Lebih Banyak Kitaran Penyimpanan Meminta Pasaran Titik Kuasa yang Teguh
Terdapat pelbagai sebab di sebalik kadar penggunaan yang rendah stesen simpanan tenaga bateri litium di China:
Kualiti sistem storan sokongan yang lemah: Pelabur sering membina kemudahan storan semata-mata untuk memenuhi keperluan kawal selia bagi kuota sambungan grid angin dan solar. Dalam mengejar kos yang sangat rendah, sesetengah mendapatkan bateri substandard atau bahkan terpakai, manakala sistem perlindungan kebakaran diminimumkan atau ditinggalkan sama sekali. Akibatnya, kedua-dua pengendali grid dan operator loji enggan menghantar sistem storan ini kerana kebimbangan keselamatan.
Unit storan tenaga berskala kecil: Kapasiti sistem storan yang dipasangkan dengan projek tenaga boleh diperbaharui selalunya terlalu kecil, yang menimbulkan risiko operasi untuk penghantaran grid kuasa. Ini tidak menggalakkan kedua-dua pengendali dan grid daripada menggunakan sepenuhnya sistem ini.
Kekurangan model perniagaan yang berdaya maju: Banyak stesen storan tenaga tidak menjana pendapatan daripada mengecas dan menyahcas. Sesetengahnya dihadkan untuk menyediakan satu loji angin atau solar dan tidak boleh beroperasi secara bebas atau menyambung terus ke grid, menjadikannya sukar untuk mereka mengambil bahagian dalam penghantaran grid.
Dengan promosi model pemajakan kapasiti penyimpanan tenaga, semakin banyak loji tenaga angin dan solar memilih untuk tidak membina sistem storan mereka sendiri. Sebaliknya, mereka memenuhi keperluan sambungan grid dengan memajak kapasiti. Memandangkan bilangan stesen simpanan tenaga bebas pada skala 100+ MW terus berkembang, dan apabila storan tenaga mula digunakan dalam amalan—menjadi entiti pasaran bebas yang bertanggungjawab untuk keuntungan dan kerugian mereka sendiri—isu kualiti peralatan yang lemah dan skala kecil bertambah baik. Walau bagaimanapun, model perniagaan kekal sebagai cabaran utama.
Stesen storan tenaga hanya mengambil bahagian dalam kitaran pelepasan caj apabila hasil pelepasan melebihi kos pengecasan. Pada ketika itu, seorang peniaga akan menyerahkan keluk caj-pelepasan ke platform dagangan, yang kemudiannya diturunkan oleh pasukan kawalan berpusat ke stesen storan untuk dilaksanakan, melengkapkan kitaran penuh. Prasyarat untuk keseluruhan proses ini ialah kewujudan pasaran spot kuasa yang mencerminkan perbezaan harga elektrik puncak dan luar puncak. Boleh dikatakan bahawa 'pasaran tempat kuasa' telah menjadi hambatan utama yang kini mengehadkan pembangunan storan tenaga.
Hayat Kalendar Bateri: Satu Lagi Kesesakan
Jangka hayat bateri dinilai menggunakan dua parameter utama: hayat kalendar dan hayat kitaran. Penghujung mana-mana parameter dengan berkesan menandakan tamat hayat berguna bateri.
"Hayat kalendar" merujuk kepada tempoh masa bateri boleh mengekalkan prestasi reka bentuknya dari saat ia dihasilkan, walaupun ia tidak digunakan atau jarang digunakan. Hayat kalendar mencerminkan penuaan secara beransur-ansur komponen kimia dan struktur bateri dari semasa ke semasa.
"Hayat kitaran," sebaliknya, merujuk kepada bilangan kitaran nyahcas cas yang boleh dilalui oleh bateri di bawah keadaan penggunaan biasa sebelum prestasinya menurun ke tahap tertentu—biasanya peratusan tertentu kapasiti terkadarnya, seperti 80%.
