Სტაციონარული BESS-ში უსაფრთხოება და თერმული სტაბილურობა

Თერმული გაუკონტროლებლობის დაწყების ტემპერატურა და გავრცელების მოქმედება: LFP წირუს NMC

Როცა საქმე მიდის თერმულ სტაბილურობას, ლითიუმ-რკინის ფოსფატის (LFP) აკუმულატორები გამოირჩევიან ნიკელ-მანგანეზ-კობალტის (NMC) აკუმულატორების შედარებაში, რაც მათ სტაციონარული ბატარეის ენერგიის დაგროვების სისტემებში (BESS) გამოყენების მიხედვით მნიშვნელოვნად უფრო უსაფრთხოს ხდის. LFP აკუმულატორებში თერმული გამოვლენა ხდება დაახლოებით 270 გრადუს ცელსიუში, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება NMC აკუმულატორების 150–200 გრადუსიან საზღვარს, რომელშიც ისინი დაიწყებენ უკმარისობას. ეს განსხვავება მომდინარეობს LFP-ში ძლიერი ფოსფატ-ჟანგბადის ბმებიდან და მისი დაშლის დროს მინიმალური ჟანგბადის გამოყოფიდან. რეალური სარგებელი? LFP ელემენტები წარმოქმნიან მის მონახლეებთან შედარებით დაახლოებით 80 %-ით ნაკლებ ალყოფად აირს და არასასურველი შემთხვევის დროს სითბოს გამოყოფენ 5 გრადუს ცელსიუში წამში ან ნაკლები სიჩქარით, ამიტომ ცხარე არ ვრცელდება ერთი ელემენტიდან მეორეზე მარტივად. საპირაპიროდ, NMC აკუმულატორები მოიცავს სწრაფად წვად რეაქციებს და გამოყოფენ აირებს, რომლებისთვის საჭიროებულია რამდენიმე დაცვის ფენა — მაგალითად, სითბოს გამოყოფის სისტემები, საკმარისი ვენტილაციის მოწყობილობები და საერთოდ ცხარის ჩაქრობის მექანიზმები — იმის გარანტირების მიზნით, რომ ერთი ელემენტის გადაცხარების შემდეგ ჯაჭვური რეაქციები არ მოხდეს.

Სისტემურ დონეზე გავლენა: როგორ ახდენს თბომარაგების სირთულე გავლენას სისტემის სისტაბილობასა და ექსპლუატაციურ ხარჯებზე (OPEX)

LFP-ში ჩაშენებული თერმული სტაბილობა გაცილებით მარტივად აძლევს საშუალებას თბომართვის პრობლემების მოგებას და ზოგადად გარანტირებს უკეთეს საიმედოობას დროთა განმავლობაში. უმეტესობა NMC სისტემებს სჭირდება რთული სითხის გაგრილების სისტემები და დამატებითი უსაფრთხოების ზომები მხოლოდ საშიში გადახურვის სიტუაციების თავიდან აცილებლად. მაგრამ LFP-ზე დაფუძნებული ბატარეის საცავები ხშირად კარგად მუშაობენ მარტივი ჰაერით გაგრილების მეთოდებით ან უბრალოდ სითხის გაგრილების ციკლებით. ეს განსხვავებები რეალურად გამოიხატება ფულადი დაზღვევებში. ციფრები ამ ისტორიას საკმაოდ გასაგებად ამბობენ — NMC სისტემები ექსპლუატაციის ხარჯებში 30–50 პროცენტით უფრო ძვირად ედგება, რადგან ისინი ძალიან მეტ გაგრილების ენერგიას მოიხმარენ, მათ მუდმივი მონიტორინგის საჭიროების მქონე კომპონენტები აქვთ და მოიცავენ ყველა ამ ზედმეტ უსაფრთხოების ფუნქციას. რეალური სამყაროს ტესტირება მიუთარგმნელად აჩვენებს, რომ LFP სისტემებს არასაკუთრების გამო გამოწვეული გამორთვები 20 პროცენტით ნაკლებად ხდება და მათ საჭიროებენ მეტი დრო შემდეგი ტექნიკური მომსახურების შემოწმებებს შორის. იმ საწარმოებში, სადაც სისტემის დარღვევა არ არის ვარიანტი და ბიუჯეტის პროგნოზირება ძალიან მნიშვნელოვანია, ეს მოქმედების მახასიათებლები LFP ბატარეებს გამოყოფს როგორც პრაქტიკულ არჩევანს, მიუხედავად იმ შეზღუდვების, რომლებსაც ზოგიერთი შეიძლება მათ მიანიჭოს.

