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部署電池儲能系統應考慮哪些因素?
日期:2019-05-15   [復制鏈接]
責任編輯:sx_liuyu 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
 編者按:如今,隨著全球儲能市場的發展,日益成為電網一部分的太陽能發電市場尤其如此。而太陽能發電由于具有的間歇性特性,其電力供應并不穩定,而采用電池儲能系統可以提供頻率調節,以平衡電網運行。

過去十年中,太陽能發電和電池儲能系統的價格都出現了大幅下降。在許多市場上,可再生能源的應用正在削弱傳統的化石能源和核能發電的市場競爭力。在以往,很多人認為可再生能源發電的成本高昂,而如今,化石能源與一些可再生能源發電成本相比則高出許多。

同時,太陽能+儲能項目可以為電網提供電能,并取代天然氣發電廠。與幾年前相比,太陽能發電設施的投資成本顯著降低,并且在太陽能+儲能項目的生命周期中不會產生燃料成本,因此其提供的能源成本低于傳統能源。當太陽能發電設施與電池儲能系統相結合時,其電能可以在特定的時間提供,而且電池的即時響應速度使其項目能夠靈活地滿足容量或輔助市場需求。

目前,基于鎳鈷錳(NCM/鎳鈷鋁(NCA)鋰離子電池已逐漸占據了儲能市場的主導地位,這些種類的電池通過簡單而持久的工程優化生產方法、工具、速度和效率已經實現了更低成本和提高能量密度的目標,而不是通過技術突破超越競爭對手(如圖1所示)。

按目前的發展速度,鎳鈷錳(NCM)/鎳鈷鋁(NCA)的鋰離子電池的價格在2030年之前將降到100美元/kWh,并且能量密度將達到300Wh/kg。這些比率呈線性發展,如果技術得以更快的發展,這些指標將更早得以實現。汽車行業促使電池產量不斷增加是取得這一進步的主要驅動力。



鋰離子電池通過簡單和持久的工程優化降低成本并提高能量密度

部署儲能系統應考慮的因素

在部署儲能系統時需要考慮許多因素。電池的功率和持續時間取決于其在項目中的用途。項目目的是由經濟價值決定的。其經濟價值取決于儲能系統參與的市場。這個市場最終決定了電池將如何分配能量、充電或放電以及持續多長時間。功率和持續時間不僅決定了儲能系統的投資成本,而且決定了工作壽命。

儲能系統在某些市場中的充電和放電的過程將會獲利。而在其他情況下,只能支付充電費用,而充電成本則是開展儲能業務的成本。充電的數量和充電率與放電并不相同。

例如,在電網規模的太陽能+儲能項目中,或在使用太陽能的用戶側儲能系統的應用中,電池儲能系統采用太陽能發電設施的電力來獲得,這樣它就有資格獲得投資稅收抵免(ITC)優惠。例如,在區域傳輸組織(RTO)中,儲能系統付費充電的概念就存在細微差別。在投資稅收抵免(ITC)的例子中,電池儲能系統增加了項目的權益價值,因此增加了業主的內部收益率。在PJM公司的實例中,電池儲能系統需要為充電和放電支付費用,因此其回報補償與其電能吞吐量成正比。

如果說電池的功率和持續時間決定電池的工作壽命,這似乎是違背了人們的直覺。功率、持續時間和壽命的多種因素使儲能技術不同于其他能源技術。電池儲能系統的核心是電池。就像太陽能電池一樣,其材料會隨著時間的推移而退化,將會降低性能。太陽能電池失去功率輸出和效率,而電池退化失去了儲能的能力。雖然太陽能發電系統可以持續運行20-25年,但電池儲能系統通常只能持續運行10~15年。

任何項目都應考慮重置和更換費用。替換的可能性取決于項目的吞吐量和其運營相關的條件。

導致電池劣化的四個主要因素是:

1.電池工作溫度

2.電池電流

3.電池平均充電狀態(SOC)

