מה כדאי לדעת כשבוחרים התקן לאגירת אנרגיה בסוללה?

עד שנת 2024, שוק אחסון האנרגיה העולמי הפורח הוביל להכרה הדרגתית בערך הקריטי שלמערכות אחסון אנרגיה בסוללותבשווקים שונים, במיוחד בשוק האנרגיה הסולארית, אשר הפך בהדרגה לחלק חשוב ברשת החשמל. בשל האופי הסירוגין של אנרגיה סולארית, אספקת האנרגיה שלה אינה יציבה, ומערכות אגירת אנרגיה בסוללות מסוגלות לספק ויסות תדר, ובכך לאזן ביעילות את פעולת הרשת. בעתיד, התקני אגירת אנרגיה ימלאו תפקיד חשוב אף יותר באספקת קיבולת שיא ובדחיית הצורך בהשקעות יקרות במתקני חלוקה, הולכה וייצור.

עלותן של מערכות אחסון אנרגיה סולאריות וסוללות ירדה באופן דרמטי בעשור האחרון. בשווקים רבים, יישומי אנרגיה מתחדשת פוגעים בהדרגה בתחרותיות של ייצור אנרגיה מסורתי מאנרגיה מאובנים ואנרגיה גרעינית. בעוד שבעבר נהוג היה לחשוב שייצור אנרגיה מתחדשת יקר מדי, כיום עלותם של מקורות אנרגיה מאובנים מסוימים גבוהה בהרבה מעלות ייצור אנרגיה מתחדשת.

בְּנוֹסַף,שילוב של אנרגיה סולארית + מתקני אחסון יכול לספק חשמל לרשת, המחליף את תפקידן של תחנות כוח המופעלות בגז טבעי. עם עלויות השקעה מופחתות משמעותית עבור מתקני אנרגיה סולארית והיעדר עלויות דלק לאורך מחזור חייהם, השילוב כבר מספק אנרגיה בעלות נמוכה יותר ממקורות אנרגיה מסורתיים. כאשר מתקני אנרגיה סולארית משולבים עם מערכות אחסון סוללות, ניתן להשתמש בחשמל שלהם לפרקי זמן ספציפיים, וזמן התגובה המהיר של הסוללות מאפשר לפרויקטים שלהם להגיב בצורה גמישה לצרכים של שוק הקיבולת ושוק השירותים הנלווים כאחד.

כַּיוֹם,סוללות ליתיום-יון המבוססות על טכנולוגיית ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) שולטות בשוק אחסון האנרגיה.סוללות אלו נמצאות בשימוש נרחב בשל בטיחותן הגבוהה, חיי המחזור הארוכים והביצועים התרמיים היציבים שלהן. למרות שצפיפות האנרגיה שלסוללות ליתיום ברזל פוספטלמרות שמחירם נמוך במקצת מזה של סוגים אחרים של סוללות ליתיום, הן עדיין עשו התקדמות משמעותית על ידי אופטימיזציה של תהליכי ייצור, שיפור יעילות הייצור והפחתת עלויות. הצפי הוא שעד שנת 2030 מחירן של סוללות ליתיום ברזל פוספט יירד עוד יותר, בעוד שהתחרותיות שלהן בשוק אחסון האנרגיה תמשיך לעלות.

עם הצמיחה המהירה בביקוש לרכבים חשמליים,מערכת אחסון אנרגיה ביתית, מערכת אחסון אנרגיה C&Iומערכות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול, היתרונות של סוללות Li-FePO4 מבחינת עלות, אורך חיים ובטיחות הופכים אותן לאופציה אמינה. בעוד שיעדי צפיפות האנרגיה שלהן עשויים להיות פחות משמעותיים מאלה של סוללות כימיות אחרות, יתרונותיהן בבטיחות ובאורך חיים מעניקים להן מקום בתרחישי יישומים הדורשים אמינות לטווח ארוך.

