中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：如今，隨著全球儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展，各國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值，日益成為電網(wǎng)一部分的太陽能發(fā)電市場(chǎng)尤其如此。而太陽能發(fā)電由于具有的間歇性特性，其電力供應(yīng)并不穩(wěn)定，而采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供頻率調(diào)節(jié)，以平衡電網(wǎng)運(yùn)行。從長(zhǎng)期來看，儲(chǔ)能系統(tǒng)將發(fā)揮更大作用，可以提供峰值容量，推遲其他電力資產(chǎn)更加昂貴的投資，例如配電、輸電、發(fā)電設(shè)施的升級(jí)和改造。
過去十年中，太陽能發(fā)電和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格都出現(xiàn)了大幅下降。在許多市場(chǎng)上，可再生能源的應(yīng)用正在削弱傳統(tǒng)的化石能源和核能發(fā)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在以往，很多人認(rèn)為可再生能源發(fā)電的成本高昂，而如今，化石能源與一些可再生能源發(fā)電成本相比則高出許多。
同時(shí)，太陽能+儲(chǔ)能項(xiàng)目可以為電網(wǎng)提供電能，并取代天然氣發(fā)電廠。與幾年前相比，太陽能發(fā)電設(shè)施的投資成本顯著降低，并且在太陽能+儲(chǔ)能項(xiàng)目的生命周期中不會(huì)產(chǎn)生燃料成本，因此其提供的能源成本低于傳統(tǒng)能源。當(dāng)太陽能發(fā)電設(shè)施與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，其電能可以在特定的時(shí)間提供，而且電池的即時(shí)響應(yīng)速度使其項(xiàng)目能夠靈活地滿足容量或輔助市場(chǎng)需求。
目前，基于鎳鈷錳（NCM/鎳鈷鋁（NCA）鋰離子電池已逐漸占據(jù)了儲(chǔ)能市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，這些種類的電池通過簡(jiǎn)單而持久的工程優(yōu)化生產(chǎn)方法、工具、速度和效率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了更低成本和提高能量密度的目標(biāo)，而不是通過技術(shù)突破超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（如圖1所示）。
按目前的發(fā)展速度，鎳鈷錳（NCM）/鎳鈷鋁（NCA）的鋰離子電池的價(jià)格在2030年之前將降到100美元/kWh，并且能量密度將達(dá)到300Wh/kg。這些比率呈線性發(fā)展，如果技術(shù)得以更快的發(fā)展，這些指標(biāo)將更早得以實(shí)現(xiàn)。汽車行業(yè)促使電池產(chǎn)量不斷增加是取得這一進(jìn)步的主要驅(qū)動(dòng)力。
鋰離子電池通過簡(jiǎn)單和持久的工程優(yōu)化降低成本并提高能量密度
部署儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素
在部署儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)需要考慮許多因素。電池的功率和持續(xù)時(shí)間取決于其在項(xiàng)目中的用途。項(xiàng)目目的是由經(jīng)濟(jì)價(jià)值決定的。其經(jīng)濟(jì)價(jià)值取決于儲(chǔ)能系統(tǒng)參與的市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)最終決定了電池將如何分配能量、充電或放電以及持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。功率和持續(xù)時(shí)間不僅決定了儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本，而且決定了工作壽命。
儲(chǔ)能系統(tǒng)在某些市場(chǎng)中的充電和放電的過程將會(huì)獲利。而在其他情況下，只能支付充電費(fèi)用，而充電成本則是開展儲(chǔ)能業(yè)務(wù)的成本。充電的數(shù)量和充電率與放電并不相同。
例如，在電網(wǎng)規(guī)模的太陽能+儲(chǔ)能項(xiàng)目中，或在使用太陽能的用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用太陽能發(fā)電設(shè)施的電力來獲得，這樣它就有資格獲得投資稅收抵免（ITC）優(yōu)惠。例如，在區(qū)域傳輸組織（RTO）中，儲(chǔ)能系統(tǒng)付費(fèi)充電的概念就存在細(xì)微差別。在投資稅收抵免（ITC）的例子中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)增加了項(xiàng)目的權(quán)益價(jià)值，因此增加了業(yè)主的內(nèi)部收益率。在PJM公司的實(shí)例中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要為充電和放電支付費(fèi)用，因此其回報(bào)補(bǔ)償與其電能吞吐量成正比。
如果說電池的功率和持續(xù)時(shí)間決定電池的工作壽命，這似乎是違背了人們的直覺。功率、持續(xù)時(shí)間和壽命的多種因素使儲(chǔ)能技術(shù)不同于其他能源技術(shù)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心是電池。就像太陽能電池一樣，其材料會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化，將會(huì)降低性能。太陽能電池失去功率輸出和效率，而電池退化失去了儲(chǔ)能的能力。雖然太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以持續(xù)運(yùn)行20-25年，但電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常只能持續(xù)運(yùn)行10～15年。
任何項(xiàng)目都應(yīng)考慮重置和更換費(fèi)用。替換的可能性取決于項(xiàng)目的吞吐量和其運(yùn)營(yíng)相關(guān)的條件。
導(dǎo)致電池劣化的四個(gè)主要因素是：
1.電池工作溫度
2.電池電流
3.電池平均充電狀態(tài)（SOC）
