هنگام انتخاب دستگاه ذخیره انرژی باتری چه چیزی را باید بدانید؟

تا سال ۲۰۲۴، بازار جهانی پررونق ذخیره‌سازی انرژی منجر به شناخت تدریجی ارزش حیاتی ...سیستم‌های ذخیره انرژی باتریدر بازارهای مختلف، به ویژه در بازار انرژی خورشیدی، که به تدریج به بخش مهمی از شبکه تبدیل شده است. با توجه به ماهیت متناوب انرژی خورشیدی، تأمین آن ناپایدار است و سیستم‌های ذخیره انرژی باتری قادر به تنظیم فرکانس هستند و از این طریق به طور مؤثر عملکرد شبکه را متعادل می‌کنند. در آینده، دستگاه‌های ذخیره انرژی نقش مهم‌تری در تأمین ظرفیت اوج و به تعویق انداختن نیاز به سرمایه‌گذاری‌های پرهزینه در تأسیسات توزیع، انتقال و تولید ایفا خواهند کرد.

هزینه سیستم‌های ذخیره انرژی خورشیدی و باتری در طول دهه گذشته به طرز چشمگیری کاهش یافته است. در بسیاری از بازارها، کاربردهای انرژی تجدیدپذیر به تدریج رقابت‌پذیری تولید سنتی انرژی فسیلی و هسته‌ای را تضعیف می‌کنند. در حالی که زمانی اعتقاد بر این بود که تولید انرژی تجدیدپذیر بسیار پرهزینه است، امروزه هزینه برخی از منابع انرژی فسیلی بسیار بیشتر از هزینه تولید انرژی تجدیدپذیر است.

علاوه بر این،ترکیبی از تأسیسات خورشیدی + ذخیره‌سازی می‌تواند برق شبکه را تأمین کندو جایگزین نقش نیروگاه‌های گاز طبیعی می‌شوند. با کاهش قابل توجه هزینه‌های سرمایه‌گذاری برای تأسیسات انرژی خورشیدی و عدم نیاز به سوخت در طول چرخه عمر آنها، این ترکیب در حال حاضر انرژی را با هزینه کمتری نسبت به منابع انرژی سنتی تأمین می‌کند. هنگامی که تأسیسات انرژی خورشیدی با سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری ترکیب می‌شوند، می‌توان از برق آنها برای دوره‌های زمانی خاص استفاده کرد و زمان پاسخ سریع باتری‌ها به پروژه‌های آنها اجازه می‌دهد تا به طور انعطاف‌پذیر به نیازهای بازار ظرفیت و بازار خدمات جانبی پاسخ دهند.

در حال حاضر،باتری‌های لیتیوم-یونی مبتنی بر فناوری فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4) بر بازار ذخیره‌سازی انرژی تسلط دارند.این باتری‌ها به دلیل ایمنی بالا، چرخه عمر طولانی و عملکرد حرارتی پایدار، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگرچه چگالی انرژیباتری‌های لیتیوم آهن فسفاتاگرچه کمی کمتر از سایر انواع باتری‌های لیتیومی است، اما با بهینه‌سازی فرآیندهای تولید، بهبود راندمان تولید و کاهش هزینه‌ها، پیشرفت قابل توجهی داشته‌اند. انتظار می‌رود تا سال 2030، قیمت باتری‌های فسفات آهن لیتیوم بیشتر کاهش یابد، در حالی که رقابت‌پذیری آنها در بازار ذخیره‌سازی انرژی همچنان افزایش یابد.

با توجه به رشد سریع تقاضا برای خودروهای برقی،سیستم ذخیره انرژی مسکونی, سیستم ذخیره انرژی C&Iو سیستم‌های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ، مزایای باتری‌های Li-FePO4 از نظر هزینه، طول عمر و ایمنی، آنها را به گزینه‌ای قابل اعتماد تبدیل می‌کند. اگرچه اهداف چگالی انرژی آن ممکن است به اندازه سایر باتری‌های شیمیایی قابل توجه نباشد، مزایای آن در ایمنی و طول عمر، به آن جایگاهی در سناریوهای کاربردی می‌دهد که نیاز به قابلیت اطمینان طولانی مدت دارند.