גורמים שיש לקחת בחשבון בעת ​​פריסת ציוד אחסון אנרגיה בסוללות

ישנם גורמים רבים שיש לקחת בחשבון בעת ​​פריסת ציוד אגירת אנרגיה. ההספק ומשך הזמן של מערכת אגירת האנרגיה בסוללה תלויים במטרתה בפרויקט. מטרת הפרויקט נקבעת על ידי ערכו הכלכלי. ערכו הכלכלי תלוי בשוק בו משתתפת מערכת אגירת האנרגיה. שוק זה קובע בסופו של דבר כיצד הסוללה תפזר אנרגיה, תטען או תפרוק, וכמה זמן היא תחזיק מעמד. לכן, ההספק ומשך הזמן של הסוללה לא רק קובעים את עלות ההשקעה של מערכת אגירת האנרגיה, אלא גם את אורך החיים התפעולי.

תהליך הטעינה והפריקה של מערכת אחסון אנרגיה של סוללות יהיה רווחי בשווקים מסוימים. במקרים אחרים, נדרשת רק עלות הטעינה, ועלות הטעינה היא עלות ניהול עסקי אחסון האנרגיה. כמות וקצב הטעינה אינם זהים לכמות הפריקה.

לדוגמה, במתקני אחסון אנרגיה סולארית + סוללה בקנה מידה של רשת חשמל, או ביישומי מערכת אחסון בצד הלקוח המשתמשים באנרגיה סולארית, מערכת אחסון הסוללות משתמשת בחשמל ממתקן הייצור הסולארי על מנת להיות זכאית לזיכויי מס להשקעה (ITC). לדוגמה, ישנם ניואנסים למושג התשלום לפי תשלום עבור מערכות אחסון אנרגיה בארגוני הולכה אזוריים (RTO). בדוגמת זיכוי מס להשקעה (ITC), מערכת אחסון הסוללות מגדילה את שווי ההון העצמי של הפרויקט, ובכך מגדילה את שיעור התשואה הפנימי של הבעלים. בדוגמת PJM, מערכת אחסון הסוללות משלמת עבור טעינה ופריקה, כך שפיצוי ההחזר שלה פרופורציונלי לתפוקה החשמלית שלה.

נראה לא הגיוני לומר שעוצמתה ומשכה של סוללה קובעים את חייה. מספר גורמים כגון עוצמה, משך זמן ואורך חיים הופכים טכנולוגיות אחסון סוללות לשונות מטכנולוגיות אנרגיה אחרות. בלב מערכת אחסון אנרגיה בסוללה נמצאת הסוללה. כמו תאים סולאריים, החומרים שלהן מתכלים עם הזמן, מה שמפחית את הביצועים. תאים סולאריים מאבדים את תפוקת ההספק והיעילות שלה, בעוד שהידרדרות הסוללה גורמת לאובדן קיבולת אחסון אנרגיה.בעוד שמערכות סולאריות יכולות להחזיק מעמד 20-25 שנים, מערכות אחסון סוללות מחזיקות מעמד בדרך כלל רק 10 עד 15 שנים.

יש לקחת בחשבון את עלויות ההחלפה וההחלפה בכל פרויקט. הפוטנציאל להחלפה תלוי בתפוקה של הפרויקט ובתנאים הקשורים לתפעולו.

ארבעת הגורמים העיקריים המובילים לירידה בביצועי הסוללה הם?

• טמפרטורת הפעולה של הסוללה
• זרם הסוללה
• מצב טעינה ממוצע של הסוללה (SOC)
• ה'תנודה' של מצב הטעינה הממוצע של הסוללה (SOC), כלומר, מרווח הזמן של מצב הטעינה הממוצע של הסוללה (SOC) שבו הסוללה נמצאת רוב הזמן. הגורמים השלישי והרביעי קשורים זה לזה.

ישנן שתי אסטרטגיות לניהול חיי הסוללה בפרויקט.האסטרטגיה הראשונה היא להקטין את גודל הסוללה אם הפרויקט נתמך על ידי הכנסות ולהפחית את עלות ההחלפה המתוכננת בעתיד. בשווקים רבים, הכנסות מתוכננות יכולות לתמוך בעלויות החלפה עתידיות. באופן כללי, יש לקחת בחשבון הפחתות עלויות עתידיות ברכיבים בעת הערכת עלויות החלפה עתידיות, דבר התואם את ניסיון השוק ב-10 השנים האחרונות. האסטרטגיה השנייה היא להגדיל את גודל הסוללה על מנת למזער את הזרם הכולל שלה (או קצב C, המוגדר בפשטות כטעינה או פריקה לשעה) על ידי יישום תאים מקבילים. זרמי טעינה ופריקה נמוכים יותר נוטים לייצר טמפרטורות נמוכות יותר מכיוון שהסוללה מייצרת חום במהלך הטעינה והפריקה. אם יש עודף אנרגיה במערכת אחסון הסוללה ונעשה בה שימוש בפחות אנרגיה, כמות הטעינה והפריקה של הסוללה תפחת וחייה יוארך.

