Mae'r toreth o storio ynni ar raddfa grid wedi newid yn sylfaenol sut mae systemau pŵer yn rheoli ysbeidiol a galw brig. O fewn y dirwedd hon, mae dau batrwm pensaernïol wedi dod i'r amlwg fel cyfluniadau dominyddol:systemau storio ynni batri mewn cynhwysydd(BESS) a-gosodiadau math gorsaf confensiynol sydd wedi'u lleoli o fewn-strwythurau pwrpasol. Er bod y ddau yn gwasanaethu swyddogaethau sy'n debyg i'w gilydd-storio ynni trydanol am amser-cyfleusterau symud-mae eu hathroniaethau peirianneg, eu logisteg lleoli, a'u nodweddion gweithredol yn amrywio'n sylweddol. Mae gan y gwahaniaeth hwn oblygiadau dwys ar gyfer economeg prosiect, y gallu i dyfu a rheoli asedau yn y tymor hir.
Y Chwyldro Amlwythiad (A Phham y Digwyddodd)
Doedd neb wir yn bwriadu i gynwysyddion gymryd drosodd. Digwyddodd y shifft bron ar ddamwain.
Tua 2015-2016, dechreuodd datblygwyr mewn ardaloedd anghysbell-yn enwedig gweithrediadau mwyngloddio yn Awstralia ac oddi ar-osodiadau grid ar draws Affrica is-Sahara-{4}}wedi mynnu rhywbeth nad oedd angen chwe mis o waith sifil arno. Roedd angen storfa arnyn nhw a allai gyrraedd lori a dechrau gweithio o fewn wythnosau. Yr ateb oedd syllu pawb yn wyneb: yr un blychau dur safonol a oedd eisoes wedi chwyldroi logisteg fyd-eang.
Daeth cynhwysydd safonol 20-troedfedd ISO (6.1m × 2.4m × 2.6m) neu ei gymar 40 troedfedd yn ffactor ffurf de facto. Mae popeth yn orlawn y tu mewn: raciau batri lithiwm-ion, systemau trosi pŵer, offer rheoli thermol, atal tân, caledwedd monitro. Mae'r integreiddio yn digwydd yn y ffatri, nid y maes. Dyna'r gwahaniaeth allweddol.
Yr hyn sy'n gwneud i hyn weithio'n dechnegol yw'r -cyn-beirianneg. Pan gludodd Tesla eu hunedau Megapack i Warchodfa Pŵer Hornsdale yn Ne Awstralia, cyrhaeddodd pob cynhwysydd fel is-system wedi'i dilysu, wedi'i phrofi. Roedd y gwaith safle yn ei hanfod yn "plwg a chwarae"-ymadrodd y mae peirianwyr yn casáu ei ddefnyddio ond mae cwsmeriaid wrth eu bodd yn clywed.
Gosodiadau Traddodiadol: Yr Achos Nid oes neb am ei wneud mwyach
Dyma lle mae'n rhaid i mi fod yn onest am rywbeth. Mae ysgrifennu'n ffafriol am orsaf draddodiadol-math BESS yn teimlo ychydig fel amddiffyn peiriannau ffacs. Mae'r dechnoleg yn gweithio. Mae wedi ei brofi. Mae rhai o'r asedau storio grid gweithredu hiraf yn y byd yn defnyddio'r dull hwn.
Ond mae'r economeg wedi newid mor ddramatig fel bod adeiladau traddodiadol newydd yn dod yn brin y tu allan i gyd-destunau penodol.
Wedi dweud hynny, mae'r dull yn dal i wneud synnwyr mewn rhai senarios:
Cyd-leoliad â chyfleusterau presennol
Cyd-leoliad â chyfleusterau presennol-canolfannau data, gweithfeydd gweithgynhyrchu, depos rheilffyrdd-lle gall ystafell fatri bwrpasol rannu seilwaith rheoli thermol, systemau diogelwch a phersonél cynnal a chadw.
01
Amgylcheddau trefol dwys
Amgylcheddau trefol dwyslle mae costau eiddo tiriog yn seryddol ac mae adeiladu fertigol yn cael ei ffafrio. Gall adeilad batri aml-lawr yn Downtown Tokyo neu Manhattan gyflawni dwyseddau ynni na all systemau cynhwysydd eu cyfateb. Gallwch bentyrru raciau llawr-i-nenfwd, gwneud y gorau o systemau HVAC ar gyfer amlen yr adeilad, ac integreiddio â seilwaith trydanol presennol yn fwy cain.
