Περισσότεροι κύκλοι αποθήκευσης απαιτούν μια ισχυρή αγορά spot ισχύος
Υπάρχουν πολλοί λόγοι για το χαμηλό ποσοστό αξιοποίησης σταθμοί αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών λιθίου στην Κίνα:
Κακή ποιότητα υποστηρικτικών συστημάτων αποθήκευσης: Οι επενδυτές συχνά κατασκευάζουν εγκαταστάσεις αποθήκευσης απλώς και μόνο για να πληρούν τις κανονιστικές απαιτήσεις για τις ποσοστώσεις σύνδεσης αιολικής και ηλιακής ενέργειας στο δίκτυο. Επιδιώκοντας εξαιρετικά χαμηλό κόστος, ορισμένοι προμηθεύονται μπαταρίες κατώτερης ποιότητας ή ακόμη και μεταχειρισμένες, ενώ τα συστήματα πυροπροστασίας ελαχιστοποιούνται ή παραλείπονται εντελώς. Ως αποτέλεσμα, τόσο οι φορείς εκμετάλλευσης δικτύων όσο και οι φορείς εκμετάλλευσης σταθμών είναι απρόθυμοι να αποστείλουν αυτά τα συστήματα αποθήκευσης λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια.
Μονάδες αποθήκευσης ενέργειας μικρής κλίμακας: Η χωρητικότητα των συστημάτων αποθήκευσης σε συνδυασμό με έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι συχνά πολύ μικρή, γεγονός που ενέχει λειτουργικούς κινδύνους για την κατανομή ενέργειας στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό αποθαρρύνει τόσο τους φορείς εκμετάλλευσης όσο και το δίκτυο από το να αξιοποιήσουν πλήρως αυτά τα συστήματα.
Έλλειψη βιώσιμων επιχειρηματικών μοντέλων: Πολλοί σταθμοί αποθήκευσης ενέργειας δεν παράγουν εισόδημα από τη φόρτιση και την εκφόρτιση. Μερικοί περιορίζονται στην εξυπηρέτηση ενός μόνο αιολικού ή φωτοβολταϊκού σταθμού και δεν μπορούν να λειτουργήσουν ανεξάρτητα ή να συνδεθούν απευθείας στο δίκτυο, γεγονός που δυσχεραίνει τη συμμετοχή τους στην κατανομή της ενέργειας από το δίκτυο.
Με την προώθηση του μοντέλου μίσθωσης χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας, όλο και περισσότεροι αιολικοί και ηλιακοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας επιλέγουν να μην κατασκευάσουν τα δικά τους συστήματα αποθήκευσης. Αντίθετα, καλύπτουν τις απαιτήσεις σύνδεσης με το δίκτυο μισθώνοντας χωρητικότητα. Καθώς ο αριθμός των ανεξάρτητων σταθμών αποθήκευσης ενέργειας σε κλίμακα 100+ MW συνεχίζει να αυξάνεται και καθώς η αποθήκευση ενέργειας αρχίζει να χρησιμοποιείται στην πράξη —καθώς καθίστανται ανεξάρτητες οντότητες της αγοράς υπεύθυνες για τα δικά τους κέρδη και ζημίες— τα ζητήματα της κακής ποιότητας του εξοπλισμού και της μικρής κλίμακας βελτιώνονται σημαντικά. Ωστόσο, το επιχειρηματικό μοντέλο παραμένει μια σημαντική πρόκληση.
Οι σταθμοί αποθήκευσης ενέργειας συμμετέχουν σε κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης μόνο όταν τα έσοδα από την εκφόρτιση υπερβαίνουν το κόστος φόρτισης. Σε αυτό το σημείο, ένας trader θα υποβάλει μια καμπύλη φόρτισης-εκφόρτισης στην πλατφόρμα συναλλαγών, η οποία στη συνέχεια διαβιβάζεται από την κεντρική ομάδα ελέγχου στον σταθμό αποθήκευσης για εκτέλεση, ολοκληρώνοντας έναν πλήρη κύκλο. Προϋπόθεση για ολόκληρη αυτή τη διαδικασία είναι η ύπαρξη μιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας spot που αντικατοπτρίζει τις διαφορές τιμών ηλεκτρικής ενέργειας στις ώρες αιχμής και εκτός αιχμής. Μπορεί να ειπωθεί ότι η «αγορά ηλεκτρικής ενέργειας spot» έχει γίνει ένα βασικό σημείο συμφόρησης που περιορίζει επί του παρόντος την ανάπτυξη της αποθήκευσης ενέργειας.