טעינה/פריקה של סוללה היא מונח מפתח.תעשיית הרכב משתמשת בדרך כלל ב'מחזורים' כמדד לחיי סוללה. ביישומי אחסון אנרגיה נייחים, סוללות נוטות יותר להיות טעונות באופן חלקי, כלומר הן עשויות להיות טעונות באופן חלקי או מרוקנות באופן חלקי, כאשר כל טעינה ופריקה אינן מספיקות.

אנרגיית סוללה זמינה.יישומי מערכות אחסון אנרגיה עשויים להסתובב פחות מפעם אחת ביום, ובהתאם ליישום השוק, עשויים לחרוג מדד זה. לכן, על הצוות לקבוע את חיי הסוללה על ידי הערכת תפוקת הסוללה.

אורך חיים ואימות של התקן אחסון אנרגיה

בדיקת התקני אחסון אנרגיה מורכבת משני תחומים עיקריים.ראשית, בדיקת תאי סוללה היא קריטית להערכת אורך החיים של מערכת אחסון אנרגיה בסוללה.בדיקת תאי סוללה חושפת את נקודות החוזק והחולשה של תאי הסוללה ועוזרת למפעילים להבין כיצד יש לשלב את הסוללות במערכת אחסון האנרגיה והאם שילוב זה מתאים.

תצורות טוריות ומקבילות של תאי סוללה עוזרות להבין כיצד מערכת סוללה פועלת וכיצד היא מתוכננת.תאי סוללה המחוברים בטור מאפשרים ערימת מתחי סוללה, מה שאומר שמתח המערכת של מערכת סוללה עם מספר תאי סוללה המחוברים בטור שווה למתח של תא הסוללה הבודד כפול מספר התאים. ארכיטקטורות סוללה המחוברות בטור מציעות יתרונות עלות, אך יש להן גם כמה חסרונות. כאשר סוללות מחוברות בטור, התאים הבודדים צורכים את אותו זרם כמו חבילת הסוללות. לדוגמה, אם לתא אחד יש מתח מקסימלי של 1 וולט וזרם מקסימלי של 1 אמפר, אז ל-10 תאים בטור יש מתח מקסימלי של 10 וולט, אך עדיין יש להם זרם מקסימלי של 1 אמפר, עבור הספק כולל של 10 וולט * 1 אמפר = 10 וואט. כאשר הם מחוברים בטור, מערכת הסוללות מתמודדת עם אתגר של ניטור מתח. ניתן לבצע ניטור מתח על חבילות סוללות המחוברות בטור כדי להפחית עלויות, אך קשה לזהות נזק או ירידה בקיבולת של תאים בודדים.

מצד שני, סוללות מקבילות מאפשרות ערימת זרם, מה שאומר שהמתח של חבילת הסוללות המקבילה שווה למתח התא הבודד וזרם המערכת שווה לזרם התא הבודד כפול מספר התאים במקביל. לדוגמה, אם משתמשים באותה סוללה של 1V ו-1A, ניתן לחבר שתי סוללות במקביל, מה שיקצץ את הזרם בחצי, ואז ניתן לחבר 10 זוגות של סוללות מקבילות בטור כדי להשיג 10V במתח של 1V וזרם של 1A, אך זה נפוץ יותר בתצורה מקבילית.

