Systemau Storio Ynni Batrigweithio trwy drosi trydan yn botensial cemegol a gwrthdroi'r broses honno ar alw trwy gynulliadau cydgysylltiedig o gelloedd ïon lithiwm, caledwedd trosi pŵer, offer rheoleiddio thermol, a chydrannau meddalwedd rheoli goruchwylio - y mae'n rhaid iddynt weithredu o fewn goddefiannau llawer llymach nag y byddai cyhoeddiadau'r prosiect sgleiniog erioed yn ei awgrymu. Nid adeiladu un uned swyddogaethol yw'r her wirioneddol ond yn hytrach trefnu miloedd o gelloedd unigol i ymddwyn fel un system gydlynol wrth reoli dulliau methu sy'n cronni'n lluosog ar draws pob rac, pob modiwl, pob cymal weldio. Mae'r gosodiadau hyn yn angori sefydlogrwydd grid ar draws tri chyfandir nid oherwydd bod y beirianneg yn syml - nid yw'n wir - ond oherwydd bod ynni adnewyddadwy ysbeidiol yn mynnu rhywbeth a all amsugno cynhyrchiant dros ben ar 2 PM a'i chwistrellu yn ôl ar 7 PM pan fydd allbwn solar yn cwympo a phawb yn troi eu haerdymheru ymlaen ar yr un pryd.
Nid oes neb yn esbonio'r broblem cydbwyso celloedd yn iawn
Dyma beth na fydd y taflenni manylebau yn ei ddweud wrthych: gall diffyg cyfatebiaeth cyflwr o ddim ond 10% ar draws cyfresi-celloedd cysylltiedig gloi 20% o gapasiti eich plât enw i ffwrdd. Ugain y cant. Ar osodiad 100 MWh mae hynny'n 20 MWh y taloch amdano ond ni allwch gael mynediad ato.
Mae'r ffiseg yn anfaddeuol. Pan fydd celloedd mewn llinyn yn cyrraedd lefelau gwefr gwahanol - ac maen nhw bob amser yn gwneud hynny, yn y pen draw - mae'r gell wannaf yn pennu ymddygiad y system. Yn ystod y gollyngiad, mae'r gell wan honno'n taro ei foltedd torri yn gyntaf ac yn terfynu'r llinyn cyfan. Wrth wefru, mae'r gell gryfaf yn dirlawn yn gyntaf ac yn gorfodi cau i lawr tra bod ei chymdogion yn hanner-gwag. Mae eich System Storio Ynni Batri yn dod yn wystl i'w chydran sy'n perfformio waethaf.
Mae cemeg LFP yn gwneud hyn yn waeth mewn ffyrdd sy'n dal pobl oddi ar eu gwyliadwriaeth. Mae'r gromlin foltedd bron yn berffaith wastad rhwng 20% ac 80% o gyflwr tâl. Gall gwahaniaeth 40 milivolt yn y terfynellau - sy'n llai na sŵn mewn rhai systemau mesur - guddio'r bwlch rhwng capasiti gwirioneddol 96% a 38%. Mae algorithmau cydbwyso traddodiadol sy'n seiliedig ar foltedd yn edrych ar y llinell wastad hon ac yn rhoi'r gorau iddi yn y bôn. Dim ond yn y rhanbarthau pen-glin y gallant weithredu ar ben eithaf a gwaelod y gromlin wefr lle mae foltedd mewn gwirionedd yn ymateb i newidiadau cyflwr gwefr.
Treuliais dair wythnos yn 2022 yn helpu tîm comisiynu i fynd ar ôl mater capasiti rhithiol ar brosiect 50 MW yn Texas. Pasiodd y Systemau Storio Ynni Batri bob prawf trydanol. Roedd y celloedd yn edrych yn iawn yn unigol. Wedi troi allan roedd chwe modiwl a gladdwyd yn y trydydd rhesel wedi symud i mewn i anghydbwysedd cronig na allai'r BMS ei weld oherwydd nad oedd neb wedi dod â'r system i wefr lawn yn ystod y llosgi-i mewn. Roedd y rhanbarth foltedd gwastad yn cuddio popeth nes i ni gynnal prawf cynhwysedd cywir a dod i fyny 8% yn brin o blatiau enw.