Διάρκεια ζωής μπαταρίας: Ένα ακόμη εμπόδιο
Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας αξιολογείται χρησιμοποιώντας δύο βασικές παραμέτρους: τη διάρκεια ζωής του ημερολογίου και τη διάρκεια ζωής του κύκλου. Το τέλος οποιασδήποτε από τις δύο παραμέτρους ουσιαστικά σηματοδοτεί το τέλος της ωφέλιμης διάρκειας ζωής της μπαταρίας.
Η «ημερολογιακή διάρκεια ζωής» αναφέρεται στο χρονικό διάστημα που μια μπαταρία μπορεί να διατηρήσει την σχεδιασμένη απόδοσή της από τη στιγμή που κατασκευάζεται, ακόμη και αν δεν χρησιμοποιείται ή χρησιμοποιείται σπάνια. Η ημερολογιακή διάρκεια ζωής αντικατοπτρίζει τη σταδιακή γήρανση των χημικών συστατικών και της δομής της μπαταρίας με την πάροδο του χρόνου.
Από την άλλη πλευρά, ο όρος «κύκλος ζωής» αναφέρεται στον αριθμό των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης που μπορεί να υποβληθεί σε μια μπαταρία υπό κανονικές συνθήκες χρήσης, προτού η απόδοσή της μειωθεί σε ένα καθορισμένο επίπεδο — συνήθως ένα ορισμένο ποσοστό της ονομαστικής της χωρητικότητας, όπως το 80%.
Επί του παρόντος, οι μπαταρίες λιθίου-φωσφορικού σιδήρου LiFePO₄ για αποθήκευση ενέργειας σχεδιάζονται συνήθως με διάρκεια ζωής άνω των 8,000 κύκλων και ημερολογιακή διάρκεια ζωής έως και 10 έτη. Για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας με γνώμονα την ενέργεια (π.χ., ρύθμιση συχνότητας σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς), η διάρκεια ζωής είναι συχνά ο περιοριστικός παράγοντας. Αντίθετα, για την αποθήκευση ενέργειας με γνώμονα την ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για ημερήσια μείωση της μέγιστης ισχύος, ο πραγματικός αριθμός κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης κατά τη διάρκεια ζωής της είναι πολύ κάτω από τις προδιαγραφές σχεδιασμού (υποθέτοντας κατά μέσο όρο έναν πλήρη κύκλο ανά ημέρα), επομένως η ημερολογιακή διάρκεια ζωής είναι συνήθως ο περιοριστικός παράγοντας.
Ωστόσο, πολλοί κατασκευαστές μπαταριών επικεντρώνονται στην προώθηση του «κύκλου ζωής» ως βασικού σημείου πώλησης για νέα προϊόντα, ενώ σπάνια αναφέρουν την «ημερολογιακή διάρκεια ζωής». Για τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, η ημερολογιακή διάρκεια ζωής θα πρέπει να αποτελεί μεγαλύτερη ανησυχία.
Σύμφωνα με στοιχεία του Ινστιτούτου Έρευνας Ηλεκτρικής Ενέργειας της Κίνας, η πραγματική μέση λειτουργική διάρκεια ζωής των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας τύπου ηλεκτρικής ενέργειας στην Κίνα είναι μικρότερη από 3 χρόνια, ενώ η αναμενόμενη διάρκεια ζωής είναι 10 χρόνια. Για την αποθήκευση ενέργειας, η πραγματική μέση διάρκεια ζωής είναι μικρότερη από 8 χρόνια, σε σύγκριση με τα αναμενόμενα 15 χρόνια. Η αναλογία της πραγματικής διάρκειας ζωής σε επίπεδο συστήματος προς τη διάρκεια ζωής ενός μόνο στοιχείου που έχει δοκιμαστεί σε εργαστήριο είναι μικρότερη από 0.5 κατά μέσο όρο, ενώ η αναμενόμενη τιμή είναι πάνω από 0.85. Η ανεπαρκής ημερολογιακή διάρκεια ζωής των μπαταριών έχει γίνει ένα ακόμη βασικό εμπόδιο στην ανάπτυξη της αποθήκευσης ενέργειας.
