Siguria dhe Stabiliteti Termik në Sistemet e Ruajtjes së Energjisë (BESS) Statikore

Temperatura e fillimit të çrregullimit termik dhe sjellja e tij të përhapjes: LFP kundrejt NMC

Kur bëhet fjalë për qëndrueshmërinë termike, bateritë me litium-ferrum-fosfat (LFP) dallohen në krahasim me alternativat me nikel-mangan-kobalt (NMC), duke i bërë shumë më të sigurta për përdorim në sistemet e ruajtjes së energjisë me bateri stacionare (BESS). Shpërthimi termik ndodh rreth 270 gradësh Celsius për bateritë LFP, që është shumë më lart se intervali 150–200 gradësh Celsius ku bateritë NMC fillojnë të dëmtohen. Ky ndryshim vjen nga lidhjet më të forta fosfat-oksigjen në LFP dhe çlirimi minimal i oksigjenit kur ato zbërthehen. Përfitimi në botën reale? Qelizat LFP prodhojnë rreth 80% më pak gaz të ndezshëm se homologët e tyre dhe çlirimin e nxehtësisë me një shpejtësi prej 5 gradësh Celsius në sekondë ose më pak kur ndodh diçka e gabuar, kështu që zjarret nuk përhapen lehtë nga një qelizë në tjetrën. Nga ana tjetër, bateritë NMC kanë reagime shumë të shpejta të djegies dhe çlirimin e gazeve që kërkojnë shumë shtresa mbrojtjeje, përfshirë sisteme të ftohjes me lëng, instalime të përshtatshme ventilimi dhe edhe mekanizma për ndalimin e zjarreve, vetëm për të parandaluar reagimet zinxhir pasi një qelizë vetëm të ngrohet tepër.

Implikimet në nivel sistemi: Si kompleksiteti i menaxhimit termik ndikon në besueshmëri dhe OPEX

Stabiliteti termik i integruar në LFP e bën atë shumë më të lehtë për t'u përdorur në menaxhimin e nxehtësisë dhe në përgjithësi çon në besueshmëri më të mirë me kalimin e kohës. Shumica e instalimeve NMC kërkojnë sisteme komplekse të ftohjes me lëng, së bashku me masa shtesë sigurie vetëm për të parandaluar situata të rrezikshme nxehtësimi. Por zgjidhjet e ruajtjes së energjisë me bateri bazë LFP shpesh funksionojnë mirë me metoda të thjeshta të ftohjes me ajër ose edhe me unaza të thjeshta të ftohjes me lëng. Këto ndryshime përkthehen në kursime reale të para. Numrat tregojnë historinë shumë qartë – sistemet NMC përfundojnë duke kostuar ndërmjet 30 deri në 50 përqind më shumë në shpenzimet operative, pasi konsumojnë shumë energji për ftohje, kanë pjesë që kërkojnë kujdes të vazhdueshëm dhe përfshijnë të gjitha ato veçori shtesë sigurie. Testimet në botën reale tregojnë se vendosjet LFP kanë rreth 20 përqind më pak ndalime të papritura dhe zgjasin më shumë midis kontrollimeve të nevojshme të mirëmbajtjes. Për objektet ku dështimet e sistemit nuk janë një opsion dhe parashikimi i buxhetit ka shumë rëndësi, këto karakteristika performuese bëjnë që bateritë LFP të dallohen si zgjidhje praktike, edhe pse disa mund t'i konsiderojnë ato me kufizime.

Shënim: Asnjë lidhje e jashtme nuk u përfshin, pasi asnjë burim autoritativ (authoritative=true) nuk plotësoi kriteret e përshtatshmërisë sipas rregullave globale.