Შენიშვნა: გარე ბმულები არ არის შეტანილი, რადგან არცერთი ავტორიტეტული წყარო (ავტორიტეტული=true) არ აკმაყოფილებს რელევანტობის კრიტერიებს გლობალური წესების მიხედვით.

Ციკლური სიცოცხლე და გრძელვადი დეგრადაცია რეალურ სამყაროში ენერგიის შენახვის სისტემებში

Ნაკლებად შევსებული მუხტის ციკლირების პირობებში დეგრადაცია (მაგ., მზის ენერგიის საკუთარი მოხმარება, ელექტროენერგიის ბაზრის არბიტრაჟი)

Როდესაც საუბარი მიდის ნაკლებად შევსებული მდგომარეობის ციკლებზე — რასაც ჩვენ ხშირად ვხედავთ მზის ენერგიის სისტემებში და ქსელის საწყობარო დაყენებებში — ლითიუმ-რკინა-ფოსფატის (LFP) ბატარეები ნაკლებად ნიკელ-მანგანუმ-კობალტის (NMC) ალტერნატივებთან შედარებით ნამდვილად გამოირჩევიან. ამ გამოყენების უმეტესობა მხოლოდ ნაკლებად იღებს ენერგიას, ჩვეულებრივ მთელი ექსპლუატაციის ციკლის განმავლობაში დარჩება 20%-დან 80%-მდე შევსებული მდგომარეობაში. ამ სახის გამოყენება ძალიან მცირე დატვირთვას ახდენს LFP კათოდების სტაბილურ ალივინის სტრუქტურაზე. ფაქტობრივი სამუშაო მახასიათებლების განხილვის შემდეგ, LFP ბატარეები ტენდენციას ავლენენ მოცულობის კარგვის მიმართულებით დაახლოებით ნახევარი ტემპით იმ შემთხვევაში, როდესაც NMC ბატარეები იმავე PSOC პირობებში მოთავსებულია. BloombergNEF-ის 2023 წლის ანგარიში მითითებულია, რომ LFP ბატარეა 4000 სრული მუშაობის ციკლის შემდეგ, 50%-იანი გამოყენების სიღრმით, ჯერ კიდევ მიიღებს თავდაპირველი მოცულობის 80%-ზე მეტს, ხოლო უმეტესობა NMC ბატარეები ამ მაჩვენებელს მიაღწევს მხოლოდ დაახლოებით 2000 ციკლის შემდეგ. სიტუაცია კიდევ უფრო უარესდება NMC ბატარეების შემთხვევაში, როდესაც ისინი მუდმივად მცირე ინტერვალებით იტვირთებიან და გამოიყენებიან. მათი ფენოვანი ოქსიდური კათოდის სტრუქტურა დროთა განმავლობაში ხშირად იყელება, განსაკუთრებით იმიტომ, რომ მათ უფრო მკვეთრი ძაბვის მრუდი აქვთ და გარემოს ტემპერატურის ცვლილებებზე მკვეთრად რეაგირებენ.

Ველური პერფორმანსის მონაცემები (2020–2024): LFP-სა და NMC-ს საშუალო გამოყენების ხანგრძლივობა საყოფაცხოვრებო და C&I BESS-ებში

Რეალური მონაცემები 12 000 ინსტალაციიდან (2020–2024) დაადასტურებს LFP-ს სიგრძელის უპირატესობას გამოყენების ყველა სეგმენტში:

