Акумулятарныя сістэмы захоўвання энергііпрацуюць шляхам пераўтварэння электрычнасці ў хімічны патэнцыял і зваротнага працэсу па патрабаванні з дапамогай скаардынаваных зборак літый-іённых элементаў, абсталявання для пераўтварэння магутнасці, абсталявання для тэрмарэгулявання і праграмнага забеспячэння для кантролю - кампанентаў, якія павінны працаваць у межах значна больш жорсткіх дапушчальных адхіленняў, чым калі-небудзь прапанавана ў глянцавых аб'явах аб праекце. Сапраўдная задача заключаецца не ў стварэнні адзінага функцыянальнага блока, а ў арганізацыі тысяч асобных ячэек, каб яны вялі сябе як адна кагерэнтная сістэма, адначасова кіруючы рэжымамі адмоваў, якія назапашваюцца шматразова ў кожнай стойцы, кожным модулі, кожным зварным злучэнні. Гэтыя ўстаноўкі замацоўваюць стабільнасць электрасеткі на трох кантынентах не таму, што тэхніка простая - гэта насамрэч не -, а таму, што перарывістыя аднаўляльныя крыніцы энергіі патрабуюць чагосьці, што можа паглынаць лішкі генерацыі ў 14:00 і вяртаць іх назад у 7:00, калі сонечная магутнасць падае і ўсе адначасова ўключаюць кандыцыянер.
Праблему балансавання клетак ніхто належным чынам не тлумачыць
Вось што вам не скажуць у спецыфікацыях: неадпаведнасць стану зарада ўсяго на 10 % у шэрагу-злучаных ячэек можа заблакіраваць 20 % ёмістасці, указанай на таблічцы. Дваццаць працэнтаў. Пры ўсталёўцы на 100 МВт-гадз гэта 20 МВт-гадз, за якія вы заплацілі, але не можаце атрымаць доступ.
Фізіка няўмольная. Калі ячэйкі ў радку дасягаюць розных узроўняў зарада -, а яны заўсёды дасягаюць, у рэшце рэшт - самая слабая ячэйка дыктуе паводзіны сістэмы. Падчас разраду гэтая слабая клетка першай дасягае свайго напружання адсечкі і разрывае ўсю ланцужок. Падчас зарадкі самая моцная ячэйка насычаецца першай і прымушае адключацца, а яе суседзі застаюцца напаў-пустымі. Ваша акумулятарная сістэма захоўвання энергіі становіцца закладнікам свайго кампанента з найгоршай-прадукцыйнасцю.
Хімія LFP пагаршае сітуацыю такім чынам, што застае людзей знянацку. Крывая напружання амаль ідэальна плоская паміж станам зарада ад 20% да 80%. Розніца ў 40 мілівольт на клемах -, што менш, чым шум у некаторых вымяральных сістэмах -, можа схаваць разрыў паміж 96% і 38% фактычнай магутнасці. Традыцыйныя алгарытмы балансавання-напружання разглядаюць гэтую плоскую лінію і, па сутнасці, адмаўляюцца. Яны могуць працаваць толькі ў вобласці каленяў на самым версе і ўнізе крывой зарада, дзе напружанне фактычна рэагуе на змены стану зарада.
У 2022 годзе я правёў тры тыдні, дапамагаючы камандзе па ўводу ў эксплуатацыю вырашыць праблему фантомнай магутнасці па праекце магутнасцю 50 МВт у Тэхасе. Сістэмы акумулятарнага захоўвання энергіі прайшлі ўсе электрычныя выпрабаванні. Клеткі паасобку выглядалі нармальна. Аказалася, што шэсць модуляў, схаваных у трэцяй стойцы, перайшлі ў хранічны дысбаланс, які BMS не магла заўважыць, таму што ніхто не давёў сістэму да поўнай зарадкі падчас запісу. Плоская вобласць напружання маскіравала ўсё, пакуль мы не правялі належны тэст на ёмістасць і не атрымалі 8% менш за таблічку.
Што BMS на самай справе робіць (і не робіць)
Сістэмы кіравання батарэямі прадаюцца як усёведныя ахоўнікі. У рэчаіснасці яны кантралююць абсталяванне са значнымі сляпымі зонамі.
BMS вымярае напружанне на клемах, ток і тэмпературу ў розных кропках. На падставе іх ён ацэньвае стан зарада, звычайна выкарыстоўваючы некаторую камбінацыю падліку кулонаў і табліц пошуку напружання. Дакладнасць цалкам залежыць ад таго, наколькі добра гэтыя табліцы пошуку супадаюць з вашымі рэальнымі ячэйкамі ў вашых рэальных умовах працы - кваліфікацыя, якая руйнуецца хутчэй, чым прызнаюць пастаўшчыкі.
