Keselamatan dan Kestabilan Haba dalam Sistem Penyimpanan Tenaga Stesenari (BESS)

Suhu permulaan larian haba (thermal runaway) dan sifat penyebarannya: LFP vs NMC

Apabila tiba kepada kestabilan terma, bateri Litium Ferro Fosfat (LFP) menonjol berbanding pilihan Nikel Mangan Kobalt (NMC), menjadikannya jauh lebih selamat untuk digunakan dalam sistem penyimpanan tenaga bateri pegun (BESS). Pelarian terma berlaku pada suhu sekitar 270 darjah Celsius bagi bateri LFP, iaitu jauh di atas julat 150–200 darjah Celsius di mana bateri NMC mula gagal. Perbezaan ini disebabkan oleh ikatan fosfat-oksigen yang lebih kuat dalam LFP dan pelepasan oksigen yang sangat minimal apabila ia terurai. Manfaat dalam dunia sebenar? Sel LFP menghasilkan kira-kira 80% kurang gas mudah terbakar berbanding rakan-rakannya dan membebaskan haba pada kadar 5 darjah Celsius sesaat atau kurang apabila berlaku kegagalan, sehingga api tidak mudah merebak dari satu sel ke sel yang lain. Sebagai penyeimbang, bateri NMC mengalami tindak balas yang membakar dengan cepat dan membebaskan gas yang memerlukan beberapa lapisan perlindungan—termasuk sistem penyejukan cecair, susunan pengudaraan yang sesuai, dan malah mekanisme penekanan api—hanya untuk mencegah tindak balas berantai sekiranya satu sel sahaja menjadi terlalu panas.

Implikasi peringkat sistem: Bagaimana kerumitan pengurusan haba mempengaruhi kebolehpercayaan dan OPEX

Kestabilan terma yang dibina dalam LFP menjadikannya jauh lebih mudah untuk menguruskan isu pengurusan haba dan secara umumnya menghasilkan kebolehpercayaan yang lebih baik dari masa ke masa. Kebanyakan pemasangan NMC memerlukan sistem penyejukan cecair yang rumit bersama langkah-langkah keselamatan tambahan hanya untuk mencegah situasi terlalu panas yang berbahaya. Namun, penyelesaian penyimpanan bateri berbasis LFP sering kali berfungsi dengan baik menggunakan kaedah penyejukan udara ringkas atau malah gelung penyejukan cecair asas. Perbezaan ini diterjemahkan kepada penjimatan kos sebenar. Angka-angka memberikan gambaran yang cukup jelas—sistem NMC akhirnya menelan perbelanjaan operasi antara 30 hingga 50 peratus lebih tinggi kerana penggunaan kuasa penyejukan yang besar, komponen yang memerlukan pemantauan berterusan, serta semua ciri keselamatan berlebihan tersebut. Ujian dunia nyata menunjukkan bahawa susunan LFP cenderung mengalami kira-kira 20 peratus lebih sedikit penutupan tidak dijangka dan bertahan lebih lama antara pemeriksaan penyelenggaraan yang diperlukan. Bagi kemudahan di mana kegagalan sistem bukan suatu pilihan dan perancangan bajet sangat penting, ciri-ciri prestasi ini menjadikan bateri LFP pilihan yang praktikal, walaupun ada yang menganggapnya mempunyai had tertentu.

Nota: Tiada pautan luaran dimasukkan kerana tiada sumber berwibawa (berwibawa=true) yang memenuhi kriteria relevansi mengikut peraturan global.

Jangka Hayat Kitaran dan Penurunan Jangka Panjang dalam Penyimpanan Tenaga di Dunia Sebenar

Penurunan di bawah kitaran keadaan cas separa (contohnya, penggunaan tenaga suria sendiri, arbitraj grid)

Apabila tiba kepada kitaran keadaan cas separa—satu perkara yang kerap kita lihat dalam sistem kuasa suria dan susunan penyimpanan grid—bateri litium ferum fosfat (LFP) benar-benar menonjol berbanding alternatif nikel mangan kobalt (NMC). Kebanyakan aplikasi ini hanya menarik kuasa secara separa, biasanya kekal antara 20% hingga 80% bercas sepanjang kitaran operasinya. Jenis penggunaan ini memberikan tekanan yang sangat rendah terhadap struktur olivin yang stabil yang membentuk katod LFP. Berdasarkan angka prestasi sebenar, bateri LFP cenderung kehilangan kapasiti pada kadar kira-kira separuh daripada kadar kehilangan kapasiti bateri NMC apabila dikenakan keadaan PSOC yang serupa. Menurut laporan BloombergNEF tahun 2023, sebuah bateri LFP masih akan mempunyai lebih daripada 80% daripada kapasiti asalnya selepas menjalani 4,000 kitaran cas pada kedalaman pelupusan 50%, manakala kebanyakan bateri NMC mencapai tahap yang sama selepas kira-kira 2,000 kitaran sahaja. Keadaan menjadi lebih buruk lagi bagi bateri NMC dalam situasi di mana ia sentiasa dicas dan dinyahcas dalam penambahan kecil. Struktur katod oksida berlapisnya cenderung retak dari masa ke masa, terutamanya disebabkan oleh lengkung voltan yang lebih curam serta tindak balasnya yang jauh lebih kuat terhadap perubahan suhu persekitaran.