Beth mae'r BMS yn ei wneud mewn gwirionedd (a ddim yn ei wneud)
Mae systemau rheoli batris yn cael eu marchnata fel gwarcheidwaid omniscient. Mewn gwirionedd maent yn monitro offer gyda mannau dall sylweddol.
Mae BMS yn mesur foltedd terfynol, llif cerrynt, a thymheredd ar wahanol bwyntiau. O'r rhain mae'n amcangyfrif cyflwr gwefr, fel arfer gan ddefnyddio rhyw gyfuniad o gyfrif coulomb a thablau chwilio am foltedd. Mae'r cywirdeb yn dibynnu'n llwyr ar ba mor dda y mae'r tablau chwilio hynny'n cyfateb i'ch celloedd gwirioneddol o dan eich amodau gweithredu gwirioneddol - cymhwyster sy'n torri i lawr yn gyflymach nag y mae gwerthwyr yn cyfaddef.
Mae cyfrif Coulomb yn cronni gwallau bach gyda phob cylchred. Mae cyfraddau hunan-ryddhau yn amrywio rhwng celloedd yn ôl ffactorau sy'n dibynnu ar hanes tymheredd, oedran, a lot gweithgynhyrchu. Heb ddigwyddiadau ail-raddnodi cyfnodol sy'n dod â'r pecyn i bwynt cyfeirio hysbys, bydd eich amcangyfrif o gyflwr eich tâl yn drifftio. Rwyf wedi gweld systemau lle'r oedd yr SOC a ddangoswyd wedi dargyfeirio o bymtheg pwynt canran o realiti dros wyth mis o weithredu oherwydd nad oedd y safle erioed yn rhedeg cylch gwefru llawn. Roedd yr algorithm yn parhau i integreiddio mesuriadau cyfredol yn erbyn cyfeiriad nad oedd yn bodoli mwyach.
Mae'r swyddogaethau amddiffyn yn gweithio'n well. Toriadau gorfoltedd a thanfoltedd, terfynau gorlif, trothwyon diffodd thermol - mae'r rhain yn ffiniau caled sy'n baglu pan fydd mesuriadau'n uwch na'r pwyntiau gosod. Syml. Dibynadwy. Hefyd braidd yn amrwd, oherwydd erbyn i chi gyrraedd terfynau amddiffyn rydych chi eisoes wedi pwysleisio'ch celloedd y tu hwnt i'r ystodau gweithredu delfrydol.
Y realiti rhedeg i ffwrdd thermol
Mae pob cell ïon lithiwm yn cynnwys digon o egni wedi'i storio i achosi problemau os yw'r egni hwnnw'n rhyddhau'n afreolus. Mae rhediad thermol yn digwydd pan fydd gwres mewnol yn fwy na gallu'r gell i wasgaru gwres, gan sbarduno adweithiau ecsothermig sy'n cynhyrchu mwy o wres, sy'n sbarduno mwy o adweithiau, sy'n cynhyrchu nwyon fflamadwy, a all danio neu ffrwydro yn dibynnu ar amodau cyfyngu.
Newidiodd digwyddiad Arizona yn 2019 berthynas y diwydiant â'r risg hon. Ymatebodd diffoddwyr tân i dân BESS, aethant at y cynhwysydd ar ôl gweld dim fflamau gweladwy, agorodd y drws i asesu amodau - a daeth cwmwl cronedig o allyriadau hydrogen cyfoethog o hyd i ffynhonnell danio. Rhoddodd y ffrwydrad bedwar ymatebwr cyntaf i'r ysbyty.
Roedd gan Dde Korea 23 o danau BESS ar wahân rhwng 2017 a 2019. Caeodd y llywodraeth systemau gweithredol ledled y wlad tra bod ymchwilwyr yn gweithio trwy ddulliau methiant. Dilynwyd hyn gan newidiadau dylunio. Roedd gosodiadau newydd yn dilyn rheolau gwahanol. Ac yna digwyddodd mwy o danau beth bynnag.