Кулонаўскі падлік назапашвае невялікія памылкі з кожным цыклам. Хуткасць сама-разраду вар'іруецца ў залежнасці ад ячэйкі ў залежнасці ад гісторыі тэмпературы, узросту і партыі вытворчасці. Без перыядычных падзей паўторнай каліброўкі, якія прыводзяць пакет да вядомай кропкі адліку, ацэнка вашага стану зарада змяняецца. Я бачыў сістэмы, дзе паказаны SOC адрозніваўся ад рэальнасці на пятнаццаць працэнтных пунктаў за восем месяцаў працы, таму што сайт ніколі не выконваў поўны цыкл зарадкі. Алгарытм проста працягваў аб'ядноўваць бягучыя вымярэнні з эталонам, які больш не існаваў.
Функцыі абароны працуюць лепш. Перанапружанне і паніжэнне напружання, ліміты перагрузкі па току, парогі цеплавога адключэння - гэта жорсткія межы, якія спрацоўваюць, калі вымярэнні перавышаюць зададзеныя значэнні. Просты. Надзейны. Таксама некалькі груба, таму што да таго часу, калі вы дасягаеце лімітаў абароны, вы ўжо нагрузілі свае клеткі за межы ідэальных працоўных дыяпазонаў.
Рэчаіснасць цеплавога ўцёкаў
Кожны літый-іённы элемент утрымлівае дастаткова назапашанай энергіі, каб выклікаць праблемы, калі гэтая энергія бескантрольна вылучаецца. Цеплавы ўцёкі адбываецца, калі ўнутранае награванне перавышае здольнасць клеткі рассейваць цяпло, выклікаючы экзатэрмічныя рэакцыі, якія выпрацоўваюць больш цяпла, што выклікае больш рэакцый, у выніку чаго ўтвараюцца гаручыя газы, якія могуць загарэцца або выбухнуць у залежнасці ад умоў утрымання.
Інцыдэнт у Арызоне ў 2019 годзе змяніў адносіны галіны да гэтай рызыкі. Пажарныя адрэагавалі на пажар BESS, падышлі да кантэйнера, не заўважыўшы бачнага полымя, адчынілі дзверы, каб ацаніць умовы - і назапашанае воблака вадароду-багатага адыходзячага газу знайшло крыніцу ўзгарання. Выбух шпіталізаваў чатырох ратавальнікаў.
У Паўднёвай Карэі ў перыяд з 2017 па 2019 год адбылося 23 асобныя пажары BESS. Урад адключыў аператыўныя сістэмы па ўсёй краіне, пакуль следчыя працавалі над рэжымамі збою. Рушылі ўслед змены ў дызайне. Новыя ўстаноўкі адпавядалі іншым правілам. А потым яшчэ пажары здараліся.
Хімічны склад LFP зніжае верагоднасць цеплавога ўцёкаў у параўнанні з NMC. Крышталічная структура алівіну больш тэрмічнаму ўстойлівая. Згодна з галіновым аналізам, у перыяд з 2018 па 2023 г. колькасць збояў на гігават-гадзіну разгорнутай сеткі скарацілася на 97%. Але «зніжаная верагоднасць» не азначае «выключаны рызыка». Сістэмы LFP усё яшчэ загарэліся. Тры інцыдэнты за апошнія дванаццаць месяцаў былі звязаны з хімічнымі рэчывамі, якія ў маркетынгавых матэрыялах раней апісваліся як "па сваёй сутнасці бяспечныя".
Сумленная ацэнка: уцяканне цеплавой энергіі з'яўляецца ўнутранай небяспекай захоўвання-іёнаў літыя ў маштабах. Змякчэнне дызайну дапамагае. Інтэрвал дапамагае. Дапамагаюць сістэмы падаўлення. Дапамагаюць сістэмы выяўлення. Нішто не выключае магчымасць цалкам. Той, хто кажа вам адваротнае, нешта прадае.
Чаму ваш графік уводу ў эксплуатацыю саслізне
Пяцьдзесят-дзевяць працэнтаў збояў BESS адбываюцца на працягу першых двух гадоў працы, пераважна з-за балансу--сістэмных праблем, узніклых падчас уводу ў эксплуатацыю. Статыстыка павінна напалохаць распрацоўшчыкаў праектаў, але чамусьці не здаецца.