02
Gosodiadau hynod o fawr
Gosodiadau hynod o fawr(500MWh+) lle mae cost ymylol gwaith sifil yn mynd yn ddibwys o'i gymharu â hyblygrwydd dylunio personol.
03
Y broblem yw bod "ymylol" yn cael ei ailddiffinio o hyd. Bum mlynedd yn ôl, roedd unrhyw beth dros 100MWh yn ffafrio adeiladu traddodiadol. Heddiw mae'n debyg bod y trothwy hwnnw wedi symud i 300MWh neu uwch, ac mae'n dal i ddringo.
Rheolaeth Thermol: Lle Mae Pethau'n Diddorol
Dyma lle rydw i eisiau treulio peth amser oherwydd nid yw'n cael ei werthfawrogi'n ddigonol.
Mae{0}}celloedd ïon lithiwm yn-greaduriaid sy'n sensitif i dymheredd. Mae eu ffenestr weithredu optimaidd yn eistedd rhwng 15 gradd a 35 gradd. Drift y tu allan i'r ystod honno ac rydych chi'n edrych ar ddiraddiad cyflymach, pylu cynhwysedd, rhediad thermol posibl. Mae'r gwahaniaeth rhwng bywyd ased 12 mlynedd a bywyd ased 7 mlynedd yn aml yn dibynnu ar reolaeth thermol.
Mae systemau cynhwysydd wedi cydgyfeirio i raddau helaeth ar oeri hylif. Mae platiau oer yn cysylltu'n uniongyrchol â modiwlau batri, gan gylchredeg cymysgeddau dŵr glycol trwy ddolen gaeedig sy'n gysylltiedig ag oeryddion allanol. Mae'r màs thermol yn hylaw. Mae amseroedd ymateb yn gyflym. Mae graddiannau tymheredd ar draws y pecyn batri yn aros o fewn 3-5 gradd fel arfer.
Yn hanesyddol roedd gosodiadau traddodiadol yn dibynnu ar system aerdymheru ar lefel ystafell. Mae'n gweithio, ond yn llai effeithlon. Mae gan aer ddargludedd thermol ofnadwy o'i gymharu â hylif. Yn y pen draw, byddwch yn gor-oeri i sicrhau bod y celloedd cynhesaf yn aros o fewn terfynau, sy'n golygu bod y celloedd oeraf yn gweithredu'n is-optimaidd. Gall y llwyth parasitig ynni gyrraedd 8-12% o gapasiti'r system mewn hinsoddau poeth yn erbyn 3-5% ar gyfer cynwysyddion wedi'u hoeri gan hylif sydd wedi'u dylunio'n dda.
Mae -adeiladau math o orsafoedd mwy newydd wedi mabwysiadu oeri trochi-gan foddi modiwlau batri cyfan mewn hylif deuelectrig. Mae'r perfformiad thermol yn eithriadol. Ond mae'r cymhlethdod gweithredol a'r gofynion rheoli hylif wedi'u mabwysiadu'n gyfyngedig i gymwysiadau arbenigol.
Y Rhifau Does neb yn siarad amdanyn nhw
Mae datblygwyr prosiectau wrth eu bodd yn dyfynnu ffigurau $/kWh. Mae'r ystod bresennol rhywle rhwng $ 150-250 / kWh ar lefel y system ar gyfer datrysiadau cynhwysydd, yn dibynnu ar gemeg, hyd, a ffactorau daearyddol.
Ond mae'r prif rif hwnnw'n cuddio mwy nag y mae'n ei ddatgelu.
Ystyriwch ddau senario ar gyfer prosiect 100MWh:
Dull amwys:
Offer: ~$18M
Paratoi'r safle: ~$1.2M
Gosod a chomisiynu: ~$800K
Cydgysylltiad grid: ~$2M (yn amrywio'n wyllt yn ôl lleoliad)
Llinell amser: 8-14 mis o orchymyn i weithrediad
-math o orsaf draddodiadol:
Offer: ~ $15M (mae batris a PCS mewn gwirionedd yn costio ychydig yn llai heb gynhwysiad)
Adeiladu adeilad: ~$4-6M
Paratoi'r safle: ~$2M
Gosod a chomisiynu: ~$1.5M
Cydgysylltiad grid: ~$2M
Llinell amser: 18-30 mis
Mae'r prosiect cynhwysydd yn costio mwy mewn offer crai ond yn llai ym mhopeth arall. A'r gwahaniaeth llinell amser hwnnw? Mae'n cynrychioli cost cyfle nad yw'n ymddangos yn aml ar brofformas prosiectau. Gall ased storio sy'n ennill refeniw 12 mis ynghynt newid y calcwlws buddsoddi yn llwyr.
