Жақсы жобаланған энергия сақтау жүйесіндегі литий темір фосфаты (LiFePO4) батареясы{1}}күнделікті велосипедпен жүруге әдетте 10-15 жылға жетеді. Бірақ бұл сан көп нәрсенің дұрыс жүретінін-тиісті жылуды басқаруды, разрядтың консервативті тереңдігін, өз жұмысын шын мәнінде орындайтын BMS және батареяны бір реттік ретінде пайдаланбайтын диспетчерлік профильді болжайды. Олардың кез келгенін қателесіп алсаңыз, сіз бес-алты жылдан кейін ауыстырылатын әңгімеге қарап отырған боларсыз.
Бұл біз BESS кеңістігінде үнемі көретін нәрсе. Екі жоба бірдей ұяшық жеткізушісін, бірдей цикл рейтингін пайдаланады және әлі де әр түрлі нақты{1}}өмір сүру ұзақтығымен аяқталады. Айырмашылық әрқашан дерлік ұяшық деңгейінің ерекшеліктеріне емес,-жүйе деңгейіндегі шешімдерге-талады. Бұл нұсқаулықта{6}}қалтадағы телефон емес, қолданба қуат сақтау кезінде литий батареяларының қанша уақыт жұмыс істейтінін нақты анықтайтын нәрсеге назар аударады.
Қолдану бойынша литий батареясының қызмет ету мерзімі
| Қолданба | Типтік химия | Әдеттегі жылдар | Әдеттегі цикл диапазоны |
|---|---|---|---|
| Тұрмыстық электроника (телефондар, ноутбуктер) | LiCoO₂ / LiPo | 2–4 | 300–500 |
| Электрлік көліктер | NMC | 8–12 | 1,000–2,000 |
| Тұрмыстық күн батареясы | LiFePO4 | 10–15 | 3,000–6,000+ |
| Коммерциялық және өнеркәсіптік BESS | LiFePO4 | 10–20 | 4,000–10,000 |
Тұрғын үй мен C&I арасындағы алшақтық жүйе дизайнының қатаңдығына-белсенді салқындату, қатаң BMS рұқсаттары және кішірек қондырғылар сирек негізделетін жіберуді оңтайландыруға байланысты.
Осы мақаланың қалған бөлігінде біз уақытымыздың көп бөлігін осы соңғы санатқа арнаймыз, өйткені өмір сүру ұзақтығы туралы сұрақ шынымен күрделі болады-және оны қателесу нақты ақшаны талап етеді.
Неліктен BESS өмір сүру ұзақтығы жасушалардың өмір сүру ұзақтығымен бірдей емес?
Жасуша өндірушілері циклдің өмірлік сандарын жариялайды. Бұл сандар зертханалық жағдайлар-бақыланатын температура, бекітілген C- жылдамдығы, тұрақты төгілу тереңдігінен алынған. "80% DoD, 25 градуспен 6000 цикл" деп жазылған деректер парағы ұяшық ең жақсы жағдайда не істей алатынын-көрсетеді. Бұл сіздің жүйеңіз жиілікті реттеу үшін күніне екі рет велосипедпен жүретін Аризонадағы тасымалдау контейнерінде не жеткізетінін айтпайды.
А-ның нақты қызмет ету мерзімібатарея қуатын сақтау жүйесібүкіл пакетке байланысты: ұяшықтар, жылуды басқару, қуатты түрлендіру, BMS/EMS стратегиясы және қолданба жүктеген операциялық профиль. Біз 6000 циклге есептелген LiFePO4 жүйелері төрт жылдан аз уақыт ішінде 80% сыйымдылыққа дейін нашарлағанын көрдік, өйткені интегратор салқындатуды үнемдеді. Біз сондай-ақ қарапайым 4000 циклдік ұяшықтары бар жүйелердің 12 жылдан асатынын көрдік, өйткені кез келген басқа дизайн шешімдері батареяның денсаулығын қорғау үшін қабылданған.
