電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是能源部門的重要組成部分，然而是需要特別關(guān)注的復(fù)雜系統(tǒng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)所有者的主要目標(biāo)是在不承擔(dān)額外風(fēng)險(xiǎn)的情況下使儲(chǔ)能系統(tǒng)利潤(rùn)最大化。這就是電池分析技術(shù)發(fā)揮重要作用的地方。

 

 

TWAICE公司在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的電池單元測(cè)試  

 

蓬勃發(fā)展的儲(chǔ)能市場(chǎng)  

 

全球各地如今部署了大約25GWh固定電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。而在未來(lái)將迅速增加，因?yàn)殡姵貎?chǔ)能系統(tǒng)非常適合應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。與大多數(shù)可再生能源發(fā)電技術(shù)不同，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以提供能量，還可以存儲(chǔ)能量，并且可以在幾毫秒內(nèi)響應(yīng)電力需求。這使它們適用于多種用例，其中包括電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。此外，不斷下降的電池價(jià)格使儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資和部署更具吸引力。這些因素推動(dòng)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)繁榮發(fā)展，到2030年儲(chǔ)能系統(tǒng)部署可能會(huì)達(dá)到數(shù)百吉瓦時(shí)。  

 

然而，系統(tǒng)集成商、資產(chǎn)所有者、合作伙伴和金融服務(wù)提供商等市場(chǎng)參與者，將決定不推進(jìn)儲(chǔ)能部署的主要原因確定為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，以及面臨市場(chǎng)挑戰(zhàn)和不斷變化的監(jiān)管環(huán)境。這些市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)涉及價(jià)格波動(dòng)，而新法規(guī)可能會(huì)影響商業(yè)案例的部署。加州就面臨這樣的情況，其市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)幾乎被長(zhǎng)期電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)保護(hù)的大多數(shù)儲(chǔ)能項(xiàng)目收入消除了。  

 

因此，高達(dá)數(shù)百兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能項(xiàng)目不再罕見。但是，在受到這些外部市場(chǎng)因素的影響的同時(shí)，對(duì)于任何電池儲(chǔ)能項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，都需要仔細(xì)評(píng)估用例對(duì)電池的影響。  

 

面臨技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的挑戰(zhàn)  

 

電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，而作為一種新的資產(chǎn)類別，許多以前從未接觸過電池的用戶現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它們對(duì)他們的成功至關(guān)重要。  

 

為確保達(dá)成共識(shí)，以下需要了解一些事實(shí)：  

 

•電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常是一種非常安全可靠的技術(shù)。然而，與其他技術(shù)一樣，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)或電池可能會(huì)出現(xiàn)故障，其后果取決于嚴(yán)重程度。在最好的情況下，適度降低性能或計(jì)劃外維護(hù)。在最壞的情況下，如果問題沒有立即得到解決，或者一個(gè)重要組件在發(fā)出沒有警告的情況下發(fā)生故障，這會(huì)導(dǎo)致計(jì)劃外停機(jī)并進(jìn)行大修。一個(gè)引人注目的例子是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，例如韓國(guó)的多個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)和APS公司在亞利桑那州的一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)起火并爆炸吸引了業(yè)界人士的關(guān)注。雖然其發(fā)生的概率小于百萬(wàn)分之一，但如果發(fā)生，這可能就是一場(chǎng)災(zāi)難。  

 

•停機(jī)時(shí)間是一種直接轉(zhuǎn)化為財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。雖然停機(jī)時(shí)間似乎并不引人注目，但某些用例取決于電池的可用性。當(dāng)在需要時(shí)無(wú)法提供電力時(shí)，就會(huì)因違反合同而受到處罰，或者更簡(jiǎn)單地說(shuō)，會(huì)帶來(lái)很大損失。而包括電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在內(nèi)的能源解決方案可以為用戶節(jié)省很多電費(fèi)，如果電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力需求峰值期間出現(xiàn)故障，那么可能就不會(huì)帶來(lái)成本節(jié)省，而且儲(chǔ)能系統(tǒng)的所有者仍然需要支付儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。  

 

•在電池工作壽命的后期，存在不再滿足功率或容量要求的風(fēng)險(xiǎn)。這導(dǎo)致某些市場(chǎng)和用例被排除在外，但也包含處罰的風(fēng)險(xiǎn)。  

 

現(xiàn)在采取的一些措施只能部分解決這些挑戰(zhàn)，或者變得成本高昂，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)公司無(wú)法評(píng)估其運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。簡(jiǎn)而言之，電池帶來(lái)了巨大機(jī)遇，但也有很高和可控風(fēng)險(xiǎn)。以下介紹采用電池分析技術(shù)的原因和所起的作用。  

 

為什么電池分析如此重要？  

 

電池退化也稱為電池老化，對(duì)電池生命周期的性能有重大影響。隨著時(shí)間的推移，容量衰減和電阻增加這兩個(gè)主要影響變得更加明顯。其整體能力通常在稱為健康狀況(SoH)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）中共同衡量。  

 

這種老化行為和健康狀態(tài)是由多種因素驅(qū)動(dòng)的，不同的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)有很大的差異。兩個(gè)具有90%健康狀況(SoH)的電池的剩余使用壽命可能截然不同，這取決于它們之前的處理方式。以下了解其中的一些因素：  

 