Увод у эксплуатацыю ўстаноўкі батарэйных сістэм захоўвання энергіі прадугледжвае аб'яднанне абсталявання ад некалькіх пастаўшчыкоў - пастаўшчыкоў акумулятараў, вытворцаў інвертараў, інтэгратараў сродкаў кіравання, падрадчыкаў HVAC, спецыялістаў па пажаратушэнні - кожны працуе ў адпаведнасці са сваёй сферай працы, уласнымі пратаколамі тэсціравання, сваім уласным вызначэннем "поўнага". Парушэнні каардынацыі з'яўляюцца вынікам па змаўчанні пры адсутнасці агрэсіўнага кіравання.
Я назіраў, як праект магутнасцю 40 МВт у Каліфорніі прастойваў тры месяцы, таму што зацвярджэнне ўзаемасувязі было атрымана яшчэ да таго, як пастаўшчык акумулятараў скончыў увод у эксплуатацыю прашыўкі BMS. Падчас чакання клеткі пачалі губляць зарад. Камусьці ў рэшце рэшт прыйшлося арандаваць дызель-генератары для падзарадкі акумулятараў, якія існавалі спецыяльна для захоўвання аднаўляльнай энергіі. Іронія не абмінула ніводнага ўдзельніка.
Сама па сабе інтэграцыя камунікацый можа заняць некалькі тыдняў ліквідацыі непаладак. Сістэма кіравання энергіяй павінна размаўляць з BMS. BMS павінна даць справаздачу SCADA. Сістэме пераўтварэння энергіі патрэбныя каманды ад кантролера завода. Кожны інтэрфейс выкарыстоўвае пратаколы, якія тэарэтычна адпавядаюць стандартам, але практычна патрабуюць індывідуальнай канфігурацыі, таму што няма двух пастаўшчыкоў, якія аднолькава інтэрпрэтуюць гэтыя стандарты.
Затым ідзе праверка цеплавой сістэмы. Сістэмы назапашвання энергіі ад акумулятараў, якія выдатна прайшлі выпрабаванні на-заводах з кантраляваным кліматам, паводзяць сябе па-іншаму, калі яны ўсталяваны па-за памяшканнямі ў асяроддзі з фактычнымі зменамі тэмпературы. Магутнасць астуджэння разлічана на падставе найгоршых-дапушчэнняў. Рэальныя-цеплавыя нагрузкі залежаць ад цыклічных мадэляў, якія не існуюць, пакуль сістэма не ўступіць у камерцыйную эксплуатацыю. Разрыў паміж умовамі распрацоўкі і ўмовамі эксплуатацыі становіцца бачным толькі пасля таго, як вы пройдзеце кропку, калі змяніць лёгка.
EMS - гэта месца, дзе эканоміка сустракаецца з электрахіміяй
У маштабе сеткі сістэма кіравання энергіяй вызначае, зарабляе ўстаноўка грошы ці знішчае яе.
EMS каардынуе каманды зарада і разраду на аснове ўмоў сеткі, рынкавых сігналаў, прагнозаў вытворчасці аднаўляльнай энергіі і абмежаванняў стану батарэі. Ён вырашае, калі купляць электраэнергію з сеткі па нізкіх коштах і калі прадаваць назапашаную энергію ў перыяд пікавага попыту. Ён аптымізуе некалькі патокаў даходу адначасова - энергетычны арбітраж, рэгуляванне частоты, плацяжы за магутнасць, рэзерв кручэння - кожны з рознымі патрабаваннямі да часу водгуку і розным уздзеяннем на знос батарэі.
Гэта гучыць як праблема праграмнага забеспячэння. Гэта таксама прынцыпова праблема электрахіміі.
Кожны цыкл зарадкі-разрадкі пагаршае клеткі. Хуткасць дэградацыі залежыць ад тэмпературы, глыбіні разраду, хуткасці зарада і часу знаходжання пры павышаным стане зарада. Агрэсіўная гандлёвая стратэгія, якая атрымлівае максімальны кароткатэрміновы-даход, можа лёгка знішчыць доўгатэрміновую-каштоўнасць актываў, паскараючы змяншэнне магутнасці. Кансерватыўная стратэгія, якая захоўвае акумулятарныя сістэмы захоўвання энергіі, можа быць неэфектыўнай з эканамічнага пункту гледжання, таму што пакідае грошы на стале.