Tân a Diogelwch: Yr Eliffant yn y Cynhwysydd
Ni allaf ysgrifennu'r erthygl hon heb fynd i'r afael â'r hyn a ddigwyddodd yn Arizona yn 2019, neu Victoria yn 2021, neu'r digwyddiadau lluosog yn Ne Korea.
Nid yw tanau batri yn risgiau damcaniaethol. Maent yn heriau peirianneg sy'n gofyn am sylw difrifol.
Mae gan systemau mewn cynhwysydd rai manteision cynhenid. Mae arwahanrwydd corfforol rhwng unedau yn golygu nad yw digwyddiad rhedeg i ffwrdd thermol mewn un cynhwysydd o reidrwydd yn rhaeadru i unedau cyfagos. Gellir dylunio fentio diflagiad yn uniongyrchol i strwythur y cynhwysydd. Ymateb brys yn cael ei symleiddio-gall diffoddwyr tân fynd atynt, sefydlu parthau gwahardd, a gadael i unedau dan fygythiad losgi eu hunain heb beryglu strwythurau a feddiannir.
Roedd digwyddiad McMicken yn Arizona yn ymwneud â chynhwysydd a oedd wedi bod yn gweithredu ers bron i ddwy flynedd heb broblemau. Creodd cronni nwy yn ystod digwyddiad thermol amodau ffrwydrol. Pan agorodd diffoddwyr tân y drws i ymchwilio, ffrwydrodd y cynhwysydd. Cafodd pedwar o bobl eu cadw yn yr ysbyty.
Mae ymateb y diwydiant wedi bod yn gynhwysfawr: gwell systemau canfod nwy, paneli dad-fflamio awtomatig, protocolau ymateb brys diwygiedig sy'n gwahardd yn benodol agor cynwysyddion yn ystod digwyddiadau thermol a amheuir. Mae profion UL 9540A bellach yn darparu dulliau safonol ar gyfer gwerthuso nodweddion lluosogi tân.
Ond dyma beth sy'n hynod ddiddorol i mi. Mae -natur proffil uchel digwyddiadau BESS mewn cynhwysyddion mewn gwirionedd wedi ysgogi gwelliannau diogelwch cyflymach na phroffil risg mwy gwasgaredig gosodiadau traddodiadol. Pan aiff rhywbeth o'i le gyda chynhwysydd, mae'n gwneud newyddion. Pan fydd ystafell batri mewn cyfleuster diwydiannol yn cael digwyddiad, mae'n aml yn cael ei ddosbarthu o dan ddamweiniau diwydiannol cyffredinol ac yn cael llai o graffu.
Yr hyn y mae'r farchnad ei eisiau mewn gwirionedd
Rwyf wedi bod yn gwylio manylebau caffael yn esblygu dros yr ychydig flynyddoedd diwethaf. Mae'r sifft yn ddigamsyniol.
Bum mlynedd yn ôl, byddai RFPs yn gofyn am gynigion manwl ar gyfer datrysiadau cynhwysydd a gorsaf. Roedd gwerthuswyr eisiau cymharu.
Heddiw, mae'r rhan fwyaf o gaffael ar raddfa cyfleustodau yn nodi fformat cynhwysydd yn benodol. Mae'r safoni wedi dod yn hunan-atgyfnerthol. Mae buddsoddwyr yn deall y cynnyrch. Mae gan warantwyr yswiriant fframweithiau sefydledig. Mae contractwyr O&M wedi datblygu arbenigedd arbenigol. Mae'r ecosystem wedi cydgrynhoi o amgylch cynwysyddion.
Nid yw hyn yn golygu bod dulliau traddodiadol yn diflannu. Ond mae eu cilfach yn culhau. Gosodiadau personol ar gyfer cymwysiadau penodol. Prosiectau ôl-osod sy'n defnyddio'r seilwaith presennol. Rhanbarthau lle mae logisteg cynhwysydd yn heriol.
Y Cynhwysydd 5MWh a Thu Hwnt
Dyma lle mae pethau'n mynd.
