Do 2024 r. dynamicznie rozwijający się światowy rynek magazynowania energii doprowadzi do stopniowego uznania wartości krytycznej energiiakumulatorowe systemy magazynowania energiina różnych rynkach, szczególnie na rynku energii słonecznej, który stopniowo stał się ważną częścią sieci. Energia słoneczna ma charakter przerywany, a jej podaż jest niestabilna, a akumulatorowe magazyny energii są w stanie zapewnić regulację częstotliwości, skutecznie równoważąc pracę sieci. W przyszłości magazyny energii będą odgrywać jeszcze ważniejszą rolę w zapewnieniu mocy szczytowej i odroczeniu konieczności kosztownych inwestycji w obiekty dystrybucyjne, przesyłowe i wytwórcze.
Koszt systemów magazynowania energii słonecznej i akumulatorowej drastycznie spadł w ciągu ostatniej dekady. Na wielu rynkach zastosowania energii odnawialnej stopniowo podważają konkurencyjność tradycyjnego wytwarzania energii z paliw kopalnych i energii jądrowej. Podczas gdy kiedyś powszechnie uważano, że wytwarzanie energii odnawialnej jest zbyt kosztowne, obecnie koszt niektórych kopalnych źródeł energii jest znacznie wyższy niż koszt wytwarzania energii odnawialnej.
Dodatkowo,połączenie instalacji fotowoltaicznych i magazynów może zapewnić energię do sieci, zastępując rolę elektrowni opalanych gazem ziemnym. Dzięki znacznemu obniżeniu kosztów inwestycji w elektrownie słoneczne i braku kosztów paliwa ponoszonych w całym cyklu ich życia, połączenie to już zapewnia energię po niższych kosztach niż tradycyjne źródła energii. W przypadku połączenia elektrowni słonecznych z systemami magazynowania baterii, ich moc może być wykorzystywana przez określone okresy czasu, a szybki czas reakcji baterii pozwala na elastyczne reagowanie projektów na potrzeby zarówno rynku mocy, jak i rynku usług systemowych.
Obecnie,Na rynku magazynów energii dominują akumulatory litowo-jonowe oparte na technologii fosforanu litowo-żelazowego (LiFePO4).Baterie te są szeroko stosowane ze względu na ich wysokie bezpieczeństwo, długą żywotność i stabilną wydajność cieplną. Chociaż gęstość energiiakumulatory litowo-żelazowo-fosforanowejest nieco niższa niż w przypadku innych typów baterii litowych, nadal poczyniły one znaczny postęp poprzez optymalizację procesów produkcyjnych, poprawę wydajności produkcji i redukcję kosztów. Oczekuje się, że do roku 2030 ceny akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych będą dalej spadać, a ich konkurencyjność na rynku magazynowania energii będzie nadal rosła.
Wraz z szybkim wzrostem zapotrzebowania na pojazdy elektryczne,mieszkaniowy system magazynowania energii, System magazynowania energii C&Ii wielkoskalowych systemów magazynowania energii, zalety akumulatorów Li-FePO4 pod względem kosztów, żywotności i bezpieczeństwa sprawiają, że są one niezawodną opcją. Chociaż docelowe wartości gęstości energii mogą nie być tak znaczące jak w przypadku innych akumulatorów chemicznych, jego zalety w zakresie bezpieczeństwa i trwałości zapewniają mu miejsce w scenariuszach zastosowań wymagających długoterminowej niezawodności.
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wdrażaniu urządzeń do magazynowania energii akumulatorowej
Podczas wdrażania urządzeń do magazynowania energii należy wziąć pod uwagę wiele czynników. Moc i czas działania akumulatorowego systemu magazynowania energii zależy od jego przeznaczenia w projekcie. O celu projektu decyduje jego wartość ekonomiczna. Jego wartość ekonomiczna zależy od rynku, na którym uczestniczy system magazynowania energii. Rynek ten ostatecznie określa, w jaki sposób bateria będzie dystrybuować energię, ładować lub rozładowywać oraz jak długo będzie działać. Zatem moc i czas pracy akumulatora determinują nie tylko koszt inwestycji w system magazynowania energii, ale także jego żywotność.