Σύγκρουση 1 στην Ανάπτυξη Αποθήκευσης Ενέργειας: Η Αγορά Σημείου Ισχύος
Η ευελιξία στην αποθήκευση ενέργειας βασίζεται στην αγορά Power Spot
Στην προηγούμενη ανάλυσή μας σχετικά με την πολυδιάστατη αξία ισχύος, σημειώσαμε ότι η αποθήκευση ενέργειας, σε αντίθεση με τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας, δεν παράγει ηλεκτρική ενέργεια—πρέπει πρώτα να φορτιστεί, πράγμα που σημαίνει ότι η καθαρή ενεργειακή της αξία είναι αρνητική. Ωστόσο, συστήματα όπως οι μονάδες μπαταριών LiFePO₄ μπορούν να μεταφέρουν την πλεονάζουσα ηλιακή ενέργεια το μεσημέρι σε βραδινές περιόδους αιχμής, όπου οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλότερες. Αυτό δίνει στα συστήματα αποθήκευσης, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών ιόντων λιθίου, σημαντική ευελιξία.
Σε καταστάσεις αιχμής ζήτησης, η αποθήκευση παρέχει δυναμικότητα εκκένωσης ταχείας απόκρισης, συμβάλλοντας επίσης στην αξιοπιστία. Αυτή η αξία αξιοπιστίας αναγνωρίζεται καλύτερα μέσω των αγορών δυναμικότητας ή των μηχανισμών αντιστάθμισης, ενώ η αξία ευελιξίας εξαρτάται από τις αγορές άμεσης παράδοσης ενέργειας και τις βοηθητικές υπηρεσίες.
Καθώς οι ηλιακές μπαταρίες λιθίου συνδυάζονται ολοένα και περισσότερο με φωτοβολταϊκά συστήματα, η αποθήκευση ενέργειας θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην εξάλειψη των αιχμών - περισσότερο από τη ρύθμιση της συχνότητας ή την υποστήριξη της κλιμάκωσης. Η ζήτηση για εξάλειψη των αιχμών υπερβαίνει κατά πολύ αυτή της ρύθμισης της συχνότητας και η αγορά βοηθητικών υπηρεσιών είναι σχετικά περιορισμένη σε μέγεθος.
Για να αξιοποιηθούν πλήρως οι δυνατότητες των τεχνολογιών αποθήκευσης, όπως οι μπαταρίες λιθίου-σιδήρου LiFePO₄, και για να επιτευχθούν υψηλότερα ποσοστά αξιοποίησης, είναι απαραίτητη η ανάπτυξη μιας ισχυρής αγοράς ενέργειας —ιδίως μιας αγοράς με πραγματικές διαφορές τιμών σε κάθε περιοχή αιχμής.
Σύγκρουση 2 στην Ανάπτυξη Αποθήκευσης Ενέργειας: Διάρκεια Ζωής Μπαταρίας
Οι σταθμοί αποθήκευσης ενέργειας χρησιμοποιούν κυρίως μπαταρίες LiFePO₄, αλλά τα οικονομικά οφέλη περιορίζονται από τη διάρκεια ζωής του ημερολογίου.
Με βάση τον τύπο του υλικού καθόδου που χρησιμοποιείται, οι κύριες μπαταρίες λιθίου μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κύριους τύπους: μπαταρίες LiFePO₄ (LFP) και μπαταρίες Νικελίου-Κοβαλτίου-Μαγγανίου (NCM). Οι μπαταρίες LiFePO₄ προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την ασφάλεια, τη διάρκεια ζωής και την οικονομική αποδοτικότητα. Αν και η ενεργειακή τους πυκνότητα είναι χαμηλότερη σε σύγκριση με τις μπαταρίες NCM, αυτό το μειονέκτημα δεν είναι κρίσιμο για σταθμούς αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας, καθιστώντας το LiFePO₄ την προτιμώμενη επιλογή για τέτοιες εφαρμογές.
Σύμφωνα με στοιχεία του BloombergNEF (BNEF), το μερίδιο των μπαταριών LFP στα παγκόσμια συστήματα αποθήκευσης ενέργειας αυξήθηκε από 33% το 2020 σε 84% το 2023 και αναμένεται να παραμείνει πάνω από 90% τα επόμενα πέντε χρόνια.