•溫度：溫度具有很大的影響，但根據(jù)情況和電池不同的溫度范圍可能是有益的。而其經(jīng)驗(yàn)法則是：當(dāng)電池閑置時(shí)，低溫運(yùn)行可以防止過多的老化，即隨著時(shí)間的推移而不使用而發(fā)生的老化，而運(yùn)營(yíng)在適度的溫度中（例如30℃）可能是一個(gè)最佳選擇。  

 

•充電率：不同類型的電池用于不同應(yīng)用場(chǎng)景。一般來(lái)說(shuō)，高充電率往往比低充電率對(duì)電池老化的影響更大。

 

•平均荷電狀態(tài)(SoC)：雖然希望有大量可用能源（取決于用例），但較高的平均荷電狀態(tài)(SoC)可能會(huì)加速老化。過低的平均荷電狀態(tài)(SoC)可能會(huì)威脅到商業(yè)案例，因?yàn)闆]有足夠的電力可用。電池管理系統(tǒng)應(yīng)始終在技術(shù)上防止荷電狀態(tài)(SoC)過低，以防止電池?fù)p壞。  

 

•放電深度(DoD)：這是指在任何給定時(shí)間從儲(chǔ)能系統(tǒng)取出的能量。在電池放電的平均荷電狀態(tài)(SoC)從80%降到35%時(shí)，這轉(zhuǎn)化為45%的放電深度(DoD)。通常情況下，具有較低的放電深度(DoD)是有益的。  

 

但實(shí)際情況要復(fù)雜得多。每種電池類型對(duì)這些壓力因素的反應(yīng)都非常不同，但為了防止電池退化，而根據(jù)以上所述的壓力因素而“過度小心”地運(yùn)營(yíng)電池，將會(huì)浪費(fèi)大量的潛力。

 

那么，為什么不從一開始就簡(jiǎn)單地讓電池儲(chǔ)能系統(tǒng)擴(kuò)展更多的儲(chǔ)能容量？首先，初始投資成本將會(huì)飆升并影響商業(yè)案例部署。而大多數(shù)用戶的目標(biāo)是盡可能多地利用儲(chǔ)能系統(tǒng)。  

 

這引出了第二個(gè)問題：雖然在幾年前針對(duì)特定用例的預(yù)先優(yōu)化可能是一個(gè)有效的想法，但此后用例變得更加復(fù)雜。而多用途戰(zhàn)略或在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后改變經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，將成為儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得高盈利能力的必要條件。因此，從一開始就確定儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模變得不那么重要，并且調(diào)度計(jì)劃正在定期進(jìn)行，需要對(duì)當(dāng)前電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量和不同運(yùn)營(yíng)策略的影響有新的見解。  

 

電池分析對(duì)于規(guī)劃電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行策略至關(guān)重要

 

在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中的重要差異化因素  

 

在銷量不斷增加、價(jià)格不斷下降和整合不斷加強(qiáng)的儲(chǔ)能市場(chǎng)中，還有許多尚未開發(fā)的潛力，而這導(dǎo)致了激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而且仍有許多新參與者試圖在這個(gè)不斷增長(zhǎng)和發(fā)展的市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟。而具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格已成為主要供應(yīng)商（電池和儲(chǔ)能變流器制造商）和大客戶（公用事業(yè)公司和不斷增加的獨(dú)立發(fā)電商）的必要條件。當(dāng)然，儲(chǔ)能集成商將尋求通過創(chuàng)新產(chǎn)品和附加解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)差異化。  

 

2021年排名前七的儲(chǔ)能廠商占2021年綜合產(chǎn)能的三分之二左右清楚地表明儲(chǔ)能市場(chǎng)正在進(jìn)行整合。盡管如此，由于動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，一些新的市場(chǎng)參與者試圖在儲(chǔ)能市場(chǎng)上站穩(wěn)腳跟以獲得更多的市場(chǎng)份額。為了鞏固他們的地位，傳統(tǒng)企業(yè)正在擴(kuò)大他們的市場(chǎng)份額。雖然幾年前儲(chǔ)能系統(tǒng)集成是他們的重點(diǎn)，但大多數(shù)企業(yè)除了提供幾乎成為市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的能源管理系統(tǒng)(EMS)軟件之外，還提供電池管理系統(tǒng)(BMS)軟件，有些甚至提供能源交易軟件。此外，運(yùn)維和管理服務(wù)和工程、采購(gòu)和施工(EPC)現(xiàn)在屬于標(biāo)準(zhǔn)組合。  

 

這些都是必要的措施，因?yàn)檫@些參與者在定價(jià)和最低采購(gòu)量方面受到主要供應(yīng)商擠壓。此外，太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施和電池項(xiàng)目開發(fā)商還在行業(yè)下游集成，以增強(qiáng)其儲(chǔ)能系統(tǒng)集成能力，并且直接從組件供應(yīng)商采購(gòu)產(chǎn)品。

 

電池分析技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)為是提高市場(chǎng)吸引力和利潤(rùn)率的關(guān)鍵。提高對(duì)他們?nèi)载?fù)有持續(xù)保修義務(wù)的項(xiàng)目的透明度，或?qū)⒎?wù)提供給儲(chǔ)能系統(tǒng)所有者和運(yùn)營(yíng)商，從而使用戶能夠從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。  

 

最后，從軟件提供商的角度來(lái)看：在早期項(xiàng)目階段連接到儲(chǔ)能系統(tǒng)并影響數(shù)據(jù)質(zhì)量要比將解決方案改造為現(xiàn)有項(xiàng)目要容易得多，而且對(duì)客戶來(lái)說(shuō)成本也更低。