Бұл -заңнамалық кестенің циклінің мерзімі мен жеткізілетін қызмет мерзімінің- арасындағы айырмашылық сақтау контекстінде литий батареясының ұзақ қызмет ету мерзімін бағалайтын кез келген адам үшін ең маңызды тұжырымдама болып табылады.
Химия әлі де маңызды, бірақ сіз ойлағаннан да аз
LiFePO4 цикл санауынан асатын себептерге байланысты стационарлық сақтауда басым болады. Оның термиялық қашу шегі NMC химиясы үшін шамамен 160 градуспен салыстырғанда 270 градусқа тең. Бұл маржа бүкіл қауіпсіздік және жылу дизайн әңгімесін өзгертеді. Бұл сонымен қатар LFP ұяшықтары қоршаған ортаның жоғары температураларына тездетілген деградациясыз шыдайтынын білдіреді, бұл салқындату бюджеттері шектеулі болатын сыртқы қондырғылардың қызмет ету мерзімін ұзартады.
NMC батареялары LFP үшін 90-160 Вт/кг салыстырғанда, -150-ден 260 Втсағ/кгға дейін жоғарырақ қуат тығыздығын- ұсынады, бұл кеңістік шектеулі қолданбаларда әлі де маңызды-. Бірақ жерге орнатылған немесе контейнерлік орналастырулардың көпшілігі үшін із міндетті шектеу болып табылмайды. Бір цикл құны және 10-15 жылдық көкжиектегі иеленудің жалпы құны. Осы көрсеткіштер бойынша LFP батыл алға жылжыды. Ұлттық зертханаларда сынау LFP жасушаларының ұқсас жағдайларда NMC үшін 1000-нан 2000-ға дейін болса, 4000-нан 10000 циклге дейін 80% сыйымдылықты сақтауға жететінін көрсетті.
Басқа литий химиялары-LiPo, литий марганец оксиді, литий кобальт оксиді-тұрмыстық электроникаға және арнайы қолданбаларға жақсы қызмет етеді, бірақ олар стационарлық қоймада сирек кездеседі. Олардың қызмет ету мерзімі (әдетте 300–1500 цикл) және жылу сипаттамалары сақтау экономикасы талап ететін 10-плюс жылдық жоба горизонттарына жай ғана қолдау көрсетпейді.
Температура: батареяларды тыныш өлтіретін фактор
Кеңінен келтірілген инженерлік эвристика бар: тұрақты жұмыс температурасының әрбір 10 градусқа көтерілуі химиялық ыдырау жылдамдығын шамамен екі есе арттырады. Нақты көбейткіштің 1,8x немесе 2,2x болуы химия мен зерттеуге байланысты, бірақ бағыт талқыланбайды. Жылу электролиттердің ыдырауын тездетеді және электрод беттерінде резистивті қабаттар түзеді. Зақым жинақталған және қайтымсыз.
Бұл іс жүзінде қалай көрінеді? Пассивті ауаны салқындатуға негізделген ыстық климатта күн -плюс-қоймасы жобасы түстен кейінгі разряд кезінде ішкі ұяшық температурасының тұрақты түрде 40 градустан асуы мүмкін. 18 ай ішінде мұндай тұрақты жылу кернеуі екі таңбалы сыйымдылық жоғалуын-кепілдік күткеннен әлдеқайда жоғары-тудыруы мүмкін. Ұяшықтарды 20 градус пен 30 градус аралығында ұстайтын белсенді сұйық салқындатумен бірдей жүйені қайта жабдықтаңыз және деградация қалыпты жылдамдыққа оралады.
Суық температура басқа мәселе тудырады. 0 градустан төмен литий батареясын зарядтау анодтың литиймен қапталуы-қауіпті, бұл тұрақты, қауіпсіздікке{3}}тиісті зақым. Көптеген сапалы BMS платформалары қауіпсіз шекті деңгейден төмен зарядтауды блоктайды, бірақ бәрі бірдей емес. Солтүстік климаттық аймақтардағы орнатулар үшін{6}}өздігінен жылыту мүмкіндігі немесе алдын ала кондиционерлеу режимдері қосымша мүмкіндіктер болып табылмайды. Олар өмір бойы сақтандыру. Түсінулитий батареясының жұмыс температурасының шектеріжүйені көрсетпес бұрын, қуат пен жобаның қайтарылуын бұзатын өріс ақауларының түрін болдырмайды.