*განსაზღვრულია როგორც წლები 80 % ტევადობის შენარჩუნებამდე

C&I სისტემებს შორის განსხვავებები ნათლად ჩანს, რადგან ისინი უფრო ხშირად ციკლდებიან და მუდმივად სხვადასხვა ტემპერატურის ზემოქმედებას განიცდიან. NMC ბატარეების კობალტზე დამოკიდებულება ნიშნავს, რომ ტემპერატურის 25 გრადუს ცელსიუსზე ამაღლების შემდეგ ისინი უფრო სწრაფად დეგრადირდებიან. რეალური საექსპლოატაციო ტესტირების მიხედვით, ამ ბატარეები ყოველწლიურად კარგავენ დაახლოებით 2,1 % საკუთარი სიმძლავრის მარაგს, ხოლო LFP ბატარეები ნორმალური კლიმატური პირობებში მხოლოდ 1,2 %-ს. ხუთმეტი წლის განმავლობაში ეს ნიშნავს, რომ LFP ბატარეების ჩანაცვლება 40 %-ით ნაკლებად ხდება, ვიდრე NMC ბატარეების, რაც ამცირებს როგორც ახალი ბატარეების შეძენაზე გახარჯულ თანხას, ასევე სისტემების მომსახურების დროს დაკარგულ დროს. ამასთან, LFP ბატარეები უკეთ აძლევენ სითბოს, ამიტომ უფრო გრძელვადიანია სივრცით შეზღუდულ ადგილებში, სადაც სათანადო გაგრილების სისტემის დაყენება არ არის შესაძლებელი ან ძალიან ძვირად ედგება.

Სრული საკუთრების ღირებულება: საწყისი ხარჯები, ენერგიის ერთეულის ღირებულება (LCOE) და მასალების ეკონომიკა

Კობალტზე დამოკიდებული NMC წინააღმდეგობაში რკინის ფოსფატით მდიდარ LFP-ს: საწყისი მასალების ღირებულება და მიწოდების ჯაჭვის მდგრადობა

NMC ბატარეების მომარაგების ჯაჭვებს სტაბილურობის საკითხში არსებობს რამდენიმე მნიშვნელოვანი პრობლემა, ძირითადად კობალტის ფასების წინასაზღაურობის გამო და იმიტომ, რომ მსოფლიოს კობალტის უმეტესობა პოლიტიკურად სტაბილური არ არსებული რეგიონებიდან მოდის. შეხედეთ კობალტის ფასების ცვლილებას — მიხედვად ბენჩმარკ მინერალ ინტელიჯენსის გასული წლის მონაცემების, 2020 წლიდან 2024 წლამდე ისინი საკმაოდ დაუკონტროლებლად გაიზარდეს 300%-ზე მეტი მაჩვენებლით. ამ სახის გაუთანასწორებლობა მწარმოებლებისთვის საკმაოდ რთულ ხდის თავიანთი ბიუჯეტების სწორად გამოკვლევას. მეორე მხრივ, LFP ტექნოლოგია სრულიად არიდებს ამ პრობლემებს, რადგან ის რკინასა და ფოსფატს იყენებს. ეს მასალები მსოფლიოს სხვადასხვა ნაწილში გაცილებით უფრო მარტივად მოიპოვება, ხოლო მათი მოპოვების მოწყობილობა უკვე მკაფიოდ ჩამოყალიბებულია და ეთიკური საკითხების მიმართ საკმაოდ ცოტა წითელ სიგნალს აძლევს. საბოლოო ჯამში? კომპანიებს შეიძლება მოახდინონ მასალების ხარჯებში დაახლოებით 30%-იანი დაზოგვა, ასევე შეძლებენ გამოერიცხონ პატარა მასშტაბის კობალტის მოპოვების ოპერაციებს შემომზადებული ეთიკური კითხვები. ვუდ მაკენზიმ 2023 წელს აღნიშნა, რომ LFP მომარაგების ჯაჭვები NMC-ს შედარებით დაახლოებით 40%-ით ნაკლებად არიან მოცული პოლიტიკური არასტაბილურობის რისკით. ამ შემცირებულმა სიგრძნემ ინვესტორებს მისცეს უფრო დიდი სიმშვიდე გრძელვადი ფინანსირების პროგნოზების მიმართ და უზრუნველყოფს კომპონენტების საჭიროების მომენტში მათ სრულიად ხელმისაწვდომობას.

