더 많은 저장 주기는 강력한 파워 스팟 시장을 요구합니다.
낮은 활용률의 이면에는 여러 가지 이유가 있습니다. 리튬 배터리 에너지 저장 스테이션 중국에서:
지원 저장 시스템의 품질 저하: 투자자들은 풍력 및 태양광 그리드 연결 할당량 규제 요건을 충족하기 위해 저장 시설을 건설하는 경우가 많습니다. 초저가를 추구하기 위해 일부는 품질이 좋지 않거나 심지어 중고 배터리를 구매하고, 방화 시스템은 최소화하거나 아예 생략합니다. 결과적으로 전력망 운영자와 발전소 운영자 모두 안전 문제로 이러한 저장 시스템 도입을 꺼립니다.
소규모 에너지 저장 장치: 재생에너지 프로젝트와 연계된 저장 시스템의 용량이 너무 작은 경우가 많아 전력망 운영에 위험을 초래합니다. 이로 인해 운영자와 전력망 모두 이러한 시스템을 충분히 활용하지 못하게 됩니다.
실행 가능한 사업 모델 부족: 많은 에너지 저장 스테이션이 충전 및 방전으로 수익을 창출하지 못하고 있습니다. 일부 스테이션은 단일 풍력 또는 태양광 발전소에만 전력을 공급하는 데 그치고 있으며, 독립적으로 운영하거나 전력망에 직접 연결할 수 없어 전력망 배전 참여에 어려움을 겪고 있습니다.
에너지 저장 용량 임대 모델이 활성화됨에 따라, 점점 더 많은 풍력 및 태양광 발전소가 자체 저장 시스템을 구축하지 않고 용량을 임대하여 계통 연계 요건을 충족하고 있습니다. 100MW 이상의 독립 에너지 저장 스테이션이 지속적으로 증가하고, 에너지 저장이 실질적으로 활용되기 시작하면서, 즉 자체 손익을 책임지는 독립적인 시장 주체가 됨에 따라, 장비 품질 저하 및 소규모라는 문제는 크게 개선되고 있습니다. 그러나 사업 모델은 여전히 큰 과제로 남아 있습니다.
에너지 저장 시설은 방전 수익이 충전 비용을 초과할 때만 충전-방전 사이클에 참여합니다. 이 시점에서 거래자는 충전-방전 곡선을 거래 플랫폼에 제출하고, 중앙 제어팀은 이를 저장 시설에 전달하여 실행함으로써 전체 사이클을 완료합니다. 이 전체 과정의 전제 조건은 피크 시간대와 비피크 시간대의 전기 가격 차이를 반영하는 전력 현물 시장의 존재입니다. '전력 현물 시장'은 현재 에너지 저장 시스템 개발을 제한하는 주요 병목 현상이 되었다고 할 수 있습니다.
배터리 달력 수명: 또 다른 병목 현상
배터리 수명은 캘린더 수명과 사이클 수명이라는 두 가지 주요 지표를 사용하여 평가됩니다. 두 지표 중 어느 하나가 끝나면 배터리의 유효 수명이 종료됩니다.
"캘린더 수명"은 배터리가 제조된 순간부터, 사용하지 않거나 거의 사용하지 않더라도 설계된 성능을 유지할 수 있는 기간을 의미합니다. 캘린더 수명은 배터리의 화학적 구성 요소와 구조가 시간이 지남에 따라 점진적으로 노화되는 것을 반영합니다.
반면, "사이클 수명"은 배터리가 정상적인 사용 조건에서 성능이 특정 수준(일반적으로 정격 용량의 특정 비율, 예: 80%)으로 떨어지기 전까지 겪을 수 있는 충전-방전 사이클 횟수를 나타냅니다.
현재 에너지 저장용 LiFePO₄ 리튬철인산염 배터리는 일반적으로 8,000회 이상의 사이클 수명과 최대 10년의 캘린더 수명을 갖도록 설계됩니다. 전력 중심 에너지 저장 분야(예: 화력 발전소의 주파수 조정)의 경우, 사이클 수명이 제한 요인이 되는 경우가 많습니다. 반면, 주로 일일 피크 쉐이빙(peak shaving)에 사용되는 에너지 중심 에너지 저장의 경우, 수명 기간 동안 실제 충방전 사이클 횟수가 설계 사양(하루 평균 XNUMX회 충방전 가정)보다 훨씬 적기 때문에 캘린더 수명이 일반적으로 제한 요인이 됩니다.
그러나 많은 배터리 제조업체는 신제품의 핵심 판매 포인트로 "사이클 수명"을 강조하는 데 집중하면서 "캘린더 수명"에 대해서는 거의 언급하지 않습니다. 에너지 중심의 저장 시스템의 경우, 캘린더 수명이 더 중요한 고려 사항입니다.
중국전력연구원(China Electric Power Research Institute)의 자료에 따르면, 중국에서 전력형 에너지 저장 장치의 실제 평균 작동 수명은 3년 미만인 반면, 예상 수명은 10년입니다. 에너지형 에너지 저장 장치의 경우, 예상 수명인 8년보다 실제 평균 수명은 15년 미만입니다. 실험실에서 테스트된 단일 셀의 사이클 수명 대비 실제 시스템 수준의 사이클 수명 비율은 평균 0.5 미만인 반면, 예상 수명은 0.85 이상입니다. 배터리의 부족한 수명은 에너지 저장 장치 개발의 또 다른 주요 걸림돌이 되고 있습니다.
에너지 저장 개발의 병목 현상 1: 파워 스팟 시장
에너지 저장 유연성 가치는 전력 스팟 시장에 달려 있습니다.
