Тэрмакіраванне ўакумулятарныя акумулятарныя сістэмы -назапашвання энергіі на адкрытым паветрыуяўляе сабой адну з тых інжынерных дысцыплін, дзе разрыў паміж тэорыяй падручнікаў і палявой рэальнасцю досыць вялікі, каб праглынуць цэлыя бюджэты праекта. Электрахімічныя паводзіны літый-жалеза-фасфатных элементаў-цяпер дамінуючая хімія ў стацыянарных назапашвальніках-рэгулююцца тэмпературнымі залежнасцямі, якія большасць каманд па закупках разглядаюць як зноскі, а не як асноўныя абмежаванні праектавання. Працоўныя канверты ад 15 градусаў да 35 градусаў гучаць шчодра на паперы, пакуль вы не ўвядзеце ў эксплуатацыю шафу магутнасцю 215 кВт/гадз у Феніксе ў ліпені, назіраючы, як BMS зніжае магутнасць вашага бліскучага новага актыву да 40 % магутнасці, таму што нехта занізіў магутнасць сістэмы HVAC на 2 кВт.
Праблему тэмпературы ніхто не хоча абмяркоўваць
Вось нязручная праўда, якую прамысловасць замоўчвае: акумулятары LFP не клапоцяцца пра вашыя прагнозы даходаў. Яны клапоцяцца аб знаходжанні паміж 20 градусаў і 30 градусаў. Выйдзіце за межы гэтай паласы, і вы пачнеце плаціць складаныя працэнты за дэградацыю.
Лічбы брутальныя. На кожныя 10 градусаў вышэй за 25 градусаў жыццё цыкла скарачаецца прыкладна ўдвая. Кабінет, які стабільна працуе пры тэмпературы 45 градусаў -што здараецца часцей, чым хто-небудзь прызнае ва ўстаноўках у пустыні-дасягне парогаў зніжэння магутнасці праз тры гады замест васьмі. Гэта не памылка акруглення. Гэта шматжыльны актыў.
І гэта становіцца горш у экстрэмуме. Хімічны склад LFP пачынае дэманстраваць прыкметна павялічанае ўнутранае супраціўленне ніжэй за 0 градусаў, што азначае, што крывыя зімовага ранішняга разраду зусім не падобныя на крывыя летняга дня. Зарадка пры тэмпературы ніжэй за замярзанне пагражае літыевым пакрыццём на анодзе-пастаянным, незваротным пашкоджаннем, якое немагчыма выправіць ніякім аднаўленнем. BMS павінна прадухіляць гэта, але я бачыў прылады, якія пастаўляліся з нізкай-тэмпературнай адсечкай, устаноўленай на -10 градусаў, калі ў табліцы дадзеных вытворцы клеткі дакладна паказана 0 градусаў. Да трэцяй зімы ніхто не лавіў.
Паветранае астуджэнне: па змаўчанні, якое не павінна быць па змаўчанні
Большасць шафавых сістэм C&I пастаўляецца з прымусовым-рэгуляваннем тэмпературы паветра, таму што гэта танна. Камплектаваны кандыцыянер магутнасцю ад 3 да 5 кВт, прыкручаны да даху шафы, некалькі паветраводаў, магчыма, фільтр, які ніхто ніколі не будзе мяняць-. Агульны кошт BOM для сістэмы ацяплення, вентыляцыі і кандыцыяніравання: магчыма, 2500 долараў.
Кандыцыянер знаходзіцца зверху з практычных меркаванняў. Цяпло павышаецца, таму вы змагаецеся з тэрмадынамікай, калі спрабуеце астудзіць знізу. Што яшчэ больш важна, доступ да фільтраў і порты для абслугоўвання хладагента павінны быць даступныя для тэхнікаў, якія аддаюць перавагу не займацца дэфармацыяй. Аднойчы я наведаў сайт, дзе кандыцыянер быў усталяваны на ўзроўні каленяў на задняй панэлі. Тэхнік абслугоўвання паказаў мне свае рахункі-фактуры - на 30% вышэйшая аплата працы за кожны званок з-за цяжкасці доступу.
Працуе паветранае астуджэнне. Справа не ў гэтым. Праблема ў тым, што ён працуе, пакуль не працуе, і калі ён выходзіць з ладу, ён выходзіць з ладу спосабамі, якія каскадна пераходзяць у вашу аперацыйную эканоміку.