Data prestasi di lapangan (2020–2024): Jangka hayat boleh guna median bagi LFP berbanding NMC dalam sistem penyimpanan tenaga bateri domestik dan komersial & industri (C&I BESS)

Data dunia sebenar daripada 12,000 pemasangan (2020–2024) mengesahkan kelebihan jangka hayat LFP merentas segmen aplikasi:

*Ditakrifkan sebagai tahun hingga pencapaian ketahanan kapasiti sebanyak 80%

Perbezaan antara sistem C&I menjadi sangat ketara kerana sistem ini berkitar lebih kerap dan sentiasa terdedah kepada suhu yang berubah-ubah. Bagi bateri NMC, pergantungan mereka terhadap kobalt bermakna bateri ini mula terdegradasi lebih cepat apabila suhu melebihi 25 darjah Celsius. Ujian dunia sebenar menunjukkan bahawa bateri ini kehilangan kira-kira 2.1% kapasiti setiap tahun berbanding hanya 1.2% bagi bateri LFP dalam keadaan iklim biasa. Jika dilihat dari sudut jangka masa lima belas tahun, ini bermakna bateri LFP perlu diganti 40% kurang kerap berbanding bateri NMC, yang seterusnya mengurangkan kos pembelian bateri baharu serta masa terbuang akibat pemeliharaan sistem. Selain itu, bateri LFP lebih tahan haba, jadi hayat gunanya lebih panjang dalam ruang sempit di mana pemasangan sistem penyejukan yang sesuai sama ada tidak mungkin atau terlalu mahal.

Jumlah Kos Kepemilikan: Kos Modal, Kos Tenaga Seunit (LCOE), dan Ekonomi Bahan

NMC yang bergantung kepada kobalt berbanding LFP yang kaya dengan ferum-fosfat: Kos bahan mentah dan ketahanan rantaian bekalan

Rantai bekalan untuk bateri NMC mempunyai beberapa masalah serius dari segi kestabilan, terutamanya disebabkan oleh ketidakpastian harga kobalt dan sumber utama kobalt dunia dari segi politik. Ambil perhatian pada perubahan harga kobalt — harganya melonjak secara mendadak, meningkat lebih daripada tiga ratus peratus antara tahun 2020 hingga 2024 berdasarkan data Benchmark Mineral Intelligence dari tahun lepas. Ketidakstabilan ekstrem sedemikian menjadikan perancangan bajet pengeluar amat sukar. Sebaliknya, teknologi LFP sepenuhnya mengelakkan isu-isu ini kerana ia menggunakan besi dan fosfat sebagai gantinya. Bahan-bahan ini jauh lebih mudah diperoleh di pelbagai kawasan di seluruh dunia, dan infrastruktur perlombongan yang sudah mapan sedia ada untuk bahan-bahan tersebut tidak menimbulkan banyak bendera merah etika. Kesimpulannya? Syarikat boleh menjimatkan sekitar tiga puluh peratus daripada kos bahan mentah sambil sekaligus mengelak soalan-soalan etika rumit yang berkaitan dengan operasi perlombongan kobalt berskala kecil. Wood Mackenzie melaporkan pada tahun 2023 bahawa rantai bekalan LFP menghadapi risiko ketidakstabilan politik kira-kira empat puluh peratus lebih rendah berbanding rakan-rakan NMC. Pengurangan kerentanan ini memberikan ketenangan fikiran yang lebih besar kepada pelabur berkenaan prospek pembiayaan jangka panjang dan memastikan komponen benar-benar tersedia apabila diperlukan.

Perbandingan kos elektrik yang disamaratakan (LCOE) merentasi jangka hayat sistem selama 10 tahun

Bateri LFP cenderung mempunyai kos elektrik yang disamaratakan (LCOE) yang lebih rendah, iaitu ukuran bagi kos menghasilkan setiap kilowatt jam sepanjang masa, walaupun harganya sedikit lebih tinggi pada mulanya. Memang benar bahawa bateri NMC lebih murah pada permulaan sebanyak kira-kira 15 hingga 20 peratus. Namun, apabila dianalisis secara lebih mendalam, bateri LFP tahan lebih lama dengan kitaran sebanyak kira-kira 6,000 berbanding kitaran NMC yang hanya sekitar 4,000. Selain itu, LFP mengalami penghanyutan (degradasi) lebih perlahan semasa operasi dalam keadaan cas separa (partial state of charge) dan tidak memerlukan pengurusan haba yang seintensif NMC. Menurut kajian dari NREL yang diterbitkan tahun lepas, LFP sebenarnya memberikan angka LCOE yang lebih baik sebanyak 10 hingga 15 peratus selepas sepuluh tahun apabila digunakan untuk penyimpanan tenaga grid berskala besar. Dalam istilah praktikal, syarikat-syarikat yang memasang sistem penyimpanan tenaga bateri boleh menjimatkan antara 120,000 hingga 180,000 dolar AS bagi setiap megawatt jam yang dipasang kerana mereka menggantikan sistem tersebut kurang kerap dan membelanjakan lebih sedikit untuk keperluan penyejukan.