Mae cemeg LFP yn lleihau tebygolrwydd rhediad thermol o'i gymharu â'r NMC. Mae'r strwythur grisial olivine yn fwy sefydlog yn thermol. Gostyngodd digwyddiadau methiant fesul gigawat-awr a ddefnyddiwyd 97% rhwng 2018 a 2023 yn ôl dadansoddiad y diwydiant. Ond nid yw "lleihau tebygolrwydd" yn golygu "risg wedi'i ddileu." Mae systemau LFP wedi mynd ar dân o hyd. Roedd tri digwyddiad yn ystod y deuddeg mis diwethaf yn ymwneud â chemegau yr oedd deunyddiau marchnata wedi'u disgrifio'n flaenorol fel rhai "cynhenid ddiogel."
Yr asesiad gonest: mae rhediad thermol yn berygl cynhenid -storio ïon lithiwm ar raddfa fawr. Mae lliniaru dylunio yn helpu. Mae bylchau yn helpu. Mae systemau atal yn helpu. Mae systemau canfod yn helpu. Nid oes dim yn dileu'r posibilrwydd yn gyfan gwbl. Mae unrhyw un sy'n dweud wrthych fel arall yn gwerthu rhywbeth.
Pam y bydd eich amserlen gomisiynu yn llithro
Mae pum deg naw y cant o fethiannau BESS yn digwydd o fewn y ddwy flynedd gyntaf o weithredu, yn bennaf o falans-o-y materion system a gyflwynwyd yn ystod y comisiynu. Dylai'r ystadegyn ddychryn datblygwyr prosiectau ond nid yw'n ymddangos fel petai.
Mae comisiynu gosodiad Systemau Storio Ynni Batri yn golygu dwyn ynghyd offer gan werthwyr lluosog - cyflenwyr batri, gweithgynhyrchwyr gwrthdröydd, integreiddwyr rheolaethau, contractwyr HVAC, arbenigwyr atal tân - pob un yn gweithredu yn erbyn eu cwmpas gwaith eu hunain, eu protocolau profi eu hunain, eu diffiniad eu hunain o "gyflawn." Methiannau cydlynu yw'r canlyniad rhagosodedig yn absennol o reolaeth ymosodol.
Gwyliais brosiect 40 MW yng Nghaliffornia yn segur am dri mis oherwydd daeth y gymeradwyaeth rhyng-gysylltiad drwodd cyn i'r gwerthwr batri orffen comisiynu'r firmware BMS. Dechreuodd y celloedd golli gwefr wrth aros. Yn y pen draw bu'n rhaid i rywun rentu generaduron disel i ailwefru batris a oedd yn bodoli'n benodol i storio ynni adnewyddadwy. Ni chollwyd yr eironi ar unrhyw un dan sylw.
Gall integreiddio cyfathrebiadau yn unig yfed wythnosau o ddatrys problemau. Mae angen i'r system rheoli ynni siarad â'r BMS. Mae angen i'r BMS adrodd i SCADA. Mae angen gorchmynion gan reolwr y planhigyn ar y system trosi pŵer. Mae pob rhyngwyneb yn defnyddio protocolau sy'n cydymffurfio'n ddamcaniaethol â safonau ond sydd angen cyfluniad personol yn ymarferol oherwydd nid oes unrhyw ddau werthwr yn dehongli'r safonau hynny yn union yr un fath.
Yna mae dilysu system thermol. Mae Systemau Storio Ynni Batri sy'n profi'n berffaith yn yr hinsawdd-ffatrïoedd a reolir yn ymddwyn yn wahanol wrth eu gosod yn yr awyr agored mewn amgylcheddau ag amrywiad tymheredd gwirioneddol. Mae capasiti oeri yn cael ei gynllunio yn erbyn y rhagdybiaethau gwaethaf. Mae llwythi gwres y byd go iawn yn dibynnu ar batrymau beicio nad ydyn nhw'n bodoli nes bod y system yn dod i mewn i weithrediad masnachol. Dim ond ar ôl i chi fynd heibio'r pwynt lle mae newidiadau'n hawdd y daw'r bwlch rhwng amodau dylunio ac amodau gweithredu yn weladwy.