Ως προς τις αιτήσεις:
Οι μπαταρίες LiFePO₄ χρησιμοποιούνται ευρέως σε εμπορικά και βιομηχανικά (C&I) συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, με κοινές διαμορφώσεις όπως Σύστημα ηλιακής μπαταρίας ιόντων λιθίου υψηλής τάσης 204V 256V 512V 100Ah 280Ah 300Ah καθώς και στο Συστήματα αποθήκευσης ενέργειας για οικιακή χρήση 48V 51.2V 100Ah 200Ah 280Ah ή ενσωματωμένες μπαταρίες 15kWh 30kWh lifepo4.
Οι μπαταρίες NCM, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούνται κυρίως στην ηλεκτρική κινητικότητα λόγω της υψηλότερης ενεργειακής τους πυκνότητας. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν ηλεκτρικές μοτοσικλέτες (μπαταρίες ιόντων λιθίου 48v 60v 72v 50ah 70ah), ηλεκτρικά σκούτερ (μπαταρίες λιθίου 36v 48v 6ah 10ah 15ah)και καροτσάκια γκολφ (μπαταρίες 48v 60v 72v 100ah 200ah 300ah lifepo4).
Σε εφαρμογές μηχανικής, η διάρκεια ζωής και η κατάσταση γήρανσης των συστημάτων μπαταριών LiFePO₄ αξιολογούνται συνήθως χρησιμοποιώντας δύο βασικούς δείκτες: τον κύκλο ζωής και την ημερολογιακή διάρκεια ζωής.
Ο κύκλος ζωής αναφέρεται στον αριθμό των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης που μπορεί να υποβληθεί σε μια μπαταρία LiFePO₄ υπό τυπικές συνθήκες —όπως καθορισμένη θερμοκρασία και ρυθμούς φόρτισης/εκφόρτισης— είτε μέσω συμβατικών κύκλων είτε υπό συγκεκριμένες συνθήκες βάθους εκφόρτισης, μέχρι να φτάσει στα καθορισμένα κριτήρια τέλους ζωής.
Από την άλλη πλευρά, η διάρκεια ζωής ημερολογίου αντιπροσωπεύει το χρονικό διάστημα που μια μπαταρία μπορεί να διατηρήσει την απόδοσή της όταν αποθηκεύεται σε μια καθορισμένη θερμοκρασία σε κατάσταση ανοιχτού κυκλώματος (μη λειτουργίας). Αντανακλά τη συμπεριφορά γήρανσης της μπαταρίας όταν διατηρείται σε λειτουργία αναμονής.
Για τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας ενεργειακού τύπου, η διάρκεια ζωής του ημερολογίου είναι πιο κρίσιμη από τη διάρκεια ζωής του κύκλου. Όταν οι μπαταρίες LiFePO₄ χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές αποθήκευσης, το βάθος και η συχνότητα των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης είναι συχνά αβέβαια και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη ζήτηση του δικτύου. Στα περισσότερα σενάρια πραγματικού κόσμου, ο πραγματικός αριθμός κύκλων που εκτελούνται από τα συστήματα μπαταριών λιθίου-σιδήρου-φωσφορικού είναι σημαντικά χαμηλότερος από την σχεδιασμένη χωρητικότητα.
Ωστόσο, δεδομένου ότι τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας πρέπει να παραμένουν σε κατάσταση αναμονής για μεγάλα χρονικά διαστήματα, η γήρανση του ημερολογίου συνεχίζει να συμβαίνει ανεξάρτητα από τη χρήση. Αυτή η συνεχής υποβάθμιση, ακόμη και χωρίς συχνές εναλλαγές, καθιστά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ως βασικό περιορισμό στην οικονομική βιωσιμότητα των συστημάτων αποθήκευσης που βασίζονται σε LiFePO₄.
Στην ουσία, ενώ οι μπαταρίες λιθίου LiFePO₄ είναι γνωστές για τη μεγάλη διάρκεια ζωής και την ασφάλειά τους, η οικονομική τους απόδοση σε εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας περιορίζεται ολοένα και περισσότερο από τη γήρανση του ημερολογίου. Ως εκ τούτου, η διάρκεια ζωής του ημερολογίου έχει γίνει ένα ακόμη σημαντικό εμπόδιο στην ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών μπαταριών. λύσεις αποθήκευσης ενέργειας από ηλιακή μπαταρία λιθίου.