Разлік аптымізацыі змяняецца ў залежнасці ад умоў гарантыі. Большасць гарантый BESS абмяжоўвае агульную прапускную здольнасць энергіі ў залежнасці ад колькасці цыклаў і каляндарнага часу. Праца за межамі прапускной здольнасці анулюе пакрыццё. Добрая праца ў межах абмежаванняў азначае, што вы купілі больш батарэі, чым выкарыстоўваеце. Выгода залежыць ад спецыфікі дагавора, якая адрозніваецца ў залежнасці ад установак, пастаўшчыкоў гарантый і дагаворных умоў.
Атрыманне гэтай памылкі каштуе рэальных грошай. Адзін аналіз паказаў, што плоскія крывыя напружання ў сістэмах LFP могуць схаваць праблемы з дысбалансам, якія бясшумна вычэрпваюць 250 000 долараў штогод на страту прадукцыйнасці - на адным праекце.
Кампраміс LFP супраць NMC кожны празмерна спрашчае
Прамысловы дыскурс, як правіла, афармляе гэта як LFP для стацыянарнага захоўвання, NMC для электрамабіляў. Рэальнасць больш брудная.
LFP прапануе больш цыклаў. Тэставанне ў нацыянальных лабараторыях Sandia паказала, што клеткі LFP дэградуюць прыкладна ўдвая хутчэй, чым эквіваленты NMC пры аднолькавых умовах цыклу. Стабільная структура алівіну спраўляецца з інтэркаляцыяй літыя з мінімальным напружаннем катода. Ацэнкі тэрміну службы цыкла вар'іруюцца ад 3000 да 6000 поўных{7}}-цыклаў разраду да дасягнення 80% захавання ёмістасці, пры гэтым некаторыя сістэмы заяўляюць пра 10000+ частковых цыклаў.
NMC прапануе больш высокую шчыльнасць энергіі. Вы можаце змясціць больш кілават-гадзін у менш месца і вагі. Для мабільных прыкладанняў гэта вельмі важна. Для стацыянарнага захоўвання, дзе плошча не з'яўляецца асноўным абмежаваннем, перавага памяншаецца.
Каляндарнае старэнне ўплывае на абедзве хіміі. Батарэі з цягам часу пагаршаюцца, незалежна ад таго, пераключаеце вы іх. Высокія тэмпературы паскараюць каляндарнае старэнне. Высокі ўзровень зарада паскарае старэнне календара. Механізмы дэградацыі адрозніваюцца паміж хімічнымі рэчывамі, але вынік збліжаецца: страта ёмістасці адбываецца незалежна ад таго, працуе батарэя інтэнсіўна або прастойвае.
Перавага цеплавой бяспекі LFP рэальная, але завышаная. Больш нізкая шчыльнасць энергіі азначае меншую агульную энергію, якую можна вылучыць падчас збояў. Сама хімія больш тэрмічнаму ўстойлівая. Але «бяспечней» не значыць «бяспечней». Дызайн ўстаноўкі ўсё яшчэ мае значэнне. Кіраванне тэмпературай усё яшчэ мае значэнне. Выяўленне і падаўленне ўсё яшчэ маюць значэнне.
Тое, што згадваецца рэдка: плоская крывая напружання LFP стварае праблемы з кіраваннем батарэяй, якіх не існуе з NMC. BMS не можа выкарыстоўваць напружанне для ацэнкі стану зарада ў большай частцы працоўнага дыяпазону. Алгарытмы балансавання, якія нармальна працуюць для NMC, змагаюцца з LFP. Тая ж характарыстыка, якая паляпшае жыццё цыкла, ускладняе ацэнку стану.
Тэст прыёмкі сайта ловіць менш, чым трэба
Завадскія прыёмачныя выпрабаванні пацвярджаюць, што абсталяванне працуе ў кантраляваных умовах перад адпраўкай. Прыёмачныя выпрабаванні пацвярджаюць, што абсталяванне пасля ўстаноўкі працуе ў рэальных умовах эксплуатацыі. Абодва неабходныя. Ні таго, ні іншага недастаткова.
Разрыў паміж завяршэннем FAT і SAT - гэта тое, дзе існуюць праблемы. Абсталяванне, якое прайшло завадскія выпрабаванні, можа не вытрымаць выпрабаванняў на месцы, таму што транспарціроўка пашкодзіла адчувальныя кампаненты. Памылкі пры ўсталёўцы могуць паставіць пад пагрозу сістэмы, якія бездакорна функцыянавалі на момант выхаду з завода. Праблемы з інтэрфейсам паміж асобна-праверанымі падсістэмамі становяцца бачнымі толькі тады, калі ўсё злучаецца разам у першы раз.