Yr EMS yw lle mae economeg yn cwrdd ag electrocemeg
Ar raddfa grid, mae'r system rheoli ynni yn pennu a yw gosodiad yn gwneud arian neu'n ei ddinistrio.
Mae'r EMS yn cydlynu gorchmynion tâl a rhyddhau yn seiliedig ar amodau grid, signalau marchnad, rhagolygon cynhyrchu adnewyddadwy, a chyfyngiadau cyflwr batri. Mae'n penderfynu pryd i brynu pŵer o'r grid am brisiau isel a phryd i werthu ynni wedi'i storio yn ystod ffenestri brig galw. Mae'n optimeiddio ar draws ffrydiau refeniw lluosog ar yr un pryd - arbitrage ynni, rheoleiddio amlder, taliadau capasiti, cronfa nyddu - pob un â gofynion amser ymateb gwahanol a gwahanol effeithiau ar draul batri.
Mae hyn yn swnio fel problem meddalwedd. Mae hefyd yn sylfaenol broblem electrocemeg.
Mae pob cylch gollwng gwefr yn diraddio'r celloedd. Mae cyfradd y diraddio yn dibynnu ar dymheredd, dyfnder y gollyngiad, y gyfradd wefru, a'r amser a dreulir ar gyflwr codi tâl uchel. Gall strategaeth fasnachu ymosodol sy'n tynnu'r refeniw tymor byr mwyaf ddinistrio-gwerth ased tymor hir drwy gyflymu pylu capasiti. Gallai strategaeth geidwadol sy'n cadw'r Systemau Storio Ynni Batri danberfformio'n economaidd oherwydd ei bod yn gadael arian ar y bwrdd.
Mae'r calcwlws optimeiddio yn newid yn seiliedig ar delerau gwarant. Mae'r rhan fwyaf o warantau BESS yn cyfyngu ar gyfanswm y mewnbwn ynni fel swyddogaeth cyfrif beiciau ac amser calendr. Mae gweithredu y tu hwnt i'r trwybwn yn cyfyngu ar y ddarpariaeth o unedau gwag. Mae gweithredu ymhell o fewn y terfynau yn golygu eich bod wedi prynu mwy o fatri nag yr ydych yn ei ddefnyddio. Mae'r man melys yn dibynnu ar fanylion cytundebol sy'n amrywio rhwng gosodiadau, darparwyr gwarant, a thelerau a drafodwyd.
Mae cael hyn yn anghywir yn costio arian go iawn. Awgrymodd un dadansoddiad y gall cromliniau foltedd gwastad mewn systemau LFP guddio materion anghydbwysedd sy'n draenio $250,000 yn dawel bob blwyddyn mewn perfformiad coll - ar un prosiect.
Mae'r cyfaddawd LFP yn erbyn NMC pawb yn gorsymleiddio
Mae disgwrs diwydiant yn tueddu i fframio hyn fel LFP ar gyfer storio llonydd, NMC ar gyfer cerbydau trydan. Mae'r realiti yn fwy blêr.
Mae LFP yn cynnig mwy o gylchoedd. Dangosodd profion yn Sandia National Laboratories fod celloedd LFP yn diraddio tua hanner mor gyflym â'r hyn sy'n cyfateb i'r NMC dan yr un amodau beicio. Mae'r strwythur olivine sefydlog yn trin intercalation lithiwm heb fawr ddim straen catod. Mae amcangyfrifon oes beic yn amrywio o 3,000 i 6,000 o ddyfnder llawn o gylchoedd rhyddhau cyn cyrraedd 80% o gadw capasiti, gyda rhai systemau yn hawlio 10,000+ o gylchoedd rhannol.