Шығару тереңдігі және жөнелту профилі
Әрбір циклде 50% DoD зарядсызданған батарея әдетте 100% зарядсызданған бір циклдің жалпы санынан екі-үш есе көп береді. Бұл жақсы орнатылған электрохимия-. Диспетчерлік профиль-күндер, апталар және маусымдар бойынша зарядтау және разрядтау үлгісін-қарапайым DoD нөмірі түсіре алмайтын жолмен деградацияны қалай қалыптастыратыны азырақ назар аударады.
Екі коммерциялық BESS қондырғысын қарастырайық, екеуі де бірдей LiFePO4 ұяшықтары 6000 циклмен бағаланады. Орнату A шыңы қырыну үшін күніне бір терең циклды орындайды. B орнату жиілікті реттеумен айналысады, күн сайын жүздеген рет таяз велосипедпен жүреді. Екеуі де техникалық сипаттамаларға сәйкес жұмыс істейді. Бірақ электрод материалдарындағы жинақталған энергия өткізу қабілеті, термиялық жүктеме және микро{7}}кернеу айтарлықтай ерекшеленеді. В қондырғысы бір циклдегі орташа DoD әлдеқайда төмен болса да, A орнатудан бірнеше жыл бұрын сыйымдылық кепілдігінің шегіне жетуі мүмкін.
Сондықтан тәжірибелі интеграторлар өлшемдік жүйелер-есептелген талаптардан әдетте 15-20% жоғары. Бұл маржа жүйеге әр циклде өзінің номиналды шектеріне итермелеудің орнына қалыпты DoD деңгейінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. арасындағы қарым-қатынастың да себебі осызаряд-разряд циклдері және нақты-әлемдік BESS өнімділігідеректер кестелерінің көпшілігі ұсынғаннан гөрі нюансты.
BMS және EMS: Жүйе дизайны батареяның қызмет ету мерзіміне сәйкес келетін жерде
Батареяны басқару жүйесі ұяшықтағы кернеуді, температураны және ток деңгейін- бақылайды. Ол шамадан тыс зарядтауды, артық разрядты-және термиялық құбылыстарды болдырмайды. Көп-ұяшық бумаларында ол бірде-бір ұяшық көршілеріне қарағанда тез тозбайтын етіп ұяшықтарды теңестіреді. Мұның бәрі үстел басы.
Орташа BMS-ті жақсыдан айыратын нәрсе--зарядты бағалаудың дәлдігі және бейімделгіш бақылау. LiFePO4 жүйелерінде, атап айтқанда, SoC бағалау өте қиын, өйткені кернеу қисығы қолдануға болатын диапазонның көпшілігінде дерлік тегіс. Негізгі жүйелер айтарлықтай өшірілуі мүмкін. Бұл операторлар қауіпсіздік буфері ретінде сыйымдылықты қалдырады немесе олар абайсызда-разрядты ұяшықтардан асып кетеді және циклдің қызмет ету мерзімін қысқартады. Неғұрлым жетілдірілген платформалар бұл қатені айтарлықтай азайтып, пайдалану мүмкіндігін де, ұзақ мерзімді денсаулықты да сақтайды.
BMS үстінде энергияны басқару жүйесі орналасқан, ол электр энергиясының бағасы, желі сигналдары, күн энергиясын өндіру болжамдары және келісімшарттық міндеттемелер негізінде қашан және қаншалықты қиын зарядтау және разрядтау керектігін шешеді. Жақсы реттелген EMS-табысты барынша көбейтіп қана қоймайды-ол сондай-ақ қажетсіз жоғары жылдамдықты циклден аулақ болу және уақыт өте келе ұяшықтарды теңгерімді ұстау үшін техникалық қызмет көрсету ақысын жоспарлау арқылы батареяны қорғайды.