Нават дбайныя праграмы SAT маюць абмежаванні па ахопе. Вы не можаце праверыць дваццаці-гадовую надзейнасць за два-тыднёвае акно ўводу ў эксплуатацыю. Вы не можаце мадэляваць усе ўмовы сеткі, з якімі сутыкнецца сістэма на працягу ўсяго тэрміну службы. Вы можаце пераканацца, што ўсё працуе, як задумана, ва ўмовах тэставання. Вы не можаце пераканацца, што дызайн адпавядае ўсім магчымым умовам.
Увядзенне ў эксплуатацыю-на аснове аналітыкі набірае абароты менавіта таму, што традыцыйнае тэсціраванне нешта прапускае. Статыстычны аналіз папуляцый клетак можа вызначыць выкіды, якія праходзяць электрычныя выпрабаванні, але дэманструюць мадэлі паводзін, звязаныя з ранняй адмовай. Цеплавізар падчас язды на ровары можа выявіць недахопы астуджэння да таго, як яны пашкодзяць. Прагнастычныя алгарытмы, навучаныя на дадзеных аўтапарка, могуць пазначаць анамаліі, якія інжынеры сайта не прызнаюць істотнымі.
Прамысловасць вучыцца. 37% праектаў BESS у Вялікабрытаніі не выконваюць тэрміны ўводу ў эксплуатацыю - некаторыя амаль на год. Праекты ERCOT затрымліваюцца ў сярэднім ад шасці да дзевяці месяцаў. Кожны прапушчаны месяц азначае страчаны даход і назапашаны рызыка.
Тое, што на самой справе пастаўляецца, у параўнанні з тым, што паведамляецца ў прэс-рэлізах
Прэзентацыі на канферэнцыі дэманструюць сістэмы магутнасцю 1,6 тэрават-гадзіны з экзатычнай хіміяй клетак і -аптымізаваным кіраваннем штучным інтэлектам. У рэальным разгортванні дамінуюць кантэйнерныя літый-іённыя блокі з выкарыстаннем устаноўленых ланцугоў паставак і правераных мадэляў інтэграцыі.
Разрыў складае каля пяці гадоў. Тэхналогіі, якія сёння дэманструюцца ў лабараторыях і пілотных праектах, могуць дасягнуць камерцыйнага разгортвання прыкладна ў 2030 г. пры ўмове, што маштабы вытворчасці, зніжэнне выдаткаў і назапашванне даных аб надзейнасці. Гэты графік прадугледжвае адсутнасць сур'ёзных няўдач у выніку пажараў, збояў у ланцугу паставак або збояў у прадукцыйнасці, якія аднаўляюць упэўненасць галіны.
Ад першых дэманстрацый да значных аб'ёмаў вытворчасці аптычных модуляў 800G спатрэбілася дзесяць гадоў. Тая ж мадэль дзейнічае для большасці складаных апаратных сістэм. Перадавыя-даследаванні становяцца сумнымі, вытворчасць становіцца надзейнай тэхналогіяй. Кожны пераход патрабуе рашэння розных задач.
Сістэмы акумулятарнага захоўвання энергіі, якія вы разгорнеце ў наступным квартале, верагодна, былі распрацаваны чатыры гады таму з выкарыстаннем тэхналогіі клетак, кваліфікаванай за два гады да гэтага, вырабленыя на вытворчых лініях, правераных яшчэ раней. Сістэма, якую вашыя дзеці разгарнуць у 2035 годзе, распрацоўваецца зараз з выкарыстаннем даследаванняў, апублікаваных за апошнія некалькі гадоў.
Гэта не песімізм. Гэта вытворчая рэальнасць. Разуменне гэтага дапамагае адкалібраваць чаканні адносна таго, што на самой справе даступна, у параўнанні з тым, што тэарэтычна магчыма.
Прамысловасць расце. Памнажаецца-ўстаноўка ў маштабе сеткі. Крывыя навучання зніжаюць выдаткі. Але фізіка не змянілася. Інжынерныя праблемы не зніклі. Кампрамісы паміж прадукцыйнасцю, коштам, бяспекай і даўгавечнасцю ўпарта застаюцца рэальнымі.
Кожны праект Battery Energy Storage Systems, які паспяхова працуе, уносіць свой уклад у калектыўнае навучанне. Кожная няўдача дае дадзеныя, якія паляпшаюць будучыя праекты. Тэхналогія працуе. Прымусіць яго надзейна працаваць у вялікіх маштабах, год за годам, на тысячах установак, у зменлівых умовах, застаючыся пры гэтым эканамічна жыццяздольным - гэта пастаянная інжынерная задача, якая не ўпісваецца ў прэс-рэліз.