Ელექტროენერგიის საშუალო წარმოების ღირებულების (LCOE) შედარება 10 წლიანი სისტემის სიცოცხლის ხანგრძლივობის განმავლობაში

LFP აკუმულატორებს ჩვეულებრივ უფრო დაბალი ელექტროენერგიის საშუალო წარმოების ღირებულება (LCOE) აქვს, რომელიც ზომავს ერთი კილოვატ-საათის წარმოების ღირებულებას დროთა განმავლობაში, მიუხედავად იმისა, რომ მათ საწყის ეტაპზე ცოტა უფრო ძვირად ესტოება. დიახ, NMC აკუმულატორები საწყის ეტაპზე 15–20 პროცენტით იაფია. მაგრამ როდესაც განვიხილავთ მათ უფრო ღრმად, LFP გაცილებით გრძელი სიცოცხლის ხანგრძლივობით გამოირჩევა — დაახლოებით 6000 ციკლით, ხოლო NMC — დაახლოებით 4000 ციკლით. ამასთან, LFP ნაკლებად დეგრადირდება ნაკლებად შევსებული მდგომარეობის (partial state of charge) რეჟიმში და არ სჭირდება ისეთი ინტენსიური თერმული მართვა. მიხედვად გამოკვლევის შედეგების, რომელიც გამოქვეყნდა ბოლო წელს NREL-ის მიერ, LFP აკუმულატორები დიდი მასშტაბის ელექტროენერგიის ბატარეული სისტემებში გამოყენების შემთხვევაში 10 წლის შემდეგ 10–15 პროცენტით უკეთეს შედეგებს იძლევა LCOE-ში. პრაქტიკულად რომ ვთქვათ, ბიზნესები, რომლებიც აყენებენ ბატარეული ენერგიის დაგროვების სისტემებს, შეძლებენ ყოველ დაყენებულ მეგავატ-საათზე 120 000–180 000 აშშ დოლარის დაზოგვას, რადგან ისინი სისტემებს ნაკლებად ხშირად აცვლიან და გაცილებით ნაკლებს ხარჯავენ გაგრილების საჭიროებებზე.

Ენერგიის სიმჭიდროვე, ფიზიკური ზომები და სიმძლავრის მიწოდების კომპრომისები

Მოცულობითი და მასური სიმჭიდროვის გავლენა სივრცით შეზღუდულ კომერციულ დაყენებებზე

Კომერციული ბატარეის ენერგიის დაგროვების სისტემების შემთხვევაში ლიტრში შეტანილი ენერგიის რაოდენობა მნიშვნელოვნად განსაზღვრავს სისტემის პრაქტიკულ შესაძლებლობას. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ქალაქებში, სადაც ყოველი კვადრატული ფუტი მნიშვნელოვანია — მაგალითად, სავაჭრო ცენტრებში ან დიდი საწყობებში. შეადარეთ NMC ბატარეები LFP ბატარეებს. NMC ტიპის ბატარეები იგივე მოცულობაში 30–50 პროცენტით მეტ ენერგიას იტევენ. საუბარი მიდის დაახლოებით 350–500 ვატ-საათზე ლიტრში (Wh/L), ხოლო LFP ბატარეების შემთხვევაში — მხოლოდ 200–300 Wh/L. ეს საკმაოდ დიდი სხვაობაა სივრცით შეზღუდულ ადგილებში სისტემის განთავსების დროს. ახლა მასური სიმჭიდროვე, რომელიც ენერგიას კილოგრამში ზომავს, ასევე განსაზღვრავს საჭიროებული სტრუქტურული მხარდაჭერის ხარჯებს. თუმცა, სინამდვილეში, უმეტესობა არ უყურებს წონას ამ სისტემების დაყენების დროს, რადგან ისინი ჩვეულებრივ მუდმივად არიან დაყენებული.