Kompromi Ketumpatan Tenaga, Jejak Tapak, dan Penghantaran Kuasa

Kesan ketumpatan isipadu dan ketumpatan gravimetrik terhadap pemasangan komersial yang terhad ruang

Apabila tiba kepada sistem penyimpanan tenaga bateri komersial, jumlah tenaga yang dimuatkan setiap liter benar-benar penting untuk menentukan sama ada sesuatu itu benar-benar boleh dilaksanakan. Ini khususnya benar di bandar-bandar di mana setiap kaki persegi sangat berharga, seperti di pusat beli-belah atau kemudahan gudang besar. Ambil contoh bateri NMC berbanding bateri LFP. Jenis NMC memuatkan tenaga 30 hingga 50 peratus lebih banyak ke dalam ruang yang sama. Kita bercakap tentang kira-kira 350 hingga 500 Wh/L berbanding hanya 200 hingga 300 Wh/L bagi LFP. Perbezaan ini amat ketara apabila cuba memuatkan semua komponen ke dalam ruang yang sempit. Manakala ketumpatan gravimetrik—yang mengukur tenaga setiap kilogram—memang mempengaruhi jumlah sokongan struktur yang mungkin diperlukan. Namun, jujur sahaja, kebanyakan orang tidak terlalu risau tentang berat semasa pemasangan sistem ini kerana biasanya sistem tersebut dipasang secara tetap di tempatnya.

Apabila melibatkan pemasangan panel suria di atas bangunan sedia ada atau projek pembaikan semula di mana tiada ruang tambahan untuk bekerja, bateri NMC sering kali lebih masuk akal berbanding bateri LFP walaupun kos keseluruhan kepemilikannya lebih tinggi. Menurut kajian yang diterbitkan tahun lepas mengenai sistem grid, pemasangan bateri LFP memerlukan ruang yang lebih luas antara 25 hingga hampir 40 peratus untuk kapasiti penyimpanan tenaga yang sama. Ini setara dengan penambahan kos pemasangan sebanyak kira-kira lima belas hingga tiga puluh dolar AS per kilowatt-jam kerana semua komponen lain menjadi lebih mahal apabila diedarkan di atas kawasan yang lebih luas. Walaubagaimanapun, perlu juga diperhatikan bahawa pilihan litium ferro fosfat (LFP) tetap merupakan pesaing yang sangat kuat untuk kilang-kilang dan pembangunan baru di mana ketersediaan tanah terbuka yang luas menjadikan saiz kurang menjadi isu. Sepanjang tahun pengoperasian, ciri-ciri keselamatan tersebut, jangka hayat yang lebih panjang, serta kos penyelenggaraan berterusan yang lebih rendah memberikan nilai nyata kepada bateri LFP yang terus meningkat.

Soalan Lazim

Apakah perbezaan utama dari segi kestabilan termal antara bateri LFP dan NMC?

Bateri LFP mempunyai suhu pelarian terma yang lebih tinggi, iaitu sekitar 270 darjah Celsius, berbanding 150–200 darjah Celsius bagi bateri NMC. Sel LFP menghasilkan kira-kira 80% kurang gas mudah terbakar dan membebaskan haba pada kadar yang lebih perlahan, menjadikannya lebih selamat dalam sistem penyimpanan tenaga bateri (BESS) statik.

Bagaimana bateri LFP memberi kesan terhadap perbelanjaan operasi keseluruhan (OPEX)?

Disebabkan kestabilan terma yang unggul, bateri LFP memerlukan sistem penyejukan dan langkah keselamatan yang kurang kompleks. Ini menghasilkan perbelanjaan operasi yang lebih rendah sebanyak 30–50% berbanding sistem NMC.

Bagaimana jangka hayat kitaran bateri LFP dibandingkan dengan NMC dalam senario keadaan cas separa (PSOC)?

Bateri LFP kehilangan kapasiti pada kadar kira-kira separuh daripada NMC apabila dikenakan keadaan PSOC, mengekalkan lebih daripada 80% kapasiti selepas 4,000 kitaran berbanding 2,000 kitaran bagi bateri NMC dalam keadaan yang serupa.

Apakah kesan kos bahan mentah terhadap rantai bekalan LFP berbanding NMC?

Bateri LFP menggunakan besi dan fosfat yang melimpah, mengelakkan isu etika dan ekonomi berkaitan kobalt yang digunakan dalam bateri NMC. Ini menghasilkan pengurangan kos bahan mentah sebanyak 30% untuk bateri LFP.

Jenis bateri manakah yang lebih sesuai untuk pemasangan di kawasan terhad seperti ruang?

Bagi tapak yang terhad ruangnya, bateri NMC adalah lebih diutamakan kerana ketumpatan isi padu dan ketumpatan gravimetriknya yang lebih tinggi, walaupun kos keseluruhan pemilikannya lebih tinggi.