ההבדל בין שיטות חיבור טוריות למקביליות של סוללות חשוב כששוקלים ערבויות לקיבולת הסוללה או מדיניות אחריות. הגורמים הבאים עוברים לאורך ההיררכיה ומשפיעים בסופו של דבר על חיי הסוללה:מאפייני שוק ➜ התנהגות טעינה/פריקה ➜ מגבלות מערכת ➜ ארכיטקטורת סוללות טורית ומקבילה.לכן, קיבולת לוחית השם של הסוללה אינה מהווה אינדיקציה לכך שייתכן שקיימת הצטברות יתר במערכת אחסון הסוללה. נוכחות של הצטברות יתר חשובה לאחריות הסוללה, מכיוון שהיא קובעת את זרם הסוללה וטמפרטורתה (טמפרטורת שהיית התא בטווח SOC), בעוד שתפעול יומיומי יקבע את חיי הסוללה.

בדיקת מערכת היא תוספת לבדיקת תאי סוללה ולעתים קרובות ישימה יותר לדרישות פרויקט המדגימות פעולה תקינה של מערכת הסוללה.

על מנת למלא חוזה, יצרני סוללות אגירת אנרגיה בדרך כלל מפתחים פרוטוקולי בדיקה להפעלה במפעל או בשטח כדי לאמת את פונקציונליות המערכת ותת-המערכת, אך ייתכן שלא יתייחסו לסיכון של ביצועי מערכת הסוללה העולים על חיי הסוללה. דיון נפוץ בנוגע להפעלה בשטח הוא תנאי בדיקת קיבולת והאם הם רלוונטיים ליישום מערכת הסוללה.

חשיבות בדיקת הסוללה

לאחר ש-DNV GL בדקה סוללה, הנתונים משולבים בכרטיס ניקוד ביצועי סוללה שנתי, המספק נתונים בלתי תלויים לרוכשי מערכות סוללות. כרטיס הניקוד מראה כיצד הסוללה מגיבה לארבעה תנאי יישום: טמפרטורה, זרם, מצב טעינה ממוצע (SOC) ותנודות במצב טעינה ממוצע (SOC).

הבדיקה משווה את ביצועי הסוללה לתצורה הטורית-מקבילית שלה, מגבלות המערכת, התנהגות הטעינה/פריקה בשוק ותפקוד השוק. שירות ייחודי זה מאמת באופן עצמאי שיצרני הסוללות אחראים ומעריכים נכון את האחריות שלהם, כך שבעלי מערכות סוללות יוכלו לבצע הערכה מושכלת של חשיפתם לסיכון טכני.

בחירת ספק ציוד אחסון אנרגיה

על מנת לממש את חזון אחסון הסוללות,בחירת הספק היא קריטית– לכן, עבודה עם מומחים טכניים מהימנים שמבינים את כל ההיבטים של אתגרים והזדמנויות בקנה מידה גדול של שירות היא המתכון הטוב ביותר להצלחת הפרויקט. בחירת ספק של מערכת אחסון סוללות צריכה להבטיח שהמערכת עומדת בתקני הסמכה בינלאומיים. לדוגמה, מערכות אחסון סוללות נבדקו בהתאם לתקן UL9450A ודוחות בדיקה זמינים לבדיקה. כל דרישה ספציפית למיקום אחרת, כגון גילוי והגנה מפני אש נוספים או אוורור, עשויה שלא להיכלל במוצר הבסיס של היצרן ויהיה צורך לתייג אותה כתוספת נדרשת.

לסיכום, ניתן להשתמש באמצעי אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול כדי לספק אחסון אנרגיה חשמלית ותמיכה בפתרונות נקודת עומס, ביקוש שיא ואנרגיה לסירוגין. מערכות אלו משמשות באזורים רבים שבהם מערכות דלק מאובנים ו/או שדרוגים מסורתיים נחשבים ללא יעילים, לא מעשיים או יקרים. גורמים רבים יכולים להשפיע על הפיתוח המוצלח של פרויקטים כאלה ועל הכדאיות הפיננסית שלהם.

חשוב לעבוד עם יצרן אמין של אחסון סוללות.BSLBATT Energy היא ספקית מובילה בשוק של פתרונות אחסון סוללות חכמים, המתכננת, מייצרת ומספקת פתרונות הנדסיים מתקדמים עבור יישומים מיוחדים. חזון החברה מתמקד בסיוע ללקוחות לפתור את בעיות האנרגיה הייחודיות המשפיעות על עסקיהם, והמומחיות של BSLBATT יכולה לספק פתרונות מותאמים אישית לחלוטין כדי לעמוד ביעדי הלקוח.