4. 電池平均充電狀態(tài)（SOC）的“擺動(dòng)”， 即電池大部分時(shí)間所處的電池平均充電狀態(tài)（SOC）間隔。第3個(gè)因素和第4個(gè)因素是相關(guān)的。
在項(xiàng)目中管理電池壽命有兩種策略。第一種策略是，如果項(xiàng)目獲得收入支持，則可以減少電池尺寸，并且在計(jì)劃中減少未來更換成本。在許多市場(chǎng)中，項(xiàng)目的收入可以支持未來的重置成本。在通常情況下，對(duì)未來重置成本的預(yù)估中需要考慮組件的未來成本的降低，這與過去10年的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)保持一致。第二種策略是加大電池的尺寸，使其整體電流（或C-速率，簡(jiǎn)單地定義為每小時(shí)的充電或放電）通過并聯(lián)電池實(shí)施最小化。由于電池在充電和放電將會(huì)產(chǎn)生熱量，較低的充放電電流往往會(huì)產(chǎn)生較低的溫度。如果在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中有多余的可用能量，并且使用的能量較少，將會(huì)減少電池充放電量，并延長(zhǎng)其使用壽命。
電池充放電量是一個(gè)關(guān)鍵術(shù)語。汽車行業(yè)通常使用“循環(huán)”作為電池壽命的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在固定儲(chǔ)能應(yīng)用中，電池更多是部分循環(huán)，也就是可能是部分充電或部分放電，每一次充放電都不充分。
可用的電池能量。儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用有可能每天少于一個(gè)循環(huán)，而根據(jù)市場(chǎng)應(yīng)用不同，也有可能超過該指標(biāo)。因此工作人員應(yīng)該通過評(píng)估電池的吞吐量來確定電池壽命。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命和驗(yàn)證
儲(chǔ)能系統(tǒng)的測(cè)試主要有兩個(gè)要素。首先，在電池單元級(jí)別進(jìn)行的測(cè)試對(duì)于評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命至關(guān)重要。電池單元級(jí)別測(cè)試揭示了電池單元的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，并有助于通知運(yùn)營(yíng)商，其電池應(yīng)該如何集成到儲(chǔ)能系統(tǒng)中，以及集成的方式是否適當(dāng)。
通過電池單元的串聯(lián)和并聯(lián)配置，可以理解電池系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)。電池單元串聯(lián)可以使電池電壓得以疊加，這意味著一個(gè)電池系統(tǒng)串聯(lián)幾塊電池，其系統(tǒng)電壓等于單個(gè)電池電壓乘以電池?cái)?shù)量。電池串聯(lián)的架構(gòu)具有成本優(yōu)勢(shì)，但是也有一些缺點(diǎn)。電池串聯(lián)時(shí)，單個(gè)電池的電流與電池組電流相同。例如，如果一個(gè)電池單元的最大電壓為1V，最大電流為1A，則10個(gè)電池串聯(lián)的最大電壓為10V，但其最大電流仍為1A，其總功率為10V * 1A = 10W。當(dāng)串聯(lián)在一起時(shí)，電池系統(tǒng)面臨電壓監(jiān)控挑戰(zhàn)。為了降低成本，可以對(duì)串聯(lián)電池組進(jìn)行電壓監(jiān)測(cè)，但是很難檢測(cè)單個(gè)電池的損壞或容量下降。
另一方面，電池并聯(lián)使電流得以疊加，這意味著并聯(lián)電池組的電壓等于單個(gè)電池電壓，系統(tǒng)電流等于單個(gè)電池電流乘以并聯(lián)的電池?cái)?shù)量。例如，如果采用相同的1V、1A電池，可以將兩個(gè)電池并聯(lián)，這樣減少一半電流，然后將10對(duì)并聯(lián)的電池進(jìn)行串聯(lián)，可以在1V電壓、1A電流下實(shí)現(xiàn)10V，但這在并聯(lián)配置更加常見。
當(dāng)考慮電池的容量保證或保修政策時(shí)，這種電池串并聯(lián)方法的區(qū)別非常重要。以下因素通過最終影響電池壽命的層次結(jié)構(gòu)向下流動(dòng)：市場(chǎng)功能?充電/放電行為?系統(tǒng)限制?電池單元串并聯(lián)架構(gòu)。因此，電池銘牌容量并不表示電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中可能存在過度構(gòu)建。是否過度構(gòu)建對(duì)于電池的保修很重要，因?yàn)樗鼪Q定了電池單元電流與溫度（SOC范圍內(nèi)的電池單元駐留溫度），日常運(yùn)營(yíng)將決定電池的工作壽命。
系統(tǒng)測(cè)試是電池單元測(cè)試的一個(gè)輔助措施，通常更適用于證明電池系統(tǒng)正常運(yùn)行的項(xiàng)目要求。
為了履行其合同，電池制造商通常具有驗(yàn)證系統(tǒng)和子系統(tǒng)功能的工廠或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試測(cè)試協(xié)議，但可能無法解決電池系統(tǒng)性能超過電池壽命的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的常見討論是容量測(cè)試條件，以及是否與電池系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合相關(guān)。
電池測(cè)試的重要性
DNV GL公司對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試之后，將其數(shù)據(jù)列入年度電池性能記分卡中，該記分卡為電池系統(tǒng)購買方提供獨(dú)立數(shù)據(jù)。記分卡演示了電池將如何響應(yīng)四種應(yīng)用條件的反應(yīng)：溫度、電流、平均充電狀態(tài)（SOC），以及平均充電狀態(tài)（SOC）擺動(dòng)。
該測(cè)試將電池性能與其串并聯(lián)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)限制、市場(chǎng)中的充放電行為和市場(chǎng)功能進(jìn)行比較。這項(xiàng)獨(dú)特的服務(wù)獨(dú)立地驗(yàn)證了電池制造商是否負(fù)責(zé)任和正確地估計(jì)他們的保修期，以便電池系統(tǒng)的所有者可以對(duì)其面臨技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的情況進(jìn)行有根據(jù)的評(píng)估。