4. 電池平均充電狀態(SOC)的“擺動”, 即電池大部分時間所處的電池平均充電狀態(SOC)間隔。第3個因素和第4個因素是相關的。

在項目中管理電池壽命有兩種策略。第一種策略是,如果項目獲得收入支持,則可以減少電池尺寸,并且在計劃中減少未來更換成本。在許多市場中,項目的收入可以支持未來的重置成本。在通常情況下,對未來重置成本的預估中需要考慮組件的未來成本的降低,這與過去10年的市場經驗保持一致。第二種策略是加大電池的尺寸,使其整體電流(或C-速率,簡單地定義為每小時的充電或放電)通過并聯電池實施最小化。由于電池在充電和放電將會產生熱量,較低的充放電電流往往會產生較低的溫度。如果在電池儲能系統中有多余的可用能量,并且使用的能量較少,將會減少電池充放電量,并延長其使用壽命。

電池充放電量是一個關鍵術語。汽車行業通常使用“循環”作為電池壽命的衡量標準。在固定儲能應用中,電池更多是部分循環,也就是可能是部分充電或部分放電,每一次充放電都不充分。

可用的電池能量。儲能系統的應用有可能每天少于一個循環,而根據市場應用不同,也有可能超過該指標。因此工作人員應該通過評估電池的吞吐量來確定電池壽命。

儲能系統的壽命和驗證

儲能系統的測試主要有兩個要素。首先,在電池單元級別進行的測試對于評估儲能系統壽命至關重要。電池單元級別測試揭示了電池單元的優點和缺陷,并有助于通知運營商,其電池應該如何集成到儲能系統中,以及集成的方式是否適當。

通過電池單元的串聯和并聯配置,可以理解電池系統的工作原理和設計。電池單元串聯可以使電池電壓得以疊加,這意味著一個電池系統串聯幾塊電池,其系統電壓等于單個電池電壓乘以電池數量。電池串聯的架構具有成本優勢,但是也有一些缺點。電池串聯時,單個電池的電流與電池組電流相同。例如,如果一個電池單元的最大電壓為1V,最大電流為1A,則10個電池串聯的最大電壓為10V,但其最大電流仍為1A,其總功率為10V * 1A = 10W。當串聯在一起時,電池系統面臨電壓監控挑戰。為了降低成本,可以對串聯電池組進行電壓監測,但是很難檢測單個電池的損壞或容量下降。

另一方面,電池并聯使電流得以疊加,這意味著并聯電池組的電壓等于單個電池電壓,系統電流等于單個電池電流乘以并聯的電池數量。例如,如果采用相同的1V、1A電池,可以將兩個電池并聯,這樣減少一半電流,然后將10對并聯的電池進行串聯,可以在1V電壓、1A電流下實現10V,但這在并聯配置更加常見。

當考慮電池的容量保證或保修政策時,這種電池串并聯方法的區別非常重要。以下因素通過最終影響電池壽命的層次結構向下流動:市場功能?充電/放電行為?系統限制?電池單元串并聯架構。因此,電池銘牌容量并不表示電池儲能系統中可能存在過度構建。是否過度構建對于電池的保修很重要,因為它決定了電池單元電流與溫度(SOC范圍內的電池單元駐留溫度),日常運營將決定電池的工作壽命。

系統測試是電池單元測試的一個輔助措施,通常更適用于證明電池系統正常運行的項目要求。

為了履行其合同,電池制造商通常具有驗證系統和子系統功能的工廠或現場調試測試協議,但可能無法解決電池系統性能超過電池壽命的風險。關于現場調試的常見討論是容量測試條件,以及是否與電池系統應用場合相關。

電池測試的重要性

DNV GL公司對電池進行測試之后,將其數據列入年度電池性能記分卡中,該記分卡為電池系統購買方提供獨立數據。記分卡演示了電池將如何響應四種應用條件的反應:溫度、電流、平均充電狀態(SOC),以及平均充電狀態(SOC)擺動。

該測試將電池性能與其串并聯結構、系統限制、市場中的充放電行為和市場功能進行比較。這項獨特的服務獨立地驗證了電池制造商是否負責任和正確地估計他們的保修期,以便電池系統的所有者可以對其面臨技術風險的情況進行有根據的評估。

原標題:部署電池儲能系統應考慮哪些因素?
 
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來源:中國儲能網
 
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