Dovolj časa sem preživel okoli omrežnih baterijskih sistemov, da vem eno stvar: večina ljudi domneva, da razumejo shranjevanje energije v bateriji samo zato, ker so opazovali, kako njihov telefon v desetih minutah pade s 40 % na 1 %. Utility{3}}sistemi so popolnoma drugačna zver-večja, bolj vroča, težja, glasnejša in veliko manj prizanesljiva. In za razliko od telefona jih ne morete kar izklopiti in upati, da bo težava izginila.
Kaj se pravzaprav dogaja znotraj kemije
Baterija je v bistvu niz kemičnih pogajanj med ioni, ki bi res raje bili kje drugje. Ko ga napolnite, te ione potisnete v neprijeten, visoko{1}}energijski položaj. Med praznjenjem zdrsnejo nazaj tja, kjer so »raje«, in ob tem sproščajo elektrone.
To je osnovna slika,-toda omrežni baterijski sistemi za shranjevanje energije ne upoštevajo osnovnih razlag. Kemija je pomembna na moteče, praktične načine. Litij-ion-zlasti LFP (litijev železov fosfat) in NMC (nikelj mangan kobalt)-pred leti nista zmagala zato, ker sta bila popolna, temveč zato, ker nič drugega ni moglo doseči iste kombinacije:
razumni stroški
sprejemljiva degradacija
sprejemljivo tveganje
visoka-zadostna gostota energije
Vsakič, ko nekdo poskuša to preveč poenostaviti, pomislim na to, da sem prvič razstavil pokvarjeno LFP stojalo. Tudi po tisočih ciklih posamezne celice niso bile "mrtve"; bili so bolj kot utrujeni zaposleni, ki opravljajo najmanjši minimum. To je degradacija na kratko.
Del, ki ga nihče ne navdušuje: pretvorba električne energije
Če ste kdaj stali v sobi z razsmernikom za 50 MW baterijsko mesto, poznate brnenje, o katerem govorim-globoko, enakomerno in rahlo moteče. Sistem za pretvorbo električne energije (PCS) je tisto, kar pretvori enosmerni tok, shranjen v baterijskih stojalih, v izmenični tok, ki ga omrežje dejansko lahko uporablja. To je tudi kraj, kjer 10–15 % vaše energije tiho izgine v toploto, stikalne izgube in neučinkovitosti, ki jih marketinške brošure ponavadi zamolčijo.
Usklajevanje s frekvenco omrežja 50/60 Hz, upravljanje jalove moči, preklapljanje med načini delovanja-to je koordinacijski ples, ki se odvija vsako sekundo. Vsakdo, ki pravi, da je "to je samo pretvornik", verjetno še ni moral odpravljati težave z njim ob 3. uri zjutraj med dogodkom v omrežju.
Zakaj litij-ioni še vedno prevladujejo
Ljudje radi fantazirajo o eksotičnih kemijah-vanadijevem toku, cinku-bromu, natriju, katerem koli sporočilu za javnost, ki je ta teden priljubljeno. Ti bodo imeli svoje mesto. Toda današnji trg za shranjevanje energije v baterijah deluje na LFP iz enega zelo dolgočasnega razloga: je dovolj varen in dovolj poceni za pošiljanje v zabojniku, ne da bi vaša zavarovalnica povzročila srčni napad.
NMC ima svoje prednosti (predvsem energijska gostota), vendar za stacionarne sisteme gostota ni glavna-predvidljivo vedenje v pogojih okvare. Nihče si ne želi toplotnega incidenta, ki se spremeni v-tedensko novico.
In ja, volatilnost ponudbe litija je resnična. Da, geopolitika je pomembna. Toda inženirji načrtujejo s tem, kar je na voljo zdaj, in ne s tistim, kar bi lahko postalo dostopno leta 2032.
Temperatura: povzroča-težave
Če želite razumeti zasnovo-uporabne baterije, upoštevajte hladilni sistem. Baterije ne marajo biti vroče. Tudi mraza ne marajo. In popolnoma sovražijo temperaturne gradiente v omari.