Jeta ciklike dhe degradimi i gjatëkohëshëm në sistemet reale të ruajtjes së energjisë

Degradimi nën ciklizimin me ngarkesë pjesore (p.sh., konsumi vetjak i energjisë nga dielli, arbitrazhi në rrjet)

Kur bëhet fjalë për ciklizimin me ngarkim pjesësh (PSOC) – një gjë që shohim shpesh në sistemet e energjisë së diellit dhe në instalimet e ruajtjes së energjisë në rrjet – bateritë me litium-ferrum-fosfat (LFP) dallohen me sukses në krahasim me alternativat e tyre me nikël-mangan-kobalt (NMC). Shumica e këtyre aplikacioneve tërheqin energji vetëm pjesërisht, zakonisht mbeten midis 20% dhe 80% ngarkimi gjatë tërë ciklit të funksionimit. Ky lloj përdorimi ushtron shumë pak tension mbi strukturën tërheqëse olivine që përbën katodat LFP. Nëse analizojmë numrat e vërtetë të performancës, bateritë LFP tendencojnë të humbasin kapacitetin me pothuajse gjysmën e shpejtësisë së baterive NMC kur ekspozohen në kushte të ngjashme PSOC. Sipas raportit të BloombergNEF për vitin 2023, një bateri LFP do të ketë akoma mbi 80% të kapacitetit origjinal pas 4.000 ciklesh ngarkimi me thellësi ngarkimi 50%, ndërsa shumica e baterive NMC arrijnë të njëjtin nivel pas rreth 2.000 ciklesh. Gjërat bëhen edhe më të keqja për bateritë NMC në situatat ku ato ngarkohen dhe shkarkohen vazhdimisht në shtresa të vogla. Struktura e katodës së tyre me oksid të shtresëzuar tendencojnë të çelën me kalimin e kohës, veçanërisht sepse kanë një lakore tensioni më të ngushtë dhe reagojnë shumë më fort ndaj ndryshimeve të temperaturës ambientale.

Të dhënat e performancës në fushë (2020–2024): Koha mesatare e përdorimit të baterive LFP kundrejt atyre NMC në sistemet e ruajtjes së energjisë për përdorim banor dhe komercial & industrial (BESS)

Të dhënat nga botimi real i 12 000 instalimeve (2020–2024) konfirmojnë avantazhin e LFP në lidhje me gjatësinë e jetës në të gjitha segmentet e aplikimeve:

*Përcaktuar si vjet deri në ruajtjen e 80% të kapacitetit

Dallimet midis sistemeve C&I bëhen me të vërtetë të dukshme sepse ato ciklohen më shpesh dhe janë të ekspozuara vazhdimisht ndaj temperaturave të ndryshme. Për bateritë NMC, varësia e tyre nga kobalti do të thotë se ato fillojnë të degradohen më shpejt pasi temperaturat tejkalojnë 25 gradë Celsius. Testimet në botën reale tregojnë se këto bateri humbasin rreth 2,1% të kapacitetit çdo vit, krahasuar me vetëm 1,2% për bateritë LFP në kushte klimatike normale. Në një horizont 15-vjeçar, kjo do të thotë se bateritë LFP duhet zëvendësuar 40% më rrallë se bateritë NMC, gjë që ul edhe shpenzimet për bateri të reja edhe kohën e humbur gjatë mirëmbajtjes së sistemeve. Shtojmë se bateritë LFP përballojnë më mirë nxehtësinë, prandaj zgjasin më shumë në hapësira të ngushta ku është ose e pamundur ose shumë e shtrenjtë instalimi i sistemeve të përshtatshme të ftohjes.

