LFP және NMC батареялары: энергияны сақтау қолданбаларына терең сүңгу

Энергияны сақтау нарығы желдің тұрақтылығы, жаңартылатын энергия интеграциясы және резервтік қуат шешімдері қажеттілігіне байланысты өркендеуде. Көптеген аккумуляторлық энергияны сақтау жүйелерінің (BESS) негізінде литий-иондық технология жатыр, литий темір фосфаты (LFP) және никель марганец кобальт (NMC) екі ең көрнекті химия болып табылады.

Батареяның дұрыс химиясын таңдау өнімділікке, қауіпсіздікке, қызмет мерзіміне және құнына әсер ететін кез келген энергия сақтау жобасы үшін маңызды шешім болып табылады. LFP және NMC екеуі де дәлелденген рекордтарға ие болғанымен, олардың ерекше сипаттамалары оларды энергия сақтаудың кең ландшафтындағы әртүрлі қолданбаларға қолайлы етеді.

Бұл мақалада LFP және NMC батареяларын егжей-тегжейлі салыстыру қарастырылады, әсіресе олардың энергия сақтау жүйелеріндегі (ESS) сәйкестігі мен өнімділігіне назар аударылады.

Негіздерді түсіну: LFP және NMC батареялары дегеніміз не?

LFP және NMC екеуі де литий-ионды батареялардың түрлері, яғни олар литий иондарының оң электрод (катод) мен теріс электрод (анод) арасындағы қозғалысы арқылы энергияны сақтайды және шығарады. Негізгі айырмашылық катод материалында.

LFP (литий темір фосфаты): катод материалы ретінде LiFePO4 пайдаланады. Бұл құрылым өзінің ерекше тұрақтылығымен танымал.
NMC (Никель марганец кобальт): Катод ретінде әртүрлі қатынастағы никель, марганец және кобальт оксидтерінің қоспасын (мысалы, NMC 111, 532, 622, 811) пайдаланады. Пропорцияны реттеу арқылы өндірушілер энергия тығыздығы немесе циклдің қызмет ету мерзімі сияқты әртүрлі қасиеттерді оңтайландыра алады.

Енді оларды энергияны сақтау үшін ең маңызды факторлар негізінде салыстырайық.

Негізгі өнімділік көрсеткіштері: ESS-тегі LFP және NMC

BESS үшін батареяларды бағалау кезінде бірнеше техникалық параметрлер негізгі орын алады.

Қауіпсіздік

LFP: Өзінің тұрақты оливин құрылымына байланысты әдетте қауіпсіз деп саналады. LiFePO4 құрамындағы PO байланысы NMC-дегі металл-оксидтік байланыстарға қарағанда күштірек, бұл оны тіпті шамадан тыс зарядтау немесе физикалық зақымдану сияқты ауыр жағдайларда да термиялық қашуға бейім етеді. Қауіпсіздік маңызды болып табылатын ауқымды, стационарлық энергия сақтау жүйелері үшін бұл тән қауіпсіздік басты артықшылық болып табылады.

NMC: Айтарлықтай жақсартулар жасалғанымен, NMC батареялары, әсіресе жоғары никельді нұсқалар, LFP-ге қарағанда термиялық тұрақтылығы төмен және дұрыс басқарылмаса, термиялық қашуға бейім. Жетілдірілген батареяны басқару жүйелері (BMS) және жылуды басқару NMC қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін өте маңызды.

[ESS үшін бөлектеу]:Тұрақты сақтау үшін LFP-тің жоғары қауіпсіздік профилі маңызды артықшылық болып табылады, ол жүйе дизайнын ықтимал жеңілдетеді және NMC-пен салыстырғанда қауіпсіздік инфрақұрылымының шығындарын азайтады.