عواملی که باید هنگام استقرار تجهیزات ذخیره انرژی باتری در نظر بگیرید

هنگام استقرار تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی، عوامل زیادی باید در نظر گرفته شوند. توان و مدت زمان سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری به هدف آن در پروژه بستگی دارد. هدف پروژه با ارزش اقتصادی آن تعیین می‌شود. ارزش اقتصادی آن به بازاری که سیستم ذخیره‌سازی انرژی در آن مشارکت دارد بستگی دارد. این بازار در نهایت نحوه توزیع انرژی، شارژ یا دشارژ باتری و مدت زمان دوام آن را تعیین می‌کند. بنابراین توان و مدت زمان باتری نه تنها هزینه سرمایه‌گذاری سیستم ذخیره‌سازی انرژی، بلکه عمر عملیاتی آن را نیز تعیین می‌کند.

فرآیند شارژ و دشارژ یک سیستم ذخیره انرژی باتری در برخی بازارها سودآور خواهد بود. در موارد دیگر، فقط هزینه شارژ مورد نیاز است و هزینه شارژ، هزینه انجام کسب و کار ذخیره انرژی است. میزان و نرخ شارژ با میزان دشارژ یکسان نیست.

برای مثال، در تأسیسات ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی+باتری در مقیاس شبکه، یا در کاربردهای سیستم ذخیره‌سازی سمت مشتری که از انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند، سیستم ذخیره‌سازی باتری از برق تأسیسات تولید خورشیدی استفاده می‌کند تا واجد شرایط دریافت اعتبار مالیاتی سرمایه‌گذاری (ITC) شود. به عنوان مثال، در مفهوم پرداخت به ازای هزینه برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در سازمان‌های انتقال منطقه‌ای (RTO) نکات ظریفی وجود دارد. در مثال اعتبار مالیاتی سرمایه‌گذاری (ITC)، سیستم ذخیره‌سازی باتری ارزش سهام پروژه را افزایش می‌دهد و در نتیجه نرخ بازده داخلی مالک را افزایش می‌دهد. در مثال PJM، سیستم ذخیره‌سازی باتری هزینه شارژ و دشارژ را پرداخت می‌کند، بنابراین جبران بازپرداخت آن متناسب با توان الکتریکی آن است.

به نظر می‌رسد گفتن اینکه توان و مدت زمان یک باتری، طول عمر آن را تعیین می‌کند، دور از عقل باشد. تعدادی از عوامل مانند توان، مدت زمان و طول عمر، فناوری‌های ذخیره‌سازی باتری را از سایر فناوری‌های انرژی متمایز می‌کند. در قلب یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری، باتری قرار دارد. مانند سلول‌های خورشیدی، مواد آنها به مرور زمان تخریب می‌شوند و عملکرد را کاهش می‌دهند. سلول‌های خورشیدی توان خروجی و راندمان خود را از دست می‌دهند، در حالی که تخریب باتری منجر به از دست رفتن ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی می‌شود.در حالی که سیستم‌های خورشیدی می‌توانند ۲۰ تا ۲۵ سال دوام بیاورند، سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری معمولاً فقط ۱۰ تا ۱۵ سال دوام می‌آورند.

هزینه‌های جایگزینی و تعویض باید برای هر پروژه‌ای در نظر گرفته شود. پتانسیل جایگزینی به توان عملیاتی پروژه و شرایط مرتبط با بهره‌برداری از آن بستگی دارد.

چهار عامل اصلی که منجر به کاهش عملکرد باتری می‌شوند عبارتند از؟

• دمای کارکرد باتری
• جریان باتری
• میانگین وضعیت شارژ باتری (SOC)
• «نوسان» میانگین وضعیت شارژ باتری (SOC)، یعنی بازه زمانی میانگین وضعیت شارژ باتری (SOC) که باتری بیشتر اوقات در آن قرار دارد. عامل سوم و چهارم به هم مرتبط هستند.

دو استراتژی برای مدیریت عمر باتری در پروژه وجود دارد.استراتژی اول، کاهش اندازه باتری در صورت پشتیبانی پروژه از درآمد و کاهش هزینه جایگزینی برنامه‌ریزی‌شده در آینده است. در بسیاری از بازارها، درآمدهای برنامه‌ریزی‌شده می‌توانند از هزینه‌های جایگزینی آینده پشتیبانی کنند. به‌طورکلی، هنگام تخمین هزینه‌های جایگزینی آینده، باید کاهش هزینه‌های آتی قطعات در نظر گرفته شود، که با تجربه بازار در 10 سال گذشته سازگار است. استراتژی دوم، افزایش اندازه باتری به منظور به حداقل رساندن جریان کل آن (یا نرخ C، که به سادگی به عنوان شارژ یا دشارژ در ساعت تعریف می‌شود) با پیاده‌سازی سلول‌های موازی است. جریان‌های شارژ و دشارژ کمتر، دمای پایین‌تری ایجاد می‌کنند، زیرا باتری در حین شارژ و دشارژ گرما تولید می‌کند. اگر انرژی اضافی در سیستم ذخیره‌سازی باتری وجود داشته باشد و انرژی کمتری استفاده شود، میزان شارژ و دشارژ باتری کاهش یافته و عمر آن افزایش می‌یابد.