Na niektórych rynkach proces ładowania i rozładowywania akumulatorowego systemu magazynowania energii będzie opłacalny. W pozostałych przypadkach wymagany jest jedynie koszt ładowania, a koszt ładowania to koszt prowadzenia działalności związanej z magazynowaniem energii. Ilość i szybkość ładowania nie jest taka sama, jak ilość rozładowywania.
Na przykład w instalacjach magazynowania energii słonecznej + akumulatorów w skali sieci lub w zastosowaniach systemów magazynowania po stronie klienta wykorzystujących energię słoneczną, system magazynowania akumulatorów wykorzystuje energię z elektrowni słonecznej, aby kwalifikować się do ulg podatkowych na cele inwestycyjne (ITC). Na przykład istnieją niuanse w koncepcji opłat za systemy magazynowania energii w regionalnych organizacjach przesyłowych (RTO). W przykładzie ulgi podatkowej na inwestycje (ITC) system magazynowania baterii zwiększa wartość kapitałową projektu, zwiększając w ten sposób wewnętrzną stopę zwrotu właściciela. W przykładzie PJM system magazynowania akumulatorów płaci za ładowanie i rozładowywanie, więc rekompensata zwrotu jest proporcjonalna do przepustowości energii elektrycznej.
Twierdzenie, że moc i czas pracy baterii determinują jej żywotność, wydaje się sprzeczne z intuicją. Szereg czynników, takich jak moc, czas trwania i żywotność, sprawia, że technologie magazynowania baterii różnią się od innych technologii energetycznych. Sercem systemu magazynowania energii akumulatorowej jest akumulator. Podobnie jak ogniwa słoneczne, ich materiały z czasem ulegają degradacji, zmniejszając wydajność. Ogniwa słoneczne tracą moc wyjściową i wydajność, a degradacja baterii powoduje utratę zdolności magazynowania energii.Podczas gdy systemy słoneczne mogą wytrzymać 20–25 lat, systemy magazynowania baterii zwykle wytrzymują tylko 10–15 lat.
W przypadku każdego projektu należy wziąć pod uwagę koszty wymiany i wymiany. Potencjał wymiany zależy od przepustowości projektu i warunków związanych z jego funkcjonowaniem.
Cztery główne czynniki prowadzące do spadku wydajności baterii to:
- Temperatura pracy akumulatora
- Prąd baterii
- Średni stan naładowania akumulatora (SOC)
- „Oscylacja” średniego stanu naładowania akumulatora (SOC), tj. przedział średniego stanu naładowania akumulatora (SOC), w którym akumulator znajduje się przez większość czasu. Trzeci i czwarty czynnik są ze sobą powiązane.
Istnieją dwie strategie zarządzania czasem pracy baterii w projekcie.Pierwsza strategia polega na zmniejszeniu rozmiaru baterii, jeśli projekt jest wspierany przez przychody, oraz zmniejszeniu planowanych przyszłych kosztów wymiany. Na wielu rynkach planowane przychody mogą pokryć przyszłe koszty wymiany. Ogólnie rzecz biorąc, przy szacowaniu przyszłych kosztów wymiany należy uwzględnić przyszłą redukcję kosztów komponentów, co jest zgodne z doświadczeniami rynkowymi z ostatnich 10 lat. Druga strategia polega na zwiększeniu rozmiaru akumulatora w celu zminimalizowania jego całkowitego prądu (lub współczynnika C, definiowanego po prostu jako ładowanie lub rozładowywanie na godzinę) poprzez zastosowanie ogniw równoległych. Niższe prądy ładowania i rozładowywania powodują zwykle niższe temperatury, ponieważ akumulator generuje ciepło podczas ładowania i rozładowywania. Jeżeli w systemie magazynowania baterii występuje nadmiar energii i jej zużycie jest mniejsze, ilość ładowania i rozładowywania baterii zostanie zmniejszona, a jej żywotność wydłużona.