Mae NMC yn cynnig dwysedd ynni uwch. Gallwch chi bacio mwy o gilowat-oriau i lai o le a llai o bwysau. Ar gyfer cymwysiadau symudol mae hyn yn bwysig iawn. Ar gyfer storfa sefydlog lle nad ôl troed yw'r prif gyfyngiad, mae'r fantais yn lleihau.
Mae heneiddio calendr yn effeithio ar y ddwy gemeg. Mae batris yn diraddio dros amser ni waeth a ydych chi'n eu beicio ai peidio. Mae tymheredd uchel yn cyflymu heneiddio calendr. Mae cyfraddau tâl uchel yn cyflymu heneiddio calendr. Mae'r mecanweithiau diraddio yn amrywio rhwng cemegau ond mae'r canlyniad yn cydgyfeirio: mae colli cynhwysedd yn digwydd p'un a yw'r batri'n gweithio'n galed neu'n eistedd yn segur.
Mae mantais diogelwch thermol LFP yn real ond wedi'i gorddatgan. Mae dwysedd ynni is yn golygu bod llai o ynni ar gael i'w ryddhau yn ystod digwyddiadau methiant. Mae'r cemeg ei hun yn fwy sefydlog yn thermol. Ond nid yw "mwy diogel" yn golygu "diogel." Mae dyluniad gosodiadau yn dal i fod yn bwysig. Mae rheolaeth thermol yn dal i fod yn bwysig. Mae canfod ac atal yn dal i fod yn bwysig.
Yr hyn sy'n cael ei grybwyll yn anaml: mae cromlin foltedd gwastad LFP yn creu heriau rheoli batri nad ydynt yn bodoli gyda NMC. Ni all y BMS ddefnyddio foltedd i amcangyfrif cyflwr gwefr ar draws y rhan fwyaf o'r ystod weithredu. Mae algorithmau cydbwyso sy'n gweithio'n iawn i'r NMC yn cael trafferth gyda LFP. Mae'r un nodwedd sy'n gwella bywyd beicio yn cymhlethu amcangyfrif y wladwriaeth.
Mae profion derbyn safle yn dal llai nag y dylai
Mae profion derbyn ffatri yn dilysu bod offer yn gweithio o dan amodau rheoledig cyn eu cludo. Mae profion derbyn safle yn dilysu bod offer yn gweithio ar ôl eu gosod o dan amodau gweithredu gwirioneddol. Mae'r ddau yn angenrheidiol. Nid yw'r naill na'r llall yn ddigonol.
Y bwlch rhwng cwblhau FAT a TASau yw lle mae problemau'n byw. Gall offer a basiodd profion ffatri fethu profion safle oherwydd bod cludiant wedi difrodi cydrannau sensitif. Gall gwallau gosod beryglu systemau a oedd yn gwbl weithredol pan adawsant y ffatri. Dim ond pan fydd popeth yn cysylltu â'i gilydd am y tro cyntaf y daw problemau rhyngwyneb rhwng is-systemau sydd wedi'u profi ar wahân.
Mae gan hyd yn oed rhaglenni SAT trylwyr derfynau cwmpas. Ni allwch brofi dibynadwyedd ugain mlynedd mewn ffenestr gomisiynu o bythefnos. Ni allwch efelychu pob cyflwr grid y bydd y system yn dod ar ei draws yn ystod ei hoes weithredu. Gallwch wirio bod pethau'n gweithio fel y'u dyluniwyd o dan amodau prawf. Ni allwch wirio bod y dyluniad yn ddigonol ar gyfer yr holl amodau posibl.
Mae comisiynu sy'n seiliedig ar ddadansoddeg{0}}yn cynyddu'n union oherwydd bod profion traddodiadol yn methu pethau. Gall dadansoddiad ystadegol ar draws poblogaethau celloedd nodi allgleifion sy'n pasio profion trydanol ond sy'n arddangos patrymau ymddygiad sy'n gysylltiedig â methiant cynnar. Gall delweddu thermol yn ystod beicio ddatgelu diffygion oeri cyn iddynt achosi difrod. Gall algorithmau rhagfynegol sydd wedi'u hyfforddi ar ddata fflyd amlygu anghysondebau na fyddai peirianwyr safle yn eu cydnabod fel rhai arwyddocaol.