Өмір циклі

LFP: Әдетте NMC химияларының көпшілігімен салыстырғанда ұзақ циклдің қызмет ету мерзімін ұсынады. LFP батареялары ең аз тозуы бар мыңдаған зарядтау-разряд циклдарына (мысалы, 80% DOD кезінде 6000+ цикл) төтеп бере алады. Бұл беріктік тұрақты кристалдық құрылымға және велосипедпен жүру кезінде аз механикалық кернеуге байланысты.

NMC: Циклдың қызмет ету мерзімі нақты NMC құрамына байланысты айтарлықтай өзгереді (мысалы, NMC 111 сияқты төмен никель мазмұны жоғары никельді NMC 811 қарағанда ұзағырақ болуы мүмкін). Кейбір NMC тұжырымдары жақсы циклдің қызмет ету мерзіміне қол жеткізгенімен, LFP әдетте көптеген жылдар бойы өте жиі циклді қажет ететін қолданбалар үшін артықшылыққа ие, бұл тор масштабында сақтауда және жиілікті реттеуде кең таралған.

[ESS үшін бөлектеу]:Циклдың ұзағырақ қызмет ету мерзімі тікелей ESS үшін ұзағырақ қызмет ету мерзіміне әкеледі, бұл жобаның ұзақтығы бойынша иеленудің жалпы құнын азайтады. LFP шыдамдылығы оның пайдалы ауқымды сақтау үшін өсіп келе жатқан танымалдығының негізгі факторы болып табылады.

Энергия тығыздығы (Вт/кг және Вт/л)

LFP: NMC формулаларының көпшілігімен салыстырғанда энергия тығыздығы төмен. Бұл LFP батареясы бірдей қуат сыйымдылығы бар NMC батареясынан ауыр және үлкенірек болады дегенді білдіреді.

NMC: Жоғары энергия тығыздығын, әсіресе жоғары никельді нұсқаларды ұсынады (мысалы, NMC 811). Бұл сипаттама қозғалыс ауқымын арттыру үшін электр көліктері (EV) сияқты кеңістік пен салмақ маңызды болатын қолданбаларда жоғары бағаланады.

[ESS үшін бөлектеу]:Маңызды болғанымен, жоғары энергия тығыздығы мобильді қосымшалармен (EV) салыстырғанда стационарлық энергияны сақтау (BESS) үшін жиі маңызды емес. Көптеген желілік немесе коммерциялық сақтау жобаларында қол жетімді кеңістік көлікке қарағанда аз шектеулер болып табылады, бұл LFP энергиясының төмен тығыздығын кемшілікке айналдырады. Қауіпсіздік пен циклдің қызмет ету мерзімі жиі басымдыққа ие.

Құны

LFP: Әдетте никель мен кобальтпен салыстырғанда темір мен фосфаттың көптігі мен құнының төмен болуына байланысты өндіріс құны төмен. LFP көбінесе кобальтсыз, бағаның құбылмалылығын және кобальт өндірумен байланысты этикалық алаңдаушылықты болдырмайды.

NMC: Негізінен никельдің және әсіресе кобальттың құбылмалы бағасына байланысты қымбатырақ болады. Нақты шығын Ni:Mn:Co қатынасына байланысты.

[ESS үшін бөлектеу]:Энергияны сақтауды кең ауқымда орналастыру үшін үнемділік маңызды. LFP бастапқы құнының төмендігі және циклдің ұзағырақ қызмет ету мерзімі сақтаудың деңгейінің төмендеуіне (LCOS) ықпал етіп, оны көптеген BESS жобалары үшін экономикалық жағынан тартымды етеді.

Қуат мүмкіндігі (C-ставкасы)

LFP: зарядтау/разряд мөлшерлемесі ауқымына қолайлы жақсы қуат мүмкіндігін қамтамасыз ете алады. Әрқашан өте жоғары C жылдамдығына (>5C) арналмағанымен, LFP жүктемені теңестіру, ең жоғары қырыну және тіпті кейбір жиілікті реттеу үшін қажет әдеттегі BESS C жылдамдығы үшін (мысалы, 0,5С пен 2С) жақсы жұмыс істейді.