Kosto totale e pronësisë: Kostoja fillestare, kostoja e energjisë të prodhuar (LCOE) dhe ekonomia e materialeve

NMC, e varur nga kobalti, kundrejt LFP, e pasur në hekur-fosfat: Kostoja e materialeve të para dhe rezilienca e zinxhirëve të furnizimit

Zinxhirët e furnizimit për bateritë NMC kanë disa probleme serioze në lidhje me stabilitetin, kryesisht për shkak të paparashikueshmërisë së çmimeve të kobaltit dhe nga ku vjen pjesa më e madhe e kobaltit të botës nga pikëpamja politike. Shihni çfarë ndodhi me çmimet e kobaltit – ato u jashtëzuan, rritën 300% nga viti 2020 deri në vitin 2024, sipas të dhënave të Benchmark Mineral Intelligence nga viti i kaluar. Kjo lloj fluktuacioni tërheqës bën shumë të vështirë për prodhuesit të planifikojnë buxhetet e tyre në mënyrë të përshtatshme. Nga ana tjetër, teknologjia LFP shmang plotësisht këto probleme, pasi përdor hekur dhe fosfat në vend të kobaltit. Këto materiale janë shumë më të lehta për t’u gjetur në pjesë të ndryshme të globit, dhe ekziston tashmë një infrastrukturë e mirë e zhvilluar minierash për to, e cila nuk ngre shumë shenja të kuqe etike. Përmbledhja? Kompanitë mund të kursenë rreth 30% në kostot e materialeve të para, duke shmangur gjithashtu ato pyetje të vështira etike që lidhen me operacionet e vogla të minierave të kobaltit. Wood Mackenzie raportoi në vitin 2023 se zinxhirët e furnizimit LFP janë rreth 40% më pak të prekshëm nga instabiliteti politik krahasuar me ata të NMC. Kjo ulje e prekshmërisë jep investitorëve një qetësi më të madhe lidhur me perspektivat e financimit të gjatë kohës dhe siguron që komponentët do të jenë në dispozicion kur nevojiten.

Krahasimi i kostos të niveluar të energjisë elektrike (LCOE) nëpër një jetëzgjatje 10-vjeçare sistemi

Bateritë LFP përgjithësisht kanë një kostë të niveluar më të ulët të energjisë elektrike (LCOE), e cila mat sa kushton prodhimi i çdo kilowatt-orë nëpër kohë, edhe pse kushtojnë pak më shumë në fillim. Sigurisht, bateritë NMC janë më të lira në fillim me rreth 15 deri në 20 përqind. Por kur i shohim më thellë, LFP zgjasin më shumë, me rreth 6.000 cikle krahasuar me rreth 4.000 cikle të NMC. Për më tepër, LFP degradohen më ngadalë gjatë operimeve me gjendje të pjesëtuar të ngarkesës dhe nuk kërkojnë aq shumë menaxhim termik. Sipas hulumtimeve të NREL, të botuara vitin e kaluar, LFP rezultojnë me numra LCOE 10 deri në 15 përqind më të mirë pas dhjetë vjetësh, kur përdoren për ruajtjen e energjisë në skala të madhe në rrjet. Në terma praktikë, bizneset që instalojnë sisteme ruajtjeje energjie me bateri mund të kursen ndërmjet 120.000 dhe 180.000 dollarëSHBA për megawatt-orë të instaluar, sepse zëvendësojnë sistemet e tyre më rrallë dhe shpenzojnë më pak për kërkesat e ftohjes.

Kompromiset midis Densitetit të Energjisë, Hapësirës së Zënë dhe Dorëzimit të Fuqisë

Ndikimi i densitetit volumetrik dhe gravimetrik në instalimet komerciale me kufizime hapësire

Kur bëhet fjalë për sistemet komerciale të ruajtjes së energjisë me bateri, sasia e energjisë të mbajtur për litër është faktor kyç për përcaktimin e mundësisë së zbatimit praktik të tyre. Kjo është veçanërisht e vërtetë në qytete ku çdo metër katror ka rëndësi, si p.sh. në qendrat tregtare ose në objektet e mëdha depozituese. Merrni parasysh bateritë NMC në krahasim me ato LFP. Lloji NMC mund të ngjitet me 30 deri në 50 për qind më shumë energji në të njëjtën hapësirë. Po flasim për rreth 350–500 Wh/L në krahasim me vetëm 200–300 Wh/L për LFP. Kjo bën një ndryshim të madh kur duhet të vendosen të gjitha komponentët në hapësira të kufizuara. Tani, densiteti gravimetrik, i cili mat energjinë për kilogram, ndikon në sa mbështetje strukturore mund të jetë e nevojshme. Por, në të vërtetë, shumica e njerëzve nuk shqetësohen shumë për peshë kur instalojnë këto sisteme, pasi ato zakonisht janë të fiksuar në vend.