Ładowanie/rozładowanie akumulatora to termin kluczowy.W przemyśle motoryzacyjnym zazwyczaj stosuje się „cykle” jako miarę żywotności baterii. W stacjonarnych zastosowaniach magazynowania energii akumulatory częściej poddawane są częściowemu cyklowi, co oznacza, że mogą być częściowo naładowane lub częściowo rozładowane, przy czym każde ładowanie i rozładowywanie jest niewystarczające.
Dostępna energia baterii.Aplikacje systemów magazynowania energii mogą przełączać się rzadziej niż raz dziennie i, w zależności od zastosowania rynkowego, mogą przekraczać ten wskaźnik. Dlatego też personel powinien określić żywotność baterii, oceniając jej przepustowość.
Żywotność i weryfikacja urządzenia magazynującego energię
Testowanie urządzeń magazynujących energię składa się z dwóch głównych obszarów.Po pierwsze, testowanie ogniw akumulatorowych ma kluczowe znaczenie dla oceny żywotności systemu magazynowania energii akumulatorowej.Testowanie ogniw akumulatorowych ujawnia mocne i słabe strony ogniw akumulatorowych oraz pomaga operatorom zrozumieć, w jaki sposób akumulatory powinny zostać zintegrowane z systemem magazynowania energii i czy taka integracja jest właściwa.
Szeregowe i równoległe konfiguracje ogniw akumulatorowych pomagają zrozumieć, jak działa system akumulatorowy i jak jest on zaprojektowany.Ogniwa akumulatorowe połączone szeregowo pozwalają na układanie napięć akumulatorów, co oznacza, że napięcie systemowe systemu akumulatorów z wieloma ogniwami połączonymi szeregowo jest równe napięciu pojedynczego ogniwa akumulatora pomnożonemu przez liczbę ogniw. Architektury akumulatorów połączonych szeregowo oferują korzyści kosztowe, ale mają też pewne wady. Gdy akumulatory są połączone szeregowo, poszczególne ogniwa pobierają ten sam prąd, co cały pakiet akumulatorów. Na przykład, jeśli jedno ogniwo ma maksymalne napięcie 1 V i maksymalny prąd 1 A, wówczas 10 ogniw połączonych szeregowo ma maksymalne napięcie 10 V, ale nadal mają maksymalny prąd 1 A, co daje całkowitą moc 10 V * 1 A = 10 W. Po podłączeniu szeregowym system akumulatorów staje przed wyzwaniem monitorowania napięcia. W celu zmniejszenia kosztów można monitorować napięcie na zestawach akumulatorów połączonych szeregowo, ale trudno jest wykryć uszkodzenia lub spadek pojemności poszczególnych ogniw.
Z drugiej strony akumulatory równoległe umożliwiają układanie prądów, co oznacza, że napięcie równoległego pakietu akumulatorów jest równe napięciu poszczególnych ogniw, a prąd systemu jest równy prądowi poszczególnych ogniw pomnożonemu przez liczbę ogniw połączonych równolegle. Na przykład, jeśli używany jest ten sam akumulator 1 V, 1 A, można połączyć dwa akumulatory równolegle, co zmniejszy prąd o połowę, a następnie można połączyć szeregowo 10 par równoległych akumulatorów, aby uzyskać 10 V przy napięciu 1 V i prądzie 1 A , ale zdarza się to częściej w konfiguracji równoległej.
Ta różnica między szeregowymi i równoległymi metodami łączenia akumulatorów jest istotna przy rozważaniu gwarancji pojemności akumulatora lub zasad gwarancyjnych. Następujące czynniki przepływają w dół hierarchii i ostatecznie wpływają na żywotność baterii:cechy rynku ➜ zachowanie podczas ładowania/rozładowywania ➜ ograniczenia systemu ➜ seria akumulatorów i architektura równoległa.Dlatego pojemność akumulatora na tabliczce znamionowej nie wskazuje, że w systemie magazynowania akumulatorów może wystąpić przerost. Obecność nadbudowania jest istotna dla gwarancji akumulatora, ponieważ określa prąd i temperaturę akumulatora (temperatura przebywania ogniwa w zakresie SOC), natomiast codzienna eksploatacja określa żywotność akumulatora.