Systemau cynwysyddion cynnar wedi'u pacio efallai 1-2MWh i mewn i flwch 40 troedfedd. Mae cynhyrchion cenhedlaeth gyfredol o CATL, BYD, Tesla, ac eraill yn cyflawni 3-4MWh fel mater o drefn. Mae'r Megapack 2 XL yn gwthio tuag at 4MWh. Mae EnerOne Plus CATL yn hawlio 5MWh+.
Y ffiseg sy'n gyrru hyn: celloedd dwysedd ynni uwch (280Ah LFP prismatig wedi dod yn safonol), rheolaeth thermol fwy effeithlon sy'n caniatáu pacio tynnach, algorithmau BMS doethach yn echdynnu mwy o gapasiti defnyddiadwy o'r un caledwedd.
Ond mae yna derfynau. Mae pwysau yn dod yn gyfyngiad tua 35-40 tunnell-yn fwy na hynny, rydych chi'n delio â gofynion trafnidiaeth trwm arbenigol. Mae dwysedd thermol yn golygu graddfa systemau gwrthod gwres yn aflinol. Mae prosesau ardystio diogelwch ar gyfer unedau gallu uwch yn cymryd mwy o amser ac yn costio mwy.
Fy nyfaliad-a dim ond dyfalu-yw y byddwn yn gweld safoni'r farchnad rhywle tua 5-6MWh fesul 40 troedfedd cyfatebol. Y tu hwnt i hynny, rydych chi'n dechrau ychwanegu cynwysyddion yn hytrach na'u chwyddo. Mae logisteg safoni yn gorbwyso manteision ymylol maint arferiad.
Nodyn Cyflym ar Gemeg
Rwyf wedi bod yn ysgrifennu'n bennaf am ffosffad haearn lithiwm (LFP) oherwydd dyna lle mae'r farchnad ar raddfa cyfleustodau wedi glanio. Mae'r proffil diogelwch, bywyd beicio, a thaflwybr cost yn ei gwneud yn drech ar gyfer cymwysiadau grid.
Ond peidiwch ag anwybyddu'r hyn sydd i ddod.
Mae ïon-sodiwm yn real. Mae gan CATL linellau cynhyrchu yn rhedeg. Mae'r dwysedd ynni yn is (tua 80-90% o LFP), ond mae costau deunydd crai a gwydnwch y gadwyn gyflenwi yn gymhellol. Ar gyfer storfa sefydlog lle mae dwysedd egni grafimetrig yn llai pwysig, gallai cynwysyddion sodiwm-ion ddal cyfran sylweddol o fewn 3-5 mlynedd.
Mae cyflwr solid yn parhau i fod ymhellach allan-mae'n debyg nad yw'n fasnachol ar raddfa grid cyn 2030. Ond pan fydd yn cyrraedd, mae'r hafaliadau rheoli thermol yn newid yn gyfan gwbl. Nid oes unrhyw electrolyt hylif yn golygu nodweddion diogelwch sylfaenol wahanol.
Syniadau Terfynol
Yn ei hanfod, mae'r ddadl mewn cynhwysyddion yn erbyn traddodiadol wedi'i setlo gan y farchnad. Enillodd cynwysyddion oherwydd eu bod wedi datrys y broblem lleoli, a'r defnydd oedd y dagfa. Nid oes gan y trawsnewidiad ynni amser i aros am beirianneg arfer ar bob prosiect.
Yr hyn sy'n parhau i fod yn ddiddorol yw nid y gystadleuaeth rhwng y fformatau hyn ond yr esblygiad sy'n digwydd o fewn systemau cynhwysydd. Galluoedd mwy, rheolaeth thermol doethach, integreiddio mwy soffistigedig â gwasanaethau grid. Mae'r cynhwysydd wedi dod yn llwyfan.
Bydd gosodiadau math gorsaf traddodiadol yn parhau mewn cilfachau lle maent yn gwneud synnwyr. Prosiectau tir llwyd. creiddiau trefol dwys. Ceisiadau â gofynion unigryw. Ond ar gyfer prif ffrwd-defnyddio storfa ar raddfa grid-yr oriau gigawat-oriau o gapasiti sy'n cael eu hychwanegu'n flynyddol ar draws pob cyfandir-mae'r cynhwysydd wedi dod yn uned osod sylfaenol.
Nid rhamant yw hynny. Dyna logisteg. Ac mewn seilwaith, mae logisteg fel arfer yn ennill.