Біздің тәжірибемізде сауатты BMS және ойластырылған EMS стратегиясының үйлесімі деректер кестесінің сипаттамалары сәл өзгеше екі LFP ұяшығы жеткізушісін таңдаудан гөрі нақты{0}}әлемдік батареяның қызмет ету мерзімін ұзартады.
LiFePO4 және қорғасын-Қышқыл: өмір сүру ұзақтығы
Қорғасын{0}}қышқылды батареялар бұрынғы сақтық көшірме жүйелерінде және кейбір желіден тыс{1}} қолданбаларда әлі де көрсетіледі. Олардың цикл өмірі оқиғаны баяндайды: LiFePO4 үшін 80% DoD кезінде 3000-6{12}} циклмен салыстырғанда, сапалы терең{7}}цикл{8}}қышқыл үшін 50% DoD кезінде 500-ден 1000-ға дейін цикл. Күнтізбе бойынша, белсенді велоспорт қолданбаларында қорғасын{15}}қышқыл әдетте 3-5 жылға созылады. LiFePO4 жүйелері әдеттегіден үш-төрт есеге жетеді.
Алдын ала шығындардың айырмашылығы да айтарлықтай қысқарды. 10--15 жылдық жобаның қызмет ету мерзімі бойынша жалпы иелену құнын есептегенде, ауыстыру жиілігін, техникалық қызмет көрсетуді және кері сапар тиімділігін жоғалтуды ескере отырып, LiFePO4 маңызды артықшылық береді. Бұл басты себепжоғары кернеулі LiFePO4 жүйелерііс жүзінде әрбір жаңа стационарлық қойма жобасында қорғасын қышқылын-ығыстырды.
Сақтау жобаларында батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін не істей аласыз
Жұмыс кезінде ұяшықтарды 15 градустан 35 градусқа дейін ұстаңыз. Сыртта орналастырулар үшін бұл жоғары{4}}тығыздық үшін-сұйық салқындатудың белсенді термиялық басқаруын көрсетуді білдіреді.контейнерлік BESS қондырғылары, шағын шкаф жүйелеріне арналған -мәжбүрлі ауа. Пассивті салқындату 35 градустан жоғары тұрақты жоғары немесе мұздатудан төмен төмен климатта сирек жеткілікті.
Орташа разряд тереңдігінде жұмыс істеңіз. Батареяны 100% емес, 70-80% DoD деңгейінде іске қосу әр циклге белгілі бір пайдалы сыйымдылықты қажет етеді, бірақ жалпы қызмет ету мерзімін жылдарға қосуы мүмкін. Жүйенің өлшемін күнделікті жұмыс оларға қарсы емес, номиналды шектерде ыңғайлы болатындай етіп жасаңыз.
Зарядтағыш пен инверторды батареяның ерекшелігіне сәйкестендіріңіз. Зарядтау кернеуінің профильдері, ток шектері және шекті шектер белгілі бір ұяшық химиясына реттеледі. Сәйкес келмейтін жабдық кепілдіктерді жойып қана қоймайды-ол кернеу кернеуі немесе толық емес теңгерімдеу арқылы жасушаларды белсенді түрде бұзады.
Сақталған батареяларды ұзақ уақыт бойы толық зарядталған немесе толық таусылған күйде қалдырмаңыз. Маусымдық немесе күту режимінде сақтау үшін температура бақыланатын ортада -40-60% SoC сақтаңыз. Күнтізбенің қартаюы заряд диапазонының екі шетінде де жылдамдайды.
Шекті ұяшық{0}}деңгейіндегі үнемдеуден гөрі BMS және EMS сапасына инвестиция салыңыз. Негізгі бақылау электроникасы минималды қорғанысты қамтамасыз етуі мүмкін, бірақ дұрыс құрастырылған BMS/EMS архитектурасы ұзақ мерзімді-мерзімді батареяның денсаулығын және пайдалануға болатын сыйымдылықты сақтау үшін әлдеқайда көп жұмыс істейді. Тиісті түрде жобаланған жүйе оны он жыл немесе одан да көп уақыт бойы номиналды қуаттылыққа жақын орындауға мүмкіндік береді.