다차원 전력 가치에 대한 이전 분석에서, 에너지 저장은 기존 전력원과 달리 전기를 생산하지 않고 먼저 충전해야 하므로 순 에너지 가치가 마이너스라는 점을 지적했습니다. 그러나 LiFePO₄ 배터리 장치와 같은 시스템은 한낮의 잉여 태양광 전력을 전기 요금이 더 비싼 저녁 피크 시간대로 전환할 수 있습니다. 이는 리튬 이온 배터리를 포함한 에너지 저장 시스템에 상당한 유연성을 제공합니다.
최대 수요 상황에서 저장은 빠른 응답 방전 용량을 제공하여 신뢰성 향상에도 기여합니다. 이러한 신뢰성 값은 용량 시장이나 보상 메커니즘을 통해 가장 잘 드러나는 반면, 유연성 값은 에너지 현물 시장과 보조 서비스에 따라 달라집니다.
태양광 리튬 배터리 팩이 태양광 발전 시스템과 점점 더 많이 결합됨에 따라, 에너지 저장 장치는 주파수 조정이나 램핑 지원보다 피크 쉐이빙(peak shaving)에 중요한 역할을 하게 될 것입니다. 피크 쉐이빙에 대한 수요는 주파수 조정에 대한 수요를 훨씬 초과하고 있으며, 보조 서비스 시장 규모는 상대적으로 제한적입니다.
LiFePO₄ 리튬 철 배터리와 같은 저장 기술의 잠재력을 최대한 활용하고 활용률을 높이기 위해서는 특히 진정한 최고가와 최저가격 차이가 있는 강력한 에너지 시장을 개발하는 것이 필수적입니다.
에너지 저장 개발의 병목 현상 2: 배터리 캘린더 수명
에너지 저장 스테이션은 주로 LiFePO₄ 배터리를 사용하지만 경제성은 달력 수명에 따라 제한됩니다.
주류 리튬 배터리는 사용되는 양극재의 종류에 따라 LiFePO₄ 배터리(LFP)와 니켈-코발트-망간 배터리(NCM)의 두 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다. LiFePO₄ 배터리는 안전성, 사이클 수명, 그리고 비용 효율성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. NCM 배터리에 비해 에너지 밀도가 낮지만, 이러한 단점은 대규모 에너지 저장 시스템에는 크게 영향을 미치지 않으므로 LiFePO₄ 배터리가 이러한 분야에 선호됩니다.
BloombergNEF(BNEF)의 데이터에 따르면, 글로벌 에너지 저장 시스템에서 LFP 배터리의 점유율은 33년 2020%에서 84년 2023%로 증가했으며, 향후 90년 동안 XNUMX% 이상을 유지할 것으로 예상됩니다.
응용 측면에서:
LiFePO₄ 배터리는 다음을 포함한 일반적인 구성을 갖춘 상업 및 산업(C&I) 에너지 저장 시스템에서 널리 사용됩니다. 204V 256V 512V 100Ah 280Ah 300Ah 고전압 태양광 리튬 이온 배터리 시스템 뿐만 아니라 주거용 에너지 저장 시스템 48V 51.2V 100Ah 200Ah 280Ah 또는 통합형 15kWh 30kWh Lifepo4 배터리 팩.
반면, NCM 배터리는 높은 에너지 밀도로 인해 주로 전기 자동차에 사용됩니다. 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다. 전기 오토바이(48v 60v 72v 50ah 70ah 리튬 이온 배터리), 전기 스쿠터(36V 48V 6Ah 10Ah 15Ah 리튬 배터리)예산 및 골프 카트(48v 60v 72v 100ah 200ah 300ah Lifepo4 배터리 팩).
엔지니어링 응용 분야에서 LiFePO₄ 배터리 시스템의 사용 수명과 노후화 상태는 일반적으로 사이클 수명과 캘린더 수명이라는 두 가지 주요 지표를 사용하여 평가됩니다.
사이클 수명은 LiFePO₄ 배터리가 표준 조건(지정된 온도 및 충전/방전 속도)에서 일반적인 사이클을 통해 또는 특정 방전 깊이 조건에서 정의된 수명 종료 기준에 도달할 때까지 겪을 수 있는 충전-방전 사이클 횟수를 말합니다.
반면, 캘린더 수명은 배터리가 특정 온도에서 개방 회로(비작동) 상태로 보관되었을 때 성능을 유지할 수 있는 시간을 나타냅니다. 대기 모드에서 배터리의 노화 현상을 반영합니다.
에너지 저장 시스템의 경우, 사이클 수명보다 캘린더 수명이 더 중요합니다. LiFePO₄ 배터리를 저장 장치에 사용할 경우, 충방전 사이클의 깊이와 빈도는 종종 불확실하며 전력망 수요에 크게 좌우됩니다. 대부분의 실제 상황에서 리튬 철 인산철 배터리 시스템의 실제 사이클 수는 설계 용량보다 훨씬 적습니다.
그러나 에너지 저장 시스템은 장시간 대기 모드를 유지해야 하므로, 사용 여부와 관계없이 배터리의 캘린더 노화가 지속적으로 발생합니다. 잦은 충전 없이도 배터리의 캘린더 수명은 LiFePO₄ 기반 저장 시스템의 경제적 타당성에 주요 제약이 됩니다.
본질적으로 LiFePO₄ 리튬 배터리 팩은 긴 사이클 수명과 안전성으로 잘 알려져 있지만, 에너지 저장 분야에서의 경제적 성능은 캘린더 에이징(calendar aging)으로 인해 점점 더 제한되고 있습니다. 따라서 캘린더 수명은 비용 효율적인 배터리 개발에 또 다른 주요 장애물이 되었습니다. 태양광 리튬 배터리 에너지 저장 솔루션.