Testowanie systemu stanowi uzupełnienie testowania ogniw akumulatorowych i często ma większe zastosowanie w przypadku wymagań projektowych, które wykazują prawidłowe działanie systemu akumulatorowego.
Aby wywiązać się z umowy, producenci akumulatorów do magazynowania energii zazwyczaj opracowują protokoły testów fabrycznych lub terenowych w celu sprawdzenia funkcjonalności systemu i podsystemu, ale mogą nie uwzględnić ryzyka, że wydajność systemu akumulatorów przekroczy żywotność akumulatora. Powszechną dyskusją na temat odbioru w terenie są warunki testu pojemności i to, czy są one istotne dla zastosowania systemu akumulatorów.
Znaczenie testowania baterii
Po przetestowaniu akumulatora przez DNV GL dane są włączane do rocznej karty wyników wydajności akumulatorów, która dostarcza niezależnych danych nabywcom systemów akumulatorowych. Karta wyników pokazuje, jak akumulator reaguje na cztery warunki zastosowania: temperaturę, prąd, średni stan naładowania (SOC) i średnie wahania stanu naładowania (SOC).
Test porównuje wydajność akumulatora z jego konfiguracją szeregowo-równoległą, ograniczeniami systemu, rynkowym sposobem ładowania/rozładowywania oraz funkcjonalnością rynku. Ta wyjątkowa usługa niezależnie weryfikuje odpowiedzialność producentów akumulatorów i prawidłowo ocenia ich gwarancje, dzięki czemu właściciele systemów akumulatorów mogą dokonać świadomej oceny swojego narażenia na ryzyko techniczne.
Wybór dostawcy sprzętu do magazynowania energii
Aby zrealizować wizję przechowywania baterii,wybór dostawcy jest kluczowy– dlatego praca z zaufanymi ekspertami technicznymi, którzy rozumieją wszystkie aspekty wyzwań i możliwości na skalę użyteczności publicznej, jest najlepszą receptą na sukces projektu. Wybór dostawcy systemu magazynowania energii powinien zapewniać zgodność systemu z międzynarodowymi standardami certyfikacji. Na przykład systemy przechowywania akumulatorów zostały przetestowane zgodnie z normą UL9450A, a raporty z testów są dostępne do wglądu. Wszelkie inne wymagania specyficzne dla lokalizacji, takie jak dodatkowe wykrywanie i ochrona przeciwpożarowa lub wentylacja, mogą nie być uwzględnione w podstawowym produkcie producenta i będą musiały być oznaczone jako wymagany dodatek.
Podsumowując, urządzenia do magazynowania energii na skalę przemysłową mogą być wykorzystywane do magazynowania energii elektrycznej i wspierania rozwiązań w zakresie zasilania w punkcie obciążenia, zapotrzebowania szczytowego i nieciągłego zasilania. Systemy te są stosowane w wielu obszarach, w których systemy oparte na paliwach kopalnych i/lub tradycyjne ulepszenia są uważane za nieefektywne, niepraktyczne lub kosztowne. Na pomyślny rozwój takich projektów i ich rentowność finansową może mieć wpływ wiele czynników.
Ważne jest, aby współpracować z niezawodnym producentem akumulatorów.BSLBATT Energy jest wiodącym na rynku dostawcą inteligentnych rozwiązań w zakresie magazynowania energii, projektującym, produkującym i dostarczającym zaawansowane rozwiązania inżynieryjne do zastosowań specjalistycznych. Wizja firmy koncentruje się na pomaganiu klientom w rozwiązywaniu unikalnych problemów energetycznych, które mają wpływ na ich działalność, a wiedza BSLBATT może zapewnić w pełni dostosowane rozwiązania spełniające cele klientów.
Czas publikacji: 28 sierpnia 2024 r