شارژ/دشارژ باتری یک اصطلاح کلیدی است.صنعت خودرو معمولاً از «چرخه‌ها» به عنوان معیاری برای عمر باتری استفاده می‌کند. در کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی ثابت، باتری‌ها بیشتر در چرخه‌های جزئی قرار می‌گیرند، به این معنی که ممکن است تا حدی شارژ یا تا حدی دشارژ شوند و هر بار شارژ و دشارژ کافی نباشد.

انرژی باتری موجود.کاربردهای سیستم ذخیره انرژی ممکن است کمتر از یک بار در روز چرخه داشته باشند و بسته به کاربرد بازار، ممکن است از این معیار فراتر روند. بنابراین، کارکنان باید با ارزیابی توان عملیاتی باتری، عمر باتری را تعیین کنند.

عمر مفید و تأیید صحت دستگاه ذخیره انرژی

آزمایش دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی شامل دو بخش اصلی است.اول، آزمایش سلول باتری برای ارزیابی عمر سیستم ذخیره انرژی باتری بسیار مهم است.آزمایش سلول‌های باتری، نقاط قوت و ضعف سلول‌های باتری را آشکار می‌کند و به اپراتورها کمک می‌کند تا بفهمند که چگونه باتری‌ها باید در سیستم ذخیره انرژی ادغام شوند و آیا این ادغام مناسب است یا خیر.

پیکربندی‌های سری و موازی سلول‌های باتری به درک نحوه عملکرد سیستم باتری و نحوه طراحی آن کمک می‌کند.سلول‌های باتری متصل به صورت سری، امکان انباشت ولتاژ باتری را فراهم می‌کنند، به این معنی که ولتاژ سیستم یک سیستم باتری با چندین سلول باتری متصل به صورت سری، برابر با ولتاژ هر سلول باتری ضربدر تعداد سلول‌ها است. معماری باتری متصل به صورت سری، مزایای هزینه‌ای ارائه می‌دهد، اما معایبی نیز دارد. هنگامی که باتری‌ها به صورت سری متصل می‌شوند، سلول‌های منفرد جریان یکسانی با بسته باتری می‌کشند. به عنوان مثال، اگر یک سلول حداکثر ولتاژ ۱ ولت و حداکثر جریان ۱ آمپر داشته باشد، ۱۰ سلول سری حداکثر ولتاژ ۱۰ ولت دارند، اما همچنان حداکثر جریان ۱ آمپر دارند، برای توان کل ۱۰ ولت * ۱ آمپر = ۱۰ وات. هنگامی که به صورت سری متصل می‌شوند، سیستم باتری با چالش نظارت بر ولتاژ روبرو می‌شود. نظارت بر ولتاژ را می‌توان بر روی بسته‌های باتری متصل به صورت سری انجام داد تا هزینه‌ها کاهش یابد، اما تشخیص آسیب یا تخریب ظرفیت سلول‌های منفرد دشوار است.

از سوی دیگر، باتری‌های موازی امکان انباشت جریان را فراهم می‌کنند، به این معنی که ولتاژ بسته باتری موازی برابر با ولتاژ هر سلول و جریان سیستم برابر با جریان هر سلول ضربدر تعداد سلول‌های موازی است. به عنوان مثال، اگر از همان باتری ۱ ولت و ۱ آمپر استفاده شود، می‌توان دو باتری را به صورت موازی متصل کرد که جریان را به نصف کاهش می‌دهد و سپس می‌توان ۱۰ جفت باتری موازی را به صورت سری متصل کرد تا به ۱۰ ولت در ولتاژ ۱ ولت و جریان ۱ آمپر دست یافت، اما این امر در پیکربندی موازی رایج‌تر است.

این تفاوت بین روش‌های سری و موازی اتصال باتری هنگام بررسی ضمانت ظرفیت باتری یا سیاست‌های گارانتی اهمیت دارد. عوامل زیر در سلسله مراتب به سمت پایین حرکت می‌کنند و در نهایت بر عمر باتری تأثیر می‌گذارند:ویژگی‌های بازار ➜ رفتار شارژ/دشارژ ➜ محدودیت‌های سیستم ➜ معماری سری و موازی باتری.بنابراین، ظرفیت پلاک باتری نشانه‌ای از وجود ظرفیت اضافی در سیستم ذخیره‌سازی باتری نیست. وجود ظرفیت اضافی برای گارانتی باتری مهم است، زیرا جریان و دمای باتری (دمای ساکن سلول در محدوده SOC) را تعیین می‌کند، در حالی که عملکرد روزانه، طول عمر باتری را تعیین می‌کند.