NMC: Жоғары никельді NMC кейде өте талап етілетін импульстік қолданбалар үшін біршама жоғары қуат мүмкіндігін ұсына алады, бірақ стандартты NMC әдеттегі BESS қуат талаптарында да жақсы жұмыс істейді.

[ESS үшін бөлектеу]:Екі химия да BESS қолданбаларының көпшілігінің қуат талаптарына жауап бере алады. Қажетті арнайы C жылдамдығы қолданбаға байланысты (мысалы, жиілікті реттеу ең жоғары қырынудан жоғары C жылдамдығын қажет етеді).

Температура өнімділігі

LFP: Әдетте NMC-мен салыстырғанда жоғары температураларда жақсырақ жұмыс істейді және термиялық тұрғыдан тұрақтырақ, бұл кейбір орталарда жылуды басқаруды жеңілдетеді. Дегенмен, LFP өнімділігі өте төмен температураларда NMC-ге қарағанда тезірек нашарлауы мүмкін.

NMC: LFP қарағанда өте төмен температурада жақсы өнімділікті ұсынады. Дегенмен, жоғары температурада термиялық қашу қаупі жоғарырақ, бұл берік салқындату жүйелерін қажет етеді.

[ESS үшін бөлектеу]:Қоршаған ортаның жұмыс температурасының диапазондары маңызды. Екі химия да оңтайлы өнімділік пен қызмет ету мерзімін сақтау үшін тиісті жылуды басқару жүйелерін (жылыту және салқындату) қажет етеді, бірақ арнайы талаптар әртүрлі болуы мүмкін.

LFP және NMC: энергияны сақтауға арналған салыстыру кестесі

Энергияны сақтауда қолданудың жарамдылығы

Сипаттамаларына сүйене отырып, LFP және NMC энергия сақтау нарығында өз тауашаларын табады:

Энергияны сақтаудағы LFP:

Тор масштабындағы сақтау: жоғары қауіпсіздікке, ұзақ цикл мерзіміне және төмен құнына байланысты басым таңдау, бұл оны жүктемені теңестіру, жаңартылатын энергияны біріктіру және қуаттылықты күшейту үшін өте қолайлы етеді.

Коммерциялық және өнеркәсіптік (C&I) BESS: ең жоғары қырыну, пайдалану уақытын оңтайландыру және қауіпсіздік пен қызмет ету мерзімі маңызды болатын резервтік қуат үшін танымал.
Тұрмыстық ESS: Қауіпсіздікке, ұзақ қызмет ету мерзіміне және жиі күн PV-мен жұптастырылған шығындарға байланысты үйдегі аккумуляторлық жүйелер үшін көбірек ұнайды.
UPS жүйелері: ұзақ қызмет ету мерзімі мен жеңіл салмақтың арқасында көптеген үздіксіз қуат беру қолданбаларында қорғасын қышқылын ауыстыру.

Энергияны сақтаудағы NMC:

LFP қазіргі уақытта арнайы стационарлық сақтауда жетекші болып тұрғанымен, NMC әлі де табылуы мүмкін, әсіресе энергия тығыздығы сәл жоғарырақ немесе оның төмен температуралық өнімділігі артықшылығы болып табылатын өте суық климатта жұмыс істейтін жүйелерде.

Өте жоғары қуат импульстерін қажет ететін кейбір арнайы қолданбалар NMC-ті де қарастыруы мүмкін, бірақ жоғары қуатты LFP нұсқалары жақсарып келеді.

NMC шығындары төмендеген сайын және қауіпсіздік/өмір сүру ұзақтығы жақсарған сайын, ол BESS-тің белгілі сегменттерінде біраз жерді қалпына келтіруі мүмкін екенін ескеру маңызды.

Қорытынды: ESS жобаңыз үшін дұрыс химияны таңдау

Энергияны сақтау саласында LFP және NMC батареяларының химиясы арасындағы таңдау қолданбаның нақты талаптарына негізделген әртүрлі факторларға басымдық берумен байланысты.