Mae'r diwydiant yn dysgu. 37% o brosiectau BESS y DU yn colli eu llinell amser comisiynu - rhai bron i flwyddyn. Mae prosiectau ERCOT ar gyfartaledd rhwng chwech a naw mis o oedi. Mae pob mis llithro yn cynrychioli refeniw a gollwyd a risg gronedig.
Yr hyn sy'n cael ei anfon mewn gwirionedd yn erbyn yr hyn y mae datganiadau i'r wasg yn ei gyhoeddi
Mae cyflwyniadau cynhadledd yn dangos systemau 1.6 terawat-awr gyda chemegau celloedd egsotig a rheolyddion AI-optimeiddio. Mae gosodiadau gwirioneddol yn cael eu dominyddu gan unedau ïon lithiwm mewn cynwysyddion gan ddefnyddio cadwyni cyflenwi sefydledig a phatrymau integreiddio profedig.
Mae'r bwlch yn ymestyn tua phum mlynedd. Gallai technolegau a ddangosir mewn labordai a phrosiectau peilot heddiw gyrraedd defnydd ar raddfa fasnachol tua 2030, gan dybio bod graddfeydd gweithgynhyrchu, gostyngiad mewn costau, a data dibynadwyedd yn cronni. Nid yw'r llinell amser honno'n rhagdybio unrhyw rwystrau mawr yn sgil digwyddiadau tân, amhariadau ar y gadwyn gyflenwi, neu fethiannau perfformiad sy'n ailosod hyder y diwydiant.
Cymerodd modiwlau optegol 800G ddegawd o arddangosiadau cyntaf i gyfrolau cynhyrchu ystyrlon. Mae'r un patrwm ar gyfer y rhan fwyaf o systemau caledwedd cymhleth. Ymchwil arloesol yn mynd yn ddiflas peirianneg cynhyrchu yn dod yn dechnoleg nwyddau dibynadwy. Mae angen datrys problemau gwahanol ar gyfer pob cyfnod pontio.
Mae'n debyg bod y Systemau Storio Ynni Batri y byddwch chi'n eu defnyddio yn y chwarter nesaf wedi'u dylunio bedair blynedd yn ôl, gan ddefnyddio technoleg celloedd cymwys ddwy flynedd cyn hynny, a weithgynhyrchwyd ar linellau cynhyrchu a ddilyswyd hyd yn oed yn gynharach. Mae'r system a ddefnyddir gan eich plant yn 2035 yn cael ei dylunio nawr, gan ddefnyddio ymchwil a gyhoeddwyd dros yr ychydig flynyddoedd diwethaf.
Nid pesimistiaeth yw hynny. Dyna realiti gweithgynhyrchu. Mae ei ddeall yn helpu i raddnodi disgwyliadau am yr hyn sydd ar gael mewn gwirionedd yn erbyn yr hyn sy'n bosibl yn ddamcaniaethol.
Mae'r diwydiant yn tyfu. -Mae gosodiadau graddfa grid yn lluosi. Mae cromliniau dysgu yn gostau plygu i lawr. Ond nid yw'r ffiseg wedi newid. Nid yw'r heriau peirianneg wedi diflannu. Mae'r cyfaddawdau rhwng perfformiad, cost, diogelwch a hirhoedledd yn parhau i fod yn ystyfnig o real.
Mae pob prosiect Systemau Storio Ynni Batri sy'n gweithredu'n llwyddiannus yn cyfrannu at ddysgu ar y cyd. Mae pob methiant yn darparu data sy'n gwella dyluniadau yn y dyfodol. Mae'r dechnoleg yn gweithio. Gwneud iddo weithio'n ddibynadwy ar raddfa, flwyddyn ar ôl blwyddyn, ar draws miloedd o osodiadau, o dan amodau amrywiol, tra'n parhau'n hyfyw yn economaidd - dyna'r her beirianneg barhaus nad yw'n ffitio'n daclus i ddatganiad i'r wasg.