Више циклуса складиштења захтева робусно тржиште спот електричне енергије
Постоји више разлога за ниску стопу искоришћења станице за складиштење енергије литијумских батерија у Кини:
Лош квалитет пратећих система за складиштење: Инвеститори често граде објекте за складиштење само да би испунили регулаторне захтеве за квоте за прикључење на мрежу ветроелектрана и соларне енергије. У потрази за изузетно ниским трошковима, неки набављају батерије лошег квалитета или чак половне батерије, док су системи за заштиту од пожара минимизирани или потпуно изостављени. Као резултат тога, и оператери мреже и оператери постројења нерадо пуштају у рад ове системе за складиштење због безбедносних разлога.
Јединице за складиштење енергије малог обима: Капацитет система за складиштење упарених са пројектима обновљивих извора енергије је често премали, што представља оперативне ризике за диспечерску управу електроенергетске мреже. Ово обесхрабрује и оператере и мрежу да у потпуности искористе ове системе.
Недостатак одрживих пословних модела: Многе станице за складиштење енергије не генеришу приход од пуњења и пражњења. Неке су ограничене на опслуживање једне ветроелектране или соларне електране и не могу да раде самостално или да се директно повежу на мрежу, што им отежава учешће у диспечерској управи мрежом.
Са промоцијом модела закупа капацитета за складиштење енергије, све више ветроелектрана и соларних електрана одлучује се да не гради сопствене системе за складиштење. Уместо тога, испуњавају захтеве за прикључак на мрежу закупом капацитета. Како број независних станица за складиштење енергије капацитета преко 100 MW наставља да расте, и како складиштење енергије почиње да се користи у пракси – постајући независни тржишни субјекти одговорни за сопствене профите и губитке – проблеми лошег квалитета опреме и малог обима су значајно побољшани. Међутим, пословни модел остаје велики изазов.
Станице за складиштење енергије учествују у циклусима пуњења и пражњења само када приход од пражњења премашује трошкове пуњења. У том тренутку, трговац ће поднети криву пуњења и пражњења трговинској платформи, коју затим централизовани контролни тим прослеђује станици за складиштење на извршење, чиме се завршава цео циклус. Предуслов за цео овај процес је постојање спот тржишта електричне енергије које одражава разлике у ценама електричне енергије у вршним и ванвршним временима. Може се рећи да је „спот тржиште електричне енергије“ постало кључно уско грло које тренутно ограничава развој складиштења енергије.
Трајање батерије: Још једно уско грло
Животни век батерије се процењује помоћу два кључна параметра: календарског века трајања и цикличног века трајања. Крај било ког параметра ефикасно означава крај корисног века трајања батерије.
„Календарски век трајања“ односи се на временски период током којег батерија може да одржи своје пројектоване перформансе од тренутка производње, чак и ако се не користи или се ретко користи. Календарски век трајања одражава постепено старење хемијских компоненти и структуре батерије током времена.
„Век трајања“, с друге стране, односи се на број циклуса пуњења и пражњења које батерија може да прође под нормалним условима употребе пре него што њене перформансе падну на одређени ниво - обично одређени проценат њеног номиналног капацитета, као што је 80%.
Тренутно, LiFePO₄ литијум-гвожђе-фосфатне батерије за складиштење енергије су обично пројектоване са животним веком циклуса од преко 8,000 циклуса и календарским веком трајања до 10 година. За примене складиштења енергије оријентисане на енергију (нпр. регулација фреквенције у термоелектранама), животни век циклуса је често ограничавајући фактор. Насупрот томе, за складиштење енергије оријентисано на енергију, које се углавном користи за дневно смањење вршних напора, стварни број циклуса пуњења и пражњења током његовог животног века је далеко испод спецификације пројектовања (под претпоставком просека једног пуног циклуса дневно), тако да је календарски век трајања обично ограничавајући фактор.
Међутим, многи произвођачи батерија фокусирају се на промоцију „животног века“ као кључне продајне тачке за нове производе, док ретко помињу „календарски век трајања“. За енергетски оријентисане системе за складиштење, календарски век трајања би требало да буде од веће важности.
Према подацима Кинеског института за истраживање електричне енергије, стварни просечни оперативни век трајања складишта енергије електричног типа у Кини је мањи од 3 године, док је очекивани век трајања 10 година. За складиштење енергије, стварни просечни век трајања је мањи од 8 година, у поређењу са очекиваних 15 година. Однос стварног животног циклуса на нивоу система и лабораторијски тестираног животног циклуса једне ћелије је у просеку мањи од 0.5, док је очекивање изнад 0.85. Недовољан календарски век трајања батерија постао је још једно кључно уско грло у развоју складиштења енергије.
