够在保持电网接口不变的前提下增加能量容量；
• 不需额外的电力转换系统，减少调试复杂度；
• 相较于AC扩容，通常需要更少的监管审批；
• 能减少电力转换阶段，效率稍高。

劣势：

• 由于扩容与原有系统连接，可能需要短期停机；
• 受原有逆变器能力限制，新电池需与已有装置兼容；
• 虽能增加能量容量，但不会提高系统功率。

DC扩容主要适用于那些预计未来需要增加容量的场景，前提是项目设计时已充分考虑新旧电池的兼容性。

模块直接替换

另一种常见方式是通过直接模块替换来维持系统容量。此方法包括将衰减的电池模块更换为新的兼容模块，同时保持现有的电池管理系统、机架及变压器不变。与其他方法相比，直接模块替换强调模块间的高度兼容性。

其中，使用直流-直流转换器以管理状态差异较大的新旧模块成为关键：

• 支持老化模块和新模块之间电压不平衡的调节；
• 可通过应用性能较低的二手电池或回收电池模块完成替换；
• 经济性较佳，但需平衡成本与兼容性挑战。

DC直接扩容

类似于DC扩容，DC直接扩容通过将新增电池机架或外置电池柜接入原始直流母线和系统进行扩展。这种方案可以扩大系统容量，但也带来了一些技术要求。

• 新增的电池系统需额外的电压控制模块。
• 需要评估DC母线以及现有逆变器、变压器的剩余容量。
• 必须同步新旧电池的充放电周期，避免电池老化问题的恶化。
• 选择适当的电压运行范围能够保护新电池，但可能会减少其理论储能容量。

通过DC调序延长电池寿命

DC调序是通过重新配置储能系统内部电池模块的位置与负载分配来优化电池性能的技术。与直接增加容量不同，它是对现有容量的优化利用。

• 基于电压范围筛选并重新组合电池模块，有助于延长使用寿命；
• 通过添加新电池模块形成新的电池组，维持系统总功率容量；
• 由于没有涉及新设备的电网对接，能够规避一些复杂的审批要求。

需要注意的是，DC调序对现有母线容量和分流器的承载能力可能产生一定的技术挑战，需要提前规划。

DC-DC转换器的作用

在处理新旧电池模块共存时，DC-DC转换器是解决电压不平衡问题的关键技术方案。

• 集中式DC-DC转换器： 用于连接DC母线上更大范围的模块进行统一电压管理；
• 机架级DC-DC转换器： 用于各电池机架之间的电压、功率和电流管理，提供更高的模块化灵活性。

优点：

• 使新旧电池能够在DC母线上以各自最佳电压工作；
• 延缓相对轻度老化模块的退役需求；
• 不影响系统既有的并网协议。

缺点：

• 如果初始设计中未包含DC-DC转换器，后期增加会显著提高扩容成本。

经济成本考量：初装容量冗余与后期扩容

以成本视角来看，初装容量冗余与后期扩容两种策略各有侧重：

• 初装容量冗余：

  • 初始投资较高；
  • 如果衰减速度低于预期，可能导致过剩的电池容量无法有效利用。

• 后期扩容：

  • 更具成本效率，适合长期保持系统容量；
  • 需要更周密的前期规划，确保旧模块与新增模块的兼容性。
  • 可以充分利用未来可能更低的电池价格及更高效的新型电池化学体系。

如果预计电池价格会持续上涨，初装容量冗余可能是一种更稳妥的选择。但总体来看，经过有效规划的后期扩容策略更能避免资源浪费，并在保障长期容量方面更具灵活性和经济性。

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本文来源：新媒网 https://nmedialink.com/posts/key-lithium-expansion-options-boost-20.html