Жиі қойылатын сұрақтар
Сұрақ: LiFePO4 батареясы BESS қолданбасында қанша уақытқа жетеді?
A: Тиісті жұмыс жағдайында-бақыланатын температура, қалыпты DoD, сауатты BMS-LiFePO4 BESS әдетте сыйымдылығы өзінің бастапқы рейтингінің 80%-ына дейін төмендегенге дейін 10-15 жыл күнделікті циклді қамтамасыз етеді. Кейбір жақсы{7}}басқарылатын орнатулар осы ауқымнан асып түседі. Негізгі айнымалы ұяшықтың өзі емес, оның айналасындағы жүйе: термиялық басқару, жіберу профилі және техникалық қызмет көрсету тәжірибелері сол терезеде қай жерге түсетініңізді анықтайды.
С: Литий батареясы пайдаланылмайтын кезде нашарлайды ма?
A: Иә. Күнтізбенің қартаюы - велосипедпен жүруден бөлек деградация механизмі. Ішкі жанама реакциялар тіпті батарея бос тұрған кезде де баяу жүреді, белсенді литийді тұтынады және ішкі қарсылықты арттырады. Жылдамдық температураға және сақтау кезіндегі заряд күйіне байланысты-жоғары температурада сақталған және толық зарядталған батареялар ең жылдам азаяды. Ұзақ{5}}мерзімді сақтау үшін салқын, құрғақ ортада 40–60% SoC бұл процесті айтарлықтай баяулатады.
С: Циклдік өмір мен күнтізбелік өмірдің айырмашылығы неде?
Ж: Циклдың қызмет ету мерзімі сыйымдылық белгіленген шекке (әдетте түпнұсқаның 80%-ына) түскенге дейінгі заряд-разряд циклдерінің санын есептейді. Күнтізбенің қызмет ету мерзімі батареяның қанша жыл жұмыс істейтініне қарамастан қанша жыл жұмыс істейтінін өлшейді. Екі сағат бір уақытта жұмыс істейді және қай шекті бірінші соғу батареяның пайдалану мерзімінің аяқталу уақытын анықтайды. Күнделікті -велосипедтік BESS қолданбаларында цикл мерзімі әдетте міндетті шектеу болып табылады. Күту режимінде немесе сақтық көшірме жүйелерін аз-пайдалансаңыз, күнтізбенің қызмет ету мерзімі маңыздырақ болуы мүмкін.
Сұрақ: Неліктен бір ұяшықтары бар екі BESS жобасының өмір сүру ұзақтығы әртүрлі?
A: Ұяшық сипаттамалары тек бір кіріс болғандықтан. Жылуды басқару сапасы, разряд параметрлерінің тереңдігі, жұмыс кезіндегі C- жылдамдығы, BMS күрделілігі және жіберу үлгілері жобалар арасында әр түрлі болады. Осы факторлардың барлығын басқаратын жақсы-біріктірілген батарея қуатын сақтау жүйесі бірдей ұяшықтары бар жүйеден, бірақ әлсіз дизайн-кейде бірнеше жылға қызмет етеді.
С: ESS жобасында батареяны ауыстыруды қашан жоспарлауым керек?
A: Жобаны қаржыландыру үлгілерінің көпшілігі күн сайын LiFePO4 жүйелерінің циклі үшін батареяны ауыстыруды немесе 10-12 жаста көбейтуді болжайды. Жүйеңіз консервативті жағдайларда-төмен DoD, қалыпты климат, сапалы термиялық басқару-жағдайларында жұмыс істесе, ауыстыруды 15-ші жылға немесе одан кейінгі жылға жылжытуға болады. Оны ертерек бюджеттеңіз, бірақ ауыстыру мүмкіндігінше кеш болатындай етіп жүйені жасаңыз. Коммерциялық ауқымды жобада 10 жылдық және 15 жылдық ауыстыру циклі арасындағы айырмашылық -жүздеген мың долларды алып тастаған күрделі шығындарды білдіруі мүмкін.