Pada masa ini, bateri litium besi fosfat LiFePO₄ untuk penyimpanan tenaga biasanya direka dengan hayat kitaran lebih 8,000 kitaran dan hayat kalendar sehingga 10 tahun. Untuk aplikasi penyimpanan tenaga berorientasikan kuasa (cth, peraturan frekuensi dalam loji kuasa haba), hayat kitaran selalunya menjadi faktor pengehad. Sebaliknya, untuk penyimpanan berorientasikan tenaga, yang digunakan terutamanya untuk pencukuran puncak harian, bilangan sebenar kitaran pelepasan cas sepanjang hayatnya adalah jauh di bawah spesifikasi reka bentuk (dengan mengandaikan purata satu kitaran penuh sehari), jadi hayat kalendar biasanya merupakan faktor pengehad.
Walau bagaimanapun, banyak pengeluar bateri menumpukan pada mempromosikan "hidup kitaran" sebagai titik jualan utama untuk produk baharu, sambil jarang menyebut "kehidupan kalendar." Untuk sistem storan berorientasikan tenaga, hayat kalendar harus menjadi perhatian yang lebih besar.
Menurut data dari Institut Penyelidikan Kuasa Elektrik China, jangka hayat operasi purata sebenar storan tenaga jenis kuasa di China adalah kurang daripada 3 tahun, manakala jangka hayat adalah 10 tahun. Untuk storan jenis tenaga, jangka hayat purata sebenar adalah kurang daripada 8 tahun, berbanding jangkaan 15 tahun. Nisbah hayat kitaran peringkat sistem sebenar kepada hayat kitaran sel tunggal yang diuji makmal adalah kurang daripada 0.5 secara purata, manakala jangkaan melebihi 0.85. Hayat kalendar bateri yang tidak mencukupi telah menjadi satu lagi halangan utama dalam pembangunan storan tenaga.
Bottleneck 1 dalam Pembangunan Penyimpanan Tenaga: Pasaran Titik Kuasa
Nilai Fleksibiliti Penyimpanan Tenaga Bergantung pada Pasaran Titik Kuasa
Dalam analisis awal kami tentang nilai kuasa berbilang dimensi, kami menyatakan bahawa storan tenaga, tidak seperti sumber kuasa tradisional, tidak menjana elektrik—ia mesti dicas terlebih dahulu, bermakna nilai tenaga bersihnya adalah negatif. Walau bagaimanapun, sistem seperti unit bateri LiFePO₄ boleh mengalihkan lebihan tenaga suria tengah hari kepada tempoh puncak petang, di mana harga elektrik lebih tinggi. Ini memberikan sistem storan, termasuk bateri litium-ion, nilai fleksibiliti yang ketara.
Dalam situasi permintaan puncak, storan menyediakan kapasiti pelepasan tindak balas pantas, menyumbang kebolehpercayaan juga. Nilai kebolehpercayaan ini paling baik diiktiraf melalui pasaran kapasiti atau mekanisme pampasan, manakala nilai fleksibiliti bergantung pada pasaran spot tenaga dan perkhidmatan sampingan.
Memandangkan pek bateri litium solar semakin dipasangkan dengan sistem PV, storan tenaga akan memainkan peranan utama dalam pencukuran puncak—lebih daripada pengawalan frekuensi atau sokongan ramping. Permintaan untuk pencukuran puncak jauh melebihi daripada peraturan frekuensi, dan pasaran perkhidmatan sampingan agak terhad dari segi saiz.
Untuk membuka kunci potensi penuh teknologi storan seperti bateri besi litium LiFePO₄, dan untuk memacu kadar penggunaan yang lebih tinggi, pembangunan pasaran tenaga yang teguh—terutamanya yang mempunyai perbezaan harga lembah puncak yang sebenar—adalah penting.