Med enim poletnim preizkusom na jugozahodu smo ugotovili, da je hladilni sistem porabil več kot 5 % skupne moči-samo za boj proti vročini okolice, preden so baterije sploh začele dovajati energijo. Aktivno tekočinsko hlajenje, prisilno-zračno hlajenje, fazno-menjalni materialni blažilniki … vsaka metoda je v bistvu priznanje, da je kemija briljantna, a temperamentna.
Vključitev akumulatorja v omrežje ni tako preprosta kot priključitev razdelilnika
Integracija omrežja je v večini člankov zamolčana, vendar je to del, kjer projekti uspejo ali umrejo. Frekvenčni odziv, regulacija napetosti, koordinacija EMS/BMS-vse se dogaja neprestano, z milisekundami za odziv in zelo malo prostora za napake.
Baterije se lahko dvignejo od nič do polne moči hitreje kot katera koli plinska moč. Zato jih imajo operaterji radi. Toda ta hitrost pomeni, da morajo vaši nadzorni algoritmi predvideti vedenje, ne le reagirati. Nekateri sistemi zdaj uporabljajo strojno učenje za napovedovanje neravnovesij v omrežju-čeprav sem videl več kot enega operaterja, ki je tiho priznal, da imajo zaradi predvidljivosti še vedno raje dobro staro zanko PID.
Kam bi lahko stvari dejansko šle
Ljudje kar naprej govorijo, da bodo polprevodniške-baterije »čez pet let«. To poslušam že od leta 2014 in tukaj smo. Velika znanost, težka proizvodnja.
Kar se zdi bolj realno, je postopno izboljšanje:
nekoliko daljša življenjska doba cikla
nekoliko cenejše dobavne verige
nekoliko varnejše kemije
nekoliko boljše upravljanje toplote
Nič dramatičnega, a dovolj za podaljšanje trajanja praznjenja z 2–4 ur na 6–10 ur. Takrat shranjevanje energije iz baterije preneha biti dodatek k omrežju in postane-stalna zamenjava za nekatere-sisteme, ki temeljijo na fosilih.
Obstajajo pa še druge{0}}življenjske baterije za električna vozila,-ki si zaslužijo pozornost. Embalaža z 80-odstotno kapaciteto je zanič za avto, a povsem sprejemljiva za stacionarno shranjevanje. Sam sem jih nekaj preizkusil. So neurejeni, nedosledni, a presenetljivo delujoči, če so integrirani s pravimi kontrolniki.
Resnični izzivi
1. Modeliranje degradacije je še vedno ugibanje.
Ni popolno ugibanje, a včasih dovolj blizu. Temperatura, krožni vzorec, globina praznjenja, koledarsko staranje-vzajemno delujejo na načine, ki jih nobena preprosta enačba ne zajame.
2. Infrastruktura za recikliranje še zdaleč ni pripravljena.
Vsako leto nameščamo gigavatnih-ur litijevih sistemov brez jasnega načrta za val baterij, ki se jim--izteče, čez 10–15 let.
3. Programska oprema je postala tako pomembna kot strojna oprema.
Logika BMS, algoritmi za napovedovanje, strategije za uravnoteženje celic-polovica vrednosti sodobnega sistema za shranjevanje baterij živi v programski opremi. In programska oprema se stara hitreje kot strojna oprema.
Končne misli
Shranjevanje energije v baterijah ni čarobno in ni preprosto. Osnovna načela so danes enaka kot pred desetletji. Kar se je spremenilo, je naša pripravljenost zgraditi večje sisteme, jih globoko integrirati v omrežje in zgraditi podporno infrastrukturo okoli njih. Kemija ni preboj-kot inženirska disciplina okoli nje.
Če ste se kdaj sprehodili skozi mesto za shranjevanje baterij, ki brni pri polni obremenitvi, s pihanjem hladilnih ventilatorjev in pretvorniki, ki utripajo kot srčni utrip, veste: ta tehnologija je zdaj praktična. Nepopolno, a zelo resnično.