Kur bëhet fjalë për instalimin e paneleve diellorë mbi ndërtesat ekzistuese ose për kryerjen e përmirësimeve të pasdhenave ku thjesht nuk ka hapësirë shtesë për punë, bateritë NMC shpesh janë më arsyeshme se bateritë LFP, edhe pse kostoja totale e tyre e pronësisë është më e lartë. Sipas një hulumtimi që u botua vitin e kaluar rreth sistemeve të rrjetit, përdorimi i baterive LFP kërkon nga 25 deri në afërsisht 40 për qind më shumë hapësirë për të njëjtën sasi ruajtjeje energjie. Kjo përkthehet në rreth pesëmbëdhjetë deri në tridhjetë dollarë për kilowatt-orë shtesë në kostot e instalimit, sepse gjithçka tjetër bëhet më e shtrenjtë kur shpërndahet në sipërfaqe më të mëdha. Megjithatë, vlen të theksohet se alternativat me litium-ferrum-fosfat mbeten konkurrentë të fortë për fabrikat dhe zhvillimet e reja, ku kemi shumë tokë të lirë, duke bërë madhësinë më pak problematike. Gjatë viteve të operimit, këto karakteristika sigurie, bashkë me jetëgjatësinë më të gjatë dhe kostot më të ulëta të mirëmbajtjes vazhduese, ofrojnë vlera reale për LFP që vazhdojnë të rriten.

FAQ

Cilat janë ndryshimet kryesore në stabilitetin termik midis baterive LFP dhe NMC?

Bateritë LFP kanë një temperaturë më të lartë të çregullimit termik, rreth 270 gradë Celsius, në krahasim me 150–200 gradë Celsius për bateritë NMC. Qelizat LFP prodhojnë rreth 80% më pak gaz të ndezshëm dhe çlirimin e nxehtësisë në një shpejtësi më të ngadaltë, duke i bërë ato më të sigurta në sistemet stacionare BESS.

Si ndikojnë bateritë LFP në shpenzimet e përgjithshme operative (OPEX)?

Për shkak të stabilitetit termik të tyre të superior, bateritë LFP kërkojnë sisteme më të thjeshta ftohëse dhe masa sigurie. Kjo rezulton në ulje 30–50% në shpenzimet operative në krahasim me sistemet NMC.

Si krahasohet jetëgjatësia ciklike e baterive LFP me atë të NMC në skenarët me ngarkesë pjesore (PSOC)?

Bateritë LFP humbasin kapacitetin me rreth gjysmën e shpejtësisë së baterive NMC kur janë nën kushte PSOC, duke ruajtur mbi 80% të kapacitetit pas 4.000 ciklesh, në krahasim me 2.000 cikle për bateritë NMC në kushte të ngjashme.

Cili është ndikimi i kostonjë së materialeve të para në zinxhirët e furnizimit të LFP dhe NMC?

Bateritë LFP përdorin hekur dhe fosfat të bollshëm, duke shmangur problemet etike dhe ekonomike të kobaltit të përdorur në bateritë NMC. Kjo rezulton në një zvogëlim 30% në kostot e materialeve të para për bateritë LFP.

Cila lloj baterie është më e mirë për instalimet me hapësirë të kufizuar?

Për vendet me hapësirë të kufizuar, bateritë NMC janë të preferuara për shkak të dendësisë së tyre më të lartë volumetrike dhe gravimetrike, edhe pse kanë një kostë totale më të lartë të pronësisë.