Градыенты тэмператур - гэта схаваны забойца. У звычайнай шафе з паветраным-астуджэннем вы ўбачыце дэльту ад 8 градусаў да 12 градусаў паміж батарэйнымі модулямі з-баку ўваходу і модулямі з-выцяжнога боку. Ячэйкі каля ўваходу ў пераменны ток могуць мець камфортную тэмпературу 22 градусы, у той час як тыя, што знаходзяцца на далёкім канцы шляху паветранага патоку, награваюцца пры 34 градусах. Той жа кабінет, той жа момант часу, кардынальна розныя тэмпы старэння. Праз пяць гадоў у вас ёсць некаторыя модулі з 85% SOH, а іншыя - з 65% SOH. Поспехаў у тлумачэнні гэтага вашай камандзе па эксплуатацыі і тэхнічным абслугоўванні, калі пагаршаныя модулі пачнуць абмяжоўваць прапускную здольнасць усёй-сістэмы.
Дадзеныя NREL аб гэтым даволі асуджальныя. Літый-іённыя элементы, якія працуюць пры 30 градусах, губляюць каля 20% свайго тэрміну службы ў параўнанні з элементамі, якія захоўваюцца пры 20 градусах. Пры тэмпературы 40 градусаў працягласць жыцця скарачаецца на 40%. Пры тэмпературы 45 градусаў, -што цалкам дасягальна ў дрэнна спраектаванай шафе-з паветраным астуджэннем падчас піку летняга дня-цыкла галення-вы скарацілі тэрмін службы батарэі ўдвая. Гэта не тэарэтычныя лічбы. Яны атрыманы з даследаванняў паскоранага старэння і пацверджаны палявымі дадзенымі.
Вадкаснае астуджэнне: лепшая прадукцыйнасць, розныя галаўныя болі
Пераход індустрыі на шафавыя-сістэмы з вадкасным астуджэннем быў хуткім і ў значнай ступені апраўданым. Сумесі вады-гліколю, якія праходзяць праз халодныя пласціны, прымацаваныя да акумулятарных модуляў, могуць дасягнуць аднастайнасці тэмпературы ў дыяпазоне ад ±2 градусаў да ±3 градусаў па ўсёй батарэі. Гэта пераўтваральнае паляпшэнне ў параўнанні з паветраным астуджэннем ад ±6 да ±8 градусаў (і часта горш).
Фізіка простая: удзельная цеплаёмістасць вады прыкладна ў чатыры разы большая, чым паветра. Вы можаце перанесці тую ж колькасць цеплавой энергіі з значна меншым масавым патокам. Халодныя пласціны непасрэдна ўзаемадзейнічаюць з паверхнямі модуляў, ухіляючы страты ў канвектыўным памежным слоі, якія абмяжоўваюць канструкцыі з паветраным-астуджэннем. Усё, што тычыцца вадкаснага астуджэння, тэрмадынамічна лепшае.
Дык чаму не ва ўсіх шафах астуджаецца вадкасць-?
Кошт, відавочна. Сістэма вадкаснага тэрмарэгулявання-халадзільны блок, помпы, халодныя пліты, сантэхніка, гліколевае запаўненне, пашыральны бак, выяўленне ўцечак-дадае ад 8 000 да 15 000 долараў да кошту шафы ў залежнасці ад ёмістасці. Для сістэмы магутнасцю 100 кВт/гадз з агульным усталяваным коштам, магчыма, 80 000 долараў, гэта значнае павелічэнне ў працэнтах.
Але сапраўднае ваганне ўзнікае з-за аператыўнай трывогі. Электроніка пастаяннага току, якая знаходзіцца побач з высокім-напружаннем, нервуе людзей, і нездарма. Уцечка гліколю ўнутры шафы пад напругай паказвае рэжымы збою, якіх проста няма ў паветранага астуджэння. Лепшыя канструкцыі з вадкасным-астуджэннем выкарыстоўваюць дыэлектрычныя вадкасці або фізічна ізалююць контур астуджэння ад электрычных адсекаў, але я прагледзеў сістэмы, у якіх калектары з халоднай пласцінай праходзяць непасрэдна над платамі BMS. Адзін адпаведны збой, і вы глядзіце на расследаванне буйнога інцыдэнту.