Როდესაც საუბარი არის არსებულ შენობებზე მზის პანელების დამონტაჟებაზე ან რეტროფიტინგზე, სადაც უბრალოდ არ არსებობს დამატებითი სივრცე მუშაობისთვის, NMC აკუმულატორები ხშირად მეტად მისაღები არჩევანია LFP-ს შედარებით, მიუხედავად მათი მაღალი სრული საკუთრების ღირებულების. გამოქვეყნებული კვლევის მიხედვით, რომელიც გამოიცა ბოლო წელს სასარგებლო ქსელების შესახებ, LFP აკუმულატორების გამოყენებას იგივე რაოდენობის ენერგიის შესანახად სჭირდება 25-დან 40 პროცენტამდე მეტი სივრცე. ეს ნიშნავს, რომ დამონტაჟის ხარჯებში დამატებით 15-30 დოლარი დაემატება ყოველ კილოვატ-საათზე, რადგან ყველაფერი ძვირდება, როდესაც იგი უფრო დიდ ფართობზე ვრცელდება. მიუხედავად ამისა, ლითიუმ-რკინის ფოსფატის აკუმულატორები მაინც ძლიერი კონკურენტები რჩებიან საწარმოებსა და ახალ განვითარებებში, სადაც საკმარისი ღია მიწის ფართობი ხელს უწყობს ზომის პრობლემის შემცირებას. წლების განმავლობაში ექსპლუატაციის დროს მათი უსაფრთხოების მახასიათებლები, გრძელი სიცოცხლის ხანგრძლივობა და დაბალი მუდმივი მომსახურების ხარჯები LFP-ს სინამდვილეში მნიშვნელოვან ღირებულებას აძლევს, რომელიც დროთა განმავლობაში უფრო მეტდე იზრდება.

Ხელიკრული

Რა არის LFP და NMC აკუმულატორებს შორის თბოსტაბილობის ძირითადი განსხვავებები?

LFP ბატარეებს აქვს მაღალი თერმული განაპირობების ტემპერატურა — დაახლოებით 270 გრადუსი Цელსიუსი, ხოლო NMC ბატარეების შემთხვევაში ეს მაჩვენებელი 150–200 გრადუსი Цელსიუსია. LFP ელემენტები წარმოქმნიან სახანგრძლივო გაზს დაახლოებით 80%-ით ნაკლებად და სითბოს გამოყოფენ ნელა, რაც მათ სტაციონარულ ბატარეულ ენერგიის შენახვის სისტემებში (BESS) უფრო უსაფრთხოს ხდის.

Როგორ მოქმედებენ LFP ბატარეები საერთო ექსპლუატაციურ ხარჯებზე (OPEX)?

Მათი უკეთესი თერმული სტაბილურობის გამო, LFP ბატარეებს სჭირდება ნაკლებად რთული გაგრილების სისტემები და უსაფრთხოების ზომები. ეს იწვევს 30–50%-იან ექსპლუატაციურ ხარჯებში შემცირებას NMC სისტემებთან შედარებით.

Როგორ შედარებულია LFP ბატარეების ციკლური სიცოცხლე NMC-ს ნაკლებად დატვირთული მდგომარეობის (PSOC) პირობებში?

PSOC პირობებში მოთავსებული LFP ბატარეები კარგავენ ტევადობას დაახლოებით ნახევარი სიჩქარით მიმართულად NMC-ს, რაც 4000 ციკლის შემდეგ 80%-ზე მეტი ტევადობის შენარჩუნებას ნიშნავს, ხოლო მსგავსი პირობებში NMC ბატარეები ამ მაჩვენებელს 2000 ციკლის შემდეგ აღწევენ.

Როგორ მოქმედებს საწყობის მასალების ღირებულება LFP-სა და NMC-ს მიწოდების ჯაჭვებზე?

LFP ბატარეები იყენებენ მრავალრიცხოვან რკინასა და ფოსფატს, რაც თავიდან არიდებს NMC ბატარეებში გამოყენებული კობალტის ეთიკურ და ეკონომიკურ პრობლემებს. ეს იწვევს LFP-ების საწყისი მასალების ღირებულებაში 30%-იან შემცირებას.

Რომელი ბატარეის ტიპია უკეთესი სივრცით შეზღუდული დაყენებებისთვის?

Სივრცით შეზღუდული ადგილებისთვის NMC ბატარეები უფრო მისაღებია მათი მაღალი მოცულობითი და მასური სიმჭიდროვის გამო, მიუხედავად მათი მთლიანი ფლობის ღირებულების მაღალობის.