Қазіргі уақытта LFP стационарлық энергияны сақтау нарығында өзінің қауіпсіздігіне, ұзақ қызмет ету мерзіміне және үнемділігіне байланысты айтарлықтай артықшылыққа ие, бұл оны көптеген желілік масштабтағы, C&I және тұрғын үй BESS үшін таңдаулы етеді.

Энергия тығыздығы жоғары NMC кеңістік пен салмақ жоғары деңгейде болатын қолданбалар үшін маңызды болып қала береді, әсіресе электромобиль өнеркәсібінде, бірақ оның сипаттамалары да дамып келеді.

Көптеген энергия сақтау жобалары үшін LFP батареяларының сенімді қауіпсіздігі, ұзақ мерзімділігі және қолайлы үнемділігі оларды таңдаулы технологияға айналдырады. Дегенмен, жобаның ерекшеліктерін, соның ішінде талап етілетін қызмет ету мерзімін, жұмыс ортасын, қуат қажеттіліктерін және бюджетті мұқият қарастыру өте маңызды.

BSLBATT LFP көмегімен батарея қуатын сақтаудың озық шешімдерін ұсынады. Біздің тәжірибеміз энергияны сақтаудың бірегей қажеттіліктері үшін оңтайлы батарея химиясын және жүйе дизайнын алуға кепілдік береді.

LFP батарея шешімдерін зерттеңіз:www.bsl-battery.com/products/
Біздің BESS шешімдеріміз туралы біліңіз:www.bsl-battery.com/ci-ess/
Жобаңызды талқылау үшін бізге хабарласыңыз:www.bsl-battery.com/contact-us/

Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

1-сұрақ: Үйдегі энергияны сақтау үшін қай батарея қауіпсіз, LFP немесе NMC?

A: LFP батареялары, әсіресе, зақымдану немесе шамадан тыс зарядтау жағдайында, NMC-мен салыстырғанда, термиялық қашу қаупін азайтатын тұрақты химиялық құрылымына байланысты тұрғын үй және ауқымды сақтау үшін қауіпсіз деп саналады.

2-сұрақ: Неліктен LFP аккумуляторлары бүгінде желілік энергияны сақтауда жиі пайдаланылады?

A: LFP жоғары қауіпсіздіктің, өте ұзақ циклдің қызмет ету мерзімінің және төмен құнының үйлесімі оны күнделікті велосипедпен жүруді және ұзақ пайдалану мерзімін қажет ететін үлкен, тұрақты қолданбалар үшін жоғары үнемді және сенімді етеді.
3-сұрақ: LFP энергиясының төмен тығыздығы энергияны сақтау үшін маңызды ма?

A: Бұл LFP жүйелері баламалы NMC жүйелеріне қарағанда көлемді және ауыр дегенді білдірсе де, бұл кеңістік пен салмақ шектеулері электр көліктері сияқты мобильді қосымшалардағыдай қатаң емес стационарлық қондырғылар үшін жиі маңызды емес.

4-сұрақ: BESS жүйесіндегі LFP және NMC батареяларының қызмет ету ұзақтығының әдеттегі айырмашылығы қандай?

A: LFP батареялары, әдетте, ESS жүйесінде қолданылатын көптеген NMC батареяларымен салыстырғанда (құрамы мен қолданылуына байланысты 1000-нан 4000 циклге дейін немесе 5-10 жылға дейін болуы мүмкін) салыстырғанда айтарлықтай ұзағырақ жұмыс істеу мерзімін (жиі 6000+ цикл немесе 10+ жыл) ұсынады. Күнтізбелік өмір де рөл атқарады.

5-сұрақ: NMC батареяларының құны төмендеп жатыр ма?

Ж: Иә, NMC қоса алғанда, батарея құны төмендейді. Дегенмен, LFP, әдетте, ішінара материалдық шығындарға (LFP-де кобальт жоқ) және кейбір жағдайларда жеңілдетілген өндіріске байланысты шығындардың артықшылығын сақтайды.