Таксама ўзрастае нагрузка на тэхнічнае абслугоўванне. Помпы выходзяць з ладу. Гліколь дэградуе і патрабуе перыядычнай замены. Чылеры маюць кампрэсары, якія зношваюцца. Паветраныя фільтры на змеявіках кандэнсатара забіваюцца пылам, і іх ніхто не правярае, таму што сістэма знаходзіцца ў агароджаным двары, які наведваюць спецыялісты па тэхнічным абслугоўванні, магчыма, два разы на год. Сістэма вадкаснага астуджэння, якая актыўна не абслугоўваецца, будзе працаваць недастаткова на працягу 18 месяцаў і выйдзе з ладу на працягу 36 месяцаў.
Цеплаабменнікі: сярэдні шлях, якога няма
Цеплаабменнікі паветра--з'яўляюцца ў спецыфікацыях пастаянна, звычайна пазіцыянуючыся як «больш надзейная» альтэрнатыва астуджэнню-на аснове хладагента. Падача прыкладна такая: ні кампрэсара, ні зарадкі холадагенту, ні складаных элементаў кіравання вентыляцыяй, вентыляцыяй і кандыцыянаваннем-толькі цеплавая трубка або тэрмасіфон, якія пасіўна перамяшчаюць цяпло шафы ў навакольнае паветра.
Ёсць адна маленькая праблема. Цеплаабменнікі могуць адводзіць цяпло толькі тады, калі тэмпература навакольнага асяроддзя ніжэй зададзенай тэмпературы ў шафе. Калі вы хочаце падтрымліваць 25 градусаў унутры шафы, а звонку 35 градусаў, ваш цеплаабменнік зараз працуе як дарагі цеплавы мост у няправільным кірунку.
Гэта здаецца відавочным, калі сказаць прама, але я бачыў праекты на паўднёвым захадзе Амерыкі з цеплаабменнікам-толькі астуджэннем, таму што інжынер па продажах паказваў графік "сярэднегадавых тэмператур", які зручна згладжваў 45-градусныя пікі пасля абеду ў вельмі кіраваную-сярэднюю тэмпературу ў 28 градусаў. З кастрычніка па красавік сістэма працавала нармальна. З мая па верасень батарэі правялі большую частку светлавога дня ў цеплавым разрадзе.
Цеплаабменнікі маюць сэнс у пэўных кліматычных умовах-Скандынавіі, паўночнай Германіі, паўночна-заходняй частцы Ціхага акіяна, усюды, дзе тэмпература навакольнага асяроддзя надзейна застаецца ніжэйшай за ўстаноўленае значэнне. У спалучэнні з невялікім дадатковым блокам пераменнага току для некалькіх гарачых дзён яны могуць знізіць штогадовае спажыванне энергіі на астуджэнне на 60% і больш. Але яны не з'яўляюцца універсальным рашэннем, і пастаўшчыкі, якія прадстаўляюць іх такімі, аказваюць сваім кліентам мядзведжую паслугу.
Паразітарная нагрузка, на якую ніхто не ўкладвае бюджэт
Сістэмы ацяплення, вентыляцыі і вентыляцыі шаф спажываюць электраэнергію. Гэта не навіна. Што з'яўляецца навіной-для многіх распрацоўшчыкаў праектаў, відаць-гэта тое, колькі электраэнергіі яны спажываюць і наколькі істотна гэтае спажыванне ўплывае на бізнес-абгрунтаванне.
Палявыя даныя аб установках у розных кліматычных зонах паказваюць, што паразітныя цеплавыя нагрузкі кіруюць ад 8% ад агульнай прапускной здольнасці батарэі ў мяккім клімаце да 34% у экстрэмальных умовах. У субарктычных устаноўках з высокімі патрабаваннямі да ацяплення зімой больш за траціну энергіі, якая захоўваецца ў батарэях, ідзе на падтрыманне прымальнай тэмпературы ў гэтых батарэях.
Стандартнае дапушчэнне ў большасці фінансавых мадэляў - ад 2% да 3% дапаможнай нагрузкі. Гэтая здагадка памылковая, часта на парадак велічыні ў складаных разгортваннях.