Уско грло број 1 у развоју складиштења енергије: Тржиште спот производње
Флексибилност складиштења енергије зависи од тржишта електричне енергије
У нашој ранијој анализи вишедимензионалне вредности снаге, приметили смо да складиштење енергије, за разлику од традиционалних извора енергије, не генерише електричну енергију – прво се мора напунити, што значи да је његова нето енергетска вредност негативна. Међутим, системи попут LiFePO₄ батеријских јединица могу да преусмере вишак подневне соларне енергије на вечерње вршне периоде, где су цене електричне енергије више. Ово даје системима за складиштење, укључујући литијум-јонске батерије, значајну флексибилност.
У ситуацијама вршне потражње, складиштење обезбеђује брзи реаговање капацитета пражњења, доприносећи и поузданости. Ова вредност поузданости се најбоље препознаје кроз тржишта капацитета или механизме компензације, док вредност флексибилности зависи од спот тржишта енергије и помоћних услуга.
Како се соларни литијумски батеријски пакети све више упарују са фотонапонским системима, складиштење енергије ће играти главну улогу у смањењу вршних оптерећења – више него регулација фреквенције или подршка за повећање фреквенције. Потражња за смањењем вршних оптерећења далеко премашује потражњу за регулацијом фреквенције, а тржиште помоћних услуга је релативно ограничене величине.
Да би се откључао пуни потенцијал технологија складиштења попут LiFePO₄ литијум-гвоздених батерија и да би се подстакле веће стопе искоришћења, неопходан је развој робусног тржишта енергије – посебно оног са правим разликама у ценама између врхова и долина.
Уско грло број 2 у развоју складиштења енергије: Календарски век трајања батерије
Станице за складиштење енергије првенствено користе LiFePO₄ батерије, али је економија ограничена веком трајања календара
На основу врсте катодног материјала који се користи, основне литијумске батерије могу се класификовати у два главна типа: LiFePO₄ батерије (LFP) и никл-кобалт-манганске батерије (NCM). LiFePO₄ батерије нуде значајне предности у погледу безбедности, животног века и исплативости. Иако је њихова густина енергије нижа у поређењу са NCM батеријама, овај недостатак није критичан за велике станице за складиштење енергије, што LiFePO₄ чини преферираним избором за такве примене.
Према подацима BloombergNEF-а (BNEF), удео LFP батерија у глобалним системима за складиштење енергије порастао је са 33% у 2020. години на 84% у 2023. години, а очекује се да ће остати изнад 90% током наредних пет година.
У погледу апликација:
LiFePO₄ батерије се широко користе у комерцијалним и индустријским (C&I) системима за складиштење енергије, са уобичајеним конфигурацијама које укључују 204V 256V 512V 100Ah 280Ah 300Ah соларни литијум-јонски батеријски систем високог напона као и у системи за складиштење енергије за стамбене објекте 48V 51.2V 100Ah 200Ah 280Ah или интегрисане батерије lifepo15 од 30 kWh и 4 kWh.
С друге стране, NCM батерије се углавном користе у електричној мобилности због њихове веће густине енергије. Типичне примене укључују електрични мотоцикли (литијум-јонске батерије 48v 60v 72v 50ah 70ah), електрични скутери (литијумске батерије 36v 48v 6ah 10ah 15ah), i голф колица (48v 60v 72v 100ah 200ah 300ah lifepo4 батерије).
У инжењерским применама, век трајања и статус старења LiFePO₄ батеријских система се обично процењују помоћу два кључна индикатора: циклусног века трајања и календарског века трајања.
Животни век се односи на број циклуса пуњења и пражњења које LiFePO₄ батерија може да прође под стандардним условима - као што су одређена температура и брзине пуњења/пражњења - било конвенционалним циклусом или под одређеним условима дубине пражњења, док не достигне дефинисане критеријуме краја животног века.
Календарски век трајања, с друге стране, представља временски период у којем батерија може да одржи своје перформансе када се чува на одређеној температури у стању отвореног кола (неисправном стању). Он одражава понашање батерије услед старења када се држи у режиму приправности.
За системе за складиштење енергије енергетског типа, календарски век трајања је критичнији од цикличног века трајања. Када се LiFePO₄ батерије користе у апликацијама за складиштење, њихова дубина и учесталост циклуса пуњења и пражњења су често неизвесни и у великој мери зависе од потражње мреже. У већини реалних сценарија, стварни број циклуса које извршавају литијум-гвожђе-фосфатни батеријски системи је знатно мањи од пројектованог капацитета.
Међутим, пошто системи за складиштење енергије морају да остану у режиму приправности током дужег временског периода, календарско старење се наставља без обзира на употребу. Ова континуирана деградација, чак и без честог циклуса пражњења и пражњења, чини календарски век батерије кључним ограничењем економске исплативости система за складиштење заснованих на LiFePO₄.
У суштини, иако су LiFePO₄ литијумске батерије познате по свом дугом животном веку и безбедности, њихове економске перформансе у применама складиштења енергије све су више ограничене календарским старењем. Као такве, календарски век је постао још једно велико уско грло у развоју исплативих... Решења за складиштење енергије у соларним литијумским батеријама.