آزمایش سیستم، ضمیمه‌ای برای آزمایش سلول‌های باتری است و اغلب بیشتر برای الزامات پروژه‌ای که عملکرد صحیح سیستم باتری را نشان می‌دهند، کاربرد دارد.

برای انجام یک قرارداد، تولیدکنندگان باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی معمولاً پروتکل‌های آزمایش راه‌اندازی کارخانه‌ای یا میدانی را برای تأیید عملکرد سیستم و زیرسیستم‌ها تدوین می‌کنند، اما ممکن است خطر فراتر رفتن عملکرد سیستم باتری از عمر مفید باتری را در نظر نگیرند. یک بحث رایج در مورد راه‌اندازی میدانی، شرایط آزمایش ظرفیت و ارتباط آنها با کاربرد سیستم باتری است.

اهمیت تست باتری

پس از اینکه DNV GL باتری را آزمایش کرد، داده‌ها در یک کارت امتیازی عملکرد باتری سالانه گنجانده می‌شوند که داده‌های مستقلی را برای خریداران سیستم باتری فراهم می‌کند. این کارت امتیازی نشان می‌دهد که باتری چگونه به چهار شرایط کاربردی پاسخ می‌دهد: دما، جریان، میانگین حالت شارژ (SOC) و نوسانات میانگین حالت شارژ (SOC).

این آزمایش عملکرد باتری را با پیکربندی سری-موازی، محدودیت‌های سیستم، رفتار شارژ/دشارژ بازار و عملکرد بازار مقایسه می‌کند. این سرویس منحصر به فرد به طور مستقل تأیید می‌کند که تولیدکنندگان باتری مسئولیت‌پذیر هستند و ضمانت‌های خود را به درستی ارزیابی می‌کنند تا صاحبان سیستم باتری بتوانند ارزیابی آگاهانه‌ای از میزان مواجهه خود با ریسک فنی داشته باشند.

انتخاب تأمین‌کننده تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی

برای تحقق بخشیدن به چشم‌انداز ذخیره‌سازی باتری،انتخاب تأمین‌کننده حیاتی است– بنابراین، همکاری با متخصصان فنی مورد اعتماد که تمام جنبه‌های چالش‌ها و فرصت‌های مقیاس صنعتی را درک می‌کنند، بهترین راهکار برای موفقیت پروژه است. انتخاب یک تأمین‌کننده سیستم ذخیره‌سازی باتری باید تضمین کند که سیستم مطابق با استانداردهای صدور گواهینامه بین‌المللی است. به عنوان مثال، سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری مطابق با UL9450A آزمایش شده‌اند و گزارش‌های آزمایش برای بررسی در دسترس هستند. هرگونه الزامات خاص مکان دیگر، مانند تشخیص و محافظت یا تهویه اضافی آتش، ممکن است در محصول پایه سازنده گنجانده نشده باشد و باید به عنوان یک افزونه مورد نیاز برچسب‌گذاری شود.

به طور خلاصه، دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس صنعتی می‌توانند برای ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی و پشتیبانی از راه‌حل‌های برق در نقطه بار، اوج تقاضا و متناوب استفاده شوند. این سیستم‌ها در بسیاری از مناطقی که سیستم‌های سوخت فسیلی و/یا ارتقاءهای سنتی ناکارآمد، غیرعملی یا پرهزینه تلقی می‌شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. عوامل زیادی می‌توانند بر توسعه موفقیت‌آمیز چنین پروژه‌هایی و توجیه مالی آنها تأثیر بگذارند.

همکاری با یک تولیدکننده‌ی قابل اعتمادِ باتری بسیار مهم است.شرکت BSLBATT Energy ارائه دهنده پیشرو در بازار راهکارهای هوشمند ذخیره سازی باتری است که در زمینه طراحی، تولید و ارائه راهکارهای مهندسی پیشرفته برای کاربردهای تخصصی فعالیت می‌کند. چشم انداز این شرکت بر کمک به مشتریان در حل مسائل منحصر به فرد انرژی که بر کسب و کار آنها تأثیر می‌گذارد، متمرکز است و تخصص BSLBATT می‌تواند راهکارهای کاملاً سفارشی برای برآورده کردن اهداف مشتری ارائه دهد.