З пункту гледжання паразітарнай нагрузкі, у большасці месцаў лета насамрэч лягчэйшы сезон. Так, кандыцыянер працуе бесперапынна, але вы адводзіце цяпло ў паветра, тэмпература якога толькі на 10-20 градусаў перавышае вашу зададзеную тэмпературу. Узімку ў халодным клімаце ўсё даражэе. Вы выкарыстоўваеце супраціўляльныя абагравальнікі, і няма ніякай тэрмадынамічнай хітрасці, каб зрабіць нагрэў электрычным супраціўленнем больш эфектыўным. Кожны ват цяпла, які вам патрэбны, каштуе роўна адзін ват электраэнергіі-плюс неэфектыўнасць любога пераўтварэння энергіі паміж батарэяй і абагравальнікам.
PCS выпрацоўвае адпрацаванае цяпло, а разумныя канструкцыі шаф улоўліваюць яго для кіравання тэмпературай зімой. Калі PCS знаходзіцца ўнутры цеплавой абалонкі, яго страты на пераўтварэнне ад 3% да 5% становяцца "бясплатным" ацяпленнем у халодныя месяцы. Калі ён усталяваны звонку-часта бывае ў канструкцыі спліт--сістэм, калі акумулятарны шафа і шафа сілавы электронікі з'яўляюцца асобнымі блокамі-вы выкінулі карысную цеплавую энергію, і цяпер яе трэба замяніць на-акумулятарнае сілкаванне нагрэвам супраціву.
Thermal Runaway: The Fear That Shapes Everything
LFP не мае характарыстык цеплавога ўцякання хімічных рэчываў NMC або NCA. Гэта праўда. Катодная структура з фасфату жалеза не вылучае кісларод пры награванні, таму вы не атрымліваеце каскаднага экзатэрмічнага раскладання, якое робіць хімічныя -на аснове кобальту такімі небяспечнымі.
Але «больш бяспечна» не значыць «бяспечна», і расце самазаспакоенасць індустрыі адносна цеплавых паводзін LFP пачынае выяўляцца ў паведамленнях аб інцыдэнтах.
Цеплавой разгон LFP пачынаецца прыблізна пры 270 градусах -шмат вышэй, чым парог ад 150 да 200 градусаў для NMC. Хуткасць павышэння тэмпературы падчас разгоннай падзеі складае каля 1,5 градусаў у хвіліну ў параўнанні з сотнямі градусаў у хвіліну для хімічных рэчываў кобальту. Гэта дае вам больш часу на рэакцыю і робіць распаўсюджванне паміж клеткамі значна менш верагодным.
У абмеркаванні бяспекі часта не згадваецца тое, што клеткі LFP па-ранейшаму вылучаюць гаручыя і таксічныя газы падчас адмовы. Вадарод, аксід вугляроду, вуглевадароды і фтарыд вадароду з'яўляюцца ў -газавай сумесі. Колькасці меншыя, чым у NMC, і вызваленне адбываецца павольней, але шафа, поўная вентыляцыйных элементаў LFP у закрытай прасторы, па-ранейшаму ўяўляе сур'ёзную небяспеку.
Нядаўняе даследаванне Шэфілдскага ўніверсітэта паказала, што LFP-батарэі ў некаторых сітуацыях насамрэч дэманструюць большую небяспеку ўзгарання, таму што ад-газавая сумесь-хоць і менш аб'ёмная-мае больш нізкі парог аўта-ўзгарання. Поўны дакумент змяшчае нюансы і не робіць высновы, што LFP больш небяспечны ў цэлым, але ён разбівае ўсё больш распаўсюджанае маркетынгавае сцвярджэнне, што LFP "не можа загарэцца".
Усё гэта вяртае нас да тэрмарэгулявання. Лепшы спосаб прадухіліць цеплавыя падзеі - прадухіліць ўмовы, якія прыводзяць да іх. Ячэйкі, якія ніколі не перавышаюць 45 градусаў, якія ніколі не адчуваюць хранічных градыентаў тэмпературы, якія ніколі не зараджаюцца ніжэй за 0 градусаў -гэтыя клеткі будуць старэць нармальна, паводзіць сябе прадказальна і прадстаўляць мінімальную небяспеку для бяспекі. Сістэма тэрмічнага кіравання - гэта ваша першая лінія абароны, а не сістэма пажаратушэння.
Паток паветра ў шафе: дэталь, якую ўсе памыляюцца
Нават з правільным памерам HVAC, цеплавая аднастайнасць залежыць ад размеркавання паветранага патоку. Тут я бачыў больш катастроф, чым магу злічыць.