Bottleneck 2 dalam Pembangunan Storan Tenaga: Hayat Kalendar Bateri
Stesen Penyimpanan Tenaga Terutamanya Menggunakan Bateri LiFePO₄, tetapi Ekonomi Terhad oleh Hayat Kalendar
Berdasarkan jenis bahan katod yang digunakan, bateri litium arus perdana boleh dikelaskan kepada dua jenis utama: bateri LiFePO₄ (LFP) dan bateri Nikel Kobalt Mangan (NCM). Bateri LiFePO₄ menawarkan kelebihan ketara dari segi keselamatan, hayat kitaran dan keberkesanan kos. Walaupun ketumpatan tenaganya lebih rendah berbanding dengan bateri NCM, kelemahan ini tidak kritikal untuk stesen storan tenaga berskala besar, menjadikan LiFePO₄ pilihan pilihan untuk aplikasi sedemikian.
Menurut data daripada BloombergNEF (BNEF), bahagian bateri LFP dalam sistem penyimpanan tenaga global meningkat daripada 33% pada 2020 kepada 84% pada 2023, dan dijangka kekal melebihi 90% dalam tempoh lima tahun akan datang.
Dari segi permohonan:
Bateri LiFePO₄ digunakan secara meluas dalam sistem penyimpanan tenaga komersial dan perindustrian (C&I), dengan konfigurasi biasa termasuk 204V 256V 512V 100Ah 280Ah 300Ah voltan tinggi sistem bateri litium ion suria serta dalam sistem storan tenaga kediaman 48V 51.2V 100Ah 200Ah 280Ah atau pek bateri lifepo15 30kWh 4kWh bersepadu.
Bateri NCM, sebaliknya, digunakan terutamanya dalam mobiliti elektrik kerana ketumpatan tenaga yang lebih tinggi. Aplikasi biasa termasuk motosikal elektrik (48v 60v 72v 50ah 70ah bateri lithium ion), skuter elektrik (bateri litium 36v 48v 6ah 10ah 15ah), dan kereta golf (pek bateri lifepo48 60v 72v 100v 200ah 300ah 4ah ).
Dalam aplikasi kejuruteraan, hayat perkhidmatan dan status penuaan sistem bateri LiFePO₄ biasanya dinilai menggunakan dua penunjuk utama: Hayat Kitaran dan Hayat Kalendar.
Hayat kitaran merujuk kepada bilangan kitaran cas-nyahcas yang boleh dilalui oleh bateri LiFePO₄ di bawah keadaan standard—seperti suhu dan kadar pengecasan/nyahcas yang ditentukan—sama ada melalui kitaran konvensional atau di bawah keadaan kedalaman nyahcas tertentu, sehingga ia mencapai kriteria akhir hayat yang ditetapkan.
Hayat kalendar, sebaliknya, mewakili jangka masa bateri boleh mengekalkan prestasinya apabila disimpan pada suhu tertentu dalam keadaan litar terbuka (tidak beroperasi). Ia mencerminkan tingkah laku penuaan bateri apabila disimpan dalam mod siap sedia.
Untuk sistem penyimpanan tenaga jenis tenaga, hayat kalendar adalah lebih kritikal daripada hayat kitaran. Apabila bateri LiFePO₄ digunakan dalam aplikasi storan, kedalaman dan kekerapan kitaran nyahcas cas selalunya tidak menentu dan sebahagian besarnya bergantung pada permintaan grid. Dalam kebanyakan senario dunia sebenar, bilangan kitaran sebenar yang dilakukan oleh sistem bateri fosfat besi litium adalah jauh lebih rendah daripada kapasiti yang direka bentuk.
Walau bagaimanapun, memandangkan sistem storan tenaga mesti kekal dalam mod siap sedia untuk tempoh yang lama, penuaan kalendar terus berlaku tanpa mengira penggunaan. Kemerosotan yang berterusan ini, walaupun tanpa berbasikal yang kerap, menjadikan hayat kalendar bateri sebagai kekangan utama terhadap daya maju ekonomi sistem storan berasaskan LiFePO₄.
Pada dasarnya, walaupun pek bateri litium LiFePO₄ terkenal dengan hayat dan keselamatan kitaran yang panjang, prestasi ekonominya dalam aplikasi penyimpanan tenaga semakin terhad oleh penuaan kalendar. Oleh itu, hayat kalendar telah menjadi satu lagi halangan utama dalam pembangunan kos efektif penyelesaian penyimpanan tenaga bateri litium solar.