Сұрақ: 6000 цикл шынымен 15 жылға тең бе?
Ж: Жүйе тәулігіне шамамен бір толық циклды орындаса және әрбір басқа жұмыс күйі ерекшелік шегінде қалса ғана. Күніне бір циклде 6000 цикл шамамен 16,4 күнтізбелік жылға жетеді. Бірақ нақты әлемдік жүйелердің-көпшілігі біркелкі жылдамдықпен айналмайды. Маусымдық сұраныстың ауысуы, желілік жіберудің өзгермелілігі және кейде жоғары{7}}ставка оқиғалары кейбір күндерде бір балама толық циклден көп, ал кейбіреулерінде азырақ көрінеді дегенді білдіреді. Күнтізбенің қартаю факторы-велосипедке қарамастан-және күнделікті велосипед қолданбасындағы 6 000-цикл ұяшығы 10 - 15 жылдық пайдалы қызметті нақтырақ көрсетеді. Математика мен өріс нәтижесі арасындағы алшақтық жылу кернеуіне, BMS дәлдігіне және жүйенің қаншалықты агрессивті жіберілетініне байланысты.
С: Температура BESS батареясының қызмет ету мерзімін қаншалықты қысқартады?
Ж: Жалпыға сілтеме жасайтын негізгі ереже: оңтайлы жұмыс температурасынан жоғары әрбір тұрақты 10 градусқа жоғарылау химиялық ыдырау жылдамдығын шамамен екі есе арттырады. Үздіксіз 35 градуста жұмыс істейтін жүйе 25 градуста ұсталатын жүйеге қарағанда айтарлықтай жылдам қартаяды, ал 45 градусқа тұрақты соғылған жүйе пайдалану мүмкіндігін күтілген жылдамдықтан бірнеше есе жоғалтуы мүмкін. Суық жағынан, 0 градустан төмен зарядтау литиймен қаптау-қауіпті болып табылады, ол сыйымдылық пен қауіпсіздік шегін азайтады. Практикалық тұрғыдан алғанда, белсенді салқындатусыз ыстық климатта орнатылған BESS қалыпты ортадағы бірдей жүйемен немесе сұйық жылуды басқарумен жабдықталғанмен салыстырғанда қызмет ету мерзімін бірнеше жыл жоғалтуы мүмкін. Нақты әсер әсер ету ұзақтығына және циклдің қарқындылығына байланысты, бірақ нашар басқарылатын жылу жағдайлары BESS жобаларының номиналды қызмет ету мерзімін төмендететін бірден-бір ең көп таралған себеп болып табылады.
Сұрақ: LiFePO4 батареясын ұлғайту қашан қажет болады?
Ж: Жүйенің жалпы сыйымдылығын қалпына келтіру үшін-жасалғандармен қатар жаңа ұяшық модульдерін қосу-әдетте BESS бастапқы тақтайша сыйымдылығының шамамен 70-80%-ына дейін төмендеген кезде әңгімеге кіреді. Жақсы жұмыс істейтін-күнделікті LiFePO4 жүйесі үшін бұл нүкте әдетте 8 және 12 жыл арасында келеді. Шешім келісім-шарттық қуат міндеттемелеріне, қысқартылған өткізу қабілеттілігінің кіріс әсеріне және толық ауыстыруға қатысты жаңа модульдердің құнына байланысты. Кейбір операторлар алып тастау келісімдері бойынша кепілдендірілген сыйымдылықты сақтау үшін белсенді түрде 80%-ға көбейтеді, ал басқалары олардың жөнелту қажеттіліктері рұқсат етсе, деградация қисығын әрі қарай жылжытады. Қолданыстағы BMS және қуатты түрлендіру жабдығы жұмыс істеп тұрғанда, толық ауыстырудан-көбейту әдетте тиімдірек болады, бірақ ескі модульдермен кернеудің теңгерімсіздігі салдарынан жаңа модульдердегі деградацияны жеделдетпеу үшін ұяшықтарды мұқият сәйкестендіру қажет.