Шлях найменшага супраціўлення мае значэнне. Прахалоднае паветра трапляе ў шафу, і яно хоча ісці проста ў зваротны канал. Калі акумулятарныя модулі размешчаны такім чынам, што адны знаходзяцца ў асноўным шляху патоку, а іншыя ў мёртвых зонах, вы атрымаеце тэмпературную стратыфікацыю незалежна ад таго, колькі кілават астуджэння вы ўсталявалі.
Перагародкі дапамагаюць. Канструкцыі пленума дапамагаюць. Больш за ўсё дапамагае запуск CFD на этапе праектавання-, што каштуе грошай і часу, і таму не адбываецца ў большасці праектаў C&I. Інжынернае стаўленне звычайна такое: "гэта маленькая шафа, наколькі складаным можа быць паток паветра?" Адказ такі: досыць складаны, каб стварыць 10-градусныя градыенты паміж суседнімі модулямі.
Кантэйнерныя сістэмы BESS у значнай ступені вырашылі гэтую праблему шляхам стандартызацыі. Асноўныя інтэгратары запусцілі CFD, пабудавалі прататыпы, праверылі праекты і зафіксавалі цеплавую архітэктуру. Кабінетныя сістэмы, асабліва ад меншых вытворцаў, часта не праходзілі гэты працэс. Вы купляеце першае ці другое пакаленне канструкцыі, якая, магчыма, не прайшла тэрмічную праверку, за выключэннем таго, што «кандыцыянер можа знізіць унутраную тэмпературу пры тэмпературы 35 градусаў».
Што насамрэч важна для закупак
Калі вы выбіраеце вулічную шафу BESS, вось што вам трэба патрабаваць:
Спецыфікацыя аднастайнасці тэмпературы. Не "у шафе ёсць кандыцыянер", а фактычная лічба: максімальная дэльта тэмпературы ўсіх акумулятарных модуляў падчас намінальнай зарадкі/разрадкі пры максімальнай тэмпературы навакольнага асяроддзя. Калі пастаўшчык не можа адказаць на гэтае пытанне, значыць, ён не зрабіў цеплатэхніку.
Ацэнка паразітарнай нагрузкі ў-спецыфічных умовах. Не агульная лічба ў 2% з калоды продажаў-фактычны разлік з выкарыстаннем даных надвор'я TMY для вашага месца ўстаноўкі. Калі паразітарная нагрузка перавышае 10% ад намінальнай прапускной здольнасці штогод, гэта павінна адлюстроўвацца ў вашай фінансавай мадэлі.
Абарона- ад нізкай тэмпературы зарадкі. Пераканайцеся, што тэмпература адключэння адпавядае рэкамендацыям вытворцы ячэйкі, а не нейкаму кампраміснаму значэнню, якое можа дазволіць зарадку пры тэмпературах, якія выклікаюць літыевае пакрыццё. Праверце гэта ў канфігурацыі BMS, а не толькі ў спецыфікацыі.
Выбар сістэмы тэрмарэгулявання-паветра супраць вадкасці-мае меншае значэнне, чым тое, наколькі добра гэтая сістэма ўкаранёна і абслугоўваецца. Добра-прадуманая шафа з-паветраным астуджэннем і адпаведнай сістэмай паветранага патоку пераўзыходзіць сістэму з вадкасным-астуджэннем з няспраўным помпай або забітым кандэнсатарам. Лепшая сістэма цеплавога кіравання - гэта тая, якой надаецца неабходная ўвага на працягу ўсяго тэрміну службы актыву.
Заключныя заўвагі
Тэрмакіраванне не стварае захапляльных прэс-рэлізаў. На наступнай канферэнцыі RE+ ніхто не будзе аб'яўляць аб прарыве ў ашаламленні паветранага патоку ў шафе. Але гэта розніца паміж 15-гадовым актывам і 8-гадовым актывам, паміж сістэмай, якая забяспечвае намінальную магутнасць у гарачы летні поўдзень, і той, якая зніжае да 60% менавіта тады, калі вам гэта найбольш патрэбна.
Самая дарагая памылка тэрмарэгулявання - меркаваць, што праблему вырашыў хтосьці іншы. Другі па кошце - гэта пры ўмове, што тое, што працуе ў Мюнхене, будзе працаваць і ў Дубаі.
Спачатку зрабіце правільны цеплавы дызайн. Усё астатняе вынікае адтуль.