過去十年中，太陽能發(fā)電和電池儲能系統(tǒng)的價格都出現(xiàn)了大幅下降。在許多市場上，可再生能源的應(yīng)用正在削弱傳統(tǒng)的化石能源和核能發(fā)電的市場競爭力。在以往，很多人認(rèn)為可再生能源發(fā)電的成本高昂，而如今，化石能源與一些可再生能源發(fā)電成本相比則高出許多。
同時，太陽能+儲能項目可以為電網(wǎng)提供電能，并取代天然氣發(fā)電廠。與幾年前相比，太陽能發(fā)電設(shè)施的投資成本顯著降低，并且在太陽能+儲能項目的生命周期中不會產(chǎn)生燃料成本，因此其提供的能源成本低于傳統(tǒng)能源。當(dāng)太陽能發(fā)電設(shè)施與電池儲能系統(tǒng)相結(jié)合時，其電能可以在特定的時間提供，而且電池的即時響應(yīng)速度使其項目能夠靈活地滿足容量或輔助市場需求。
目前，基于鎳鈷錳(NCM/鎳鈷鋁(NCA)鋰離子電池已逐漸占據(jù)了儲能市場的主導(dǎo)地位，這些種類的電池通過簡單而持久的工程優(yōu)化生產(chǎn)方法、工具、速度和效率已經(jīng)實現(xiàn)了更低成本和提高能量密度的目標(biāo)，而不是通過技術(shù)突破超越競爭對手。
按目前的發(fā)展速度，鎳鈷錳(NCM)/鎳鈷鋁(NCA)的鋰離子電池的價格在2030年之前將降到100美元/kWh，并且能量密度將達到300Wh/kg。這些比率呈線性發(fā)展，如果技術(shù)得以更快的發(fā)展，這些指標(biāo)將更早得以實現(xiàn)。汽車行業(yè)促使電池產(chǎn)量不斷增加是取得這一進步的主要驅(qū)動力。
鋰離子電池通過簡單和持久的工程優(yōu)化降低成本并提高能量密度
部署儲能系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素
在部署儲能系統(tǒng)時需要考慮許多因素。電池的功率和持續(xù)時間取決于其在項目中的用途。項目目的是由經(jīng)濟價值決定的。其經(jīng)濟價值取決于儲能系統(tǒng)參與的市場。這個市場最終決定了電池將如何分配能量、充電或放電以及持續(xù)多長時間。功率和持續(xù)時間不僅決定了儲能系統(tǒng)的投資成本，而且決定了工作壽命。
儲能系統(tǒng)在某些市場中的充電和放電的過程將會獲利。而在其他情況下，只能支付充電費用，而充電成本則是開展儲能業(yè)務(wù)的成本。充電的數(shù)量和充電率與放電并不相同。
例如，在電網(wǎng)規(guī)模的太陽能+儲能項目中，或在使用太陽能的用戶側(cè)儲能系統(tǒng)的應(yīng)用中，電池儲能系統(tǒng)采用太陽能發(fā)電設(shè)施的電力來獲得，這樣它就有資格獲得投資稅收抵免(ITC)優(yōu)惠。例如，在區(qū)域傳輸組織(RTO)中，儲能系統(tǒng)付費充電的概念就存在細(xì)微差別。在投資稅收抵免(ITC)的例子中，電池儲能系統(tǒng)增加了項目的權(quán)益價值，因此增加了業(yè)主的內(nèi)部收益率。在PJM公司的實例中，電池儲能系統(tǒng)需要為充電和放電支付費用，因此其回報補償與其電能吞吐量成正比。
如果說電池的功率和持續(xù)時間決定電池的工作壽命，這似乎是違背了人們的直覺。功率、持續(xù)時間和壽命的多種因素使儲能技術(shù)不同于其他能源技術(shù)。電池儲能系統(tǒng)的核心是電池。就像太陽能電池一樣，其材料會隨著時間的推移而退化，將會降低性能。太陽能電池失去功率輸出和效率，而電池退化失去了儲能的能力。雖然太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以持續(xù)運行20-25年，但電池儲能系統(tǒng)通常只能持續(xù)運行10～15年。
任何項目都應(yīng)考慮重置和更換費用。替換的可能性取決于項目的吞吐量和其運營相關(guān)的條件。
導(dǎo)致電池劣化的四個主要因素是：
1.電池工作溫度
2.電池電流
3.電池平均充電狀態(tài)(SOC)
4. 電池平均充電狀態(tài)(SOC)的“擺動”， 即電池大部分時間所處的電池平均充電狀態(tài)(SOC)間隔。第3個因素和第4個因素是相關(guān)的。
在項目中管理電池壽命有兩種策略。第一種策略是，如果項目獲得收入支持，則可以減少電池尺寸，并且在計劃中減少未來更換成本。在許多市場中，項目的收入可以支持未來的重置成本。在通常情況下，對未來重置成本的預(yù)估中需要考慮組件的未來成本的降低，這與過去10年的市場經(jīng)驗保持一致。第二種策略是加大電池的尺寸，使其整體電流(或C-速率，簡單地定義為每小時的充電或放電)通過并聯(lián)電池實施最小化。由于電池在充電和放電將會產(chǎn)生熱量，較低的充放電電流往往會產(chǎn)生較低的溫度。如果在電池儲能系統(tǒng)中有多余的可用能量，并且使用的能量較少，將會減少電池充放電量，并延長其使用壽命。
電池充放電量是一個關(guān)鍵術(shù)語。汽車行業(yè)通常使用“循環(huán)”作為電池壽命的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在固定儲能應(yīng)用中，電池更多是部分循環(huán)，也就是可能是部分充電或部分放電，每一次充放電都不充分。
可用的電池能量。儲能系統(tǒng)的應(yīng)用有可能每天少于一個循環(huán)，而根據(jù)市場應(yīng)用不同，也有可能超過該指標(biāo)。因此工作人員應(yīng)該通過評估電池的吞吐量來確定電池壽命。
儲能系統(tǒng)的壽命和驗證
儲能系統(tǒng)的測試主要有兩個要素。首先，在電池單元級別進行的測試對于評估儲能系統(tǒng)壽命至關(guān)重要。電池單元級別測試揭示了電池單元的優(yōu)點和缺陷，并有助于通知運營商，其電池應(yīng)該如何集成到儲能系統(tǒng)中，以及集成的方式是否適當(dāng)。
通過電池單元的串聯(lián)和并聯(lián)配置，可以理解電池系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計。電池單元串聯(lián)可以使電池電壓得以疊加，這意味著一個電池系統(tǒng)串聯(lián)幾塊電池，其系統(tǒng)電壓等于單個電池電壓乘以電池數(shù)量。電池串聯(lián)的架構(gòu)具有成本優(yōu)勢，但是也有一些缺點。電池串聯(lián)時，單個電池的電流與電池組電流相同。例如，如果一個電池單元的最大電壓為1V，最大電流為1A，則10個電池串聯(lián)的最大電壓為10V，但其最大電流仍為1A，其總功率為10V * 1A = 10W。當(dāng)串聯(lián)在一起時，電池系統(tǒng)面臨電壓監(jiān)控挑戰(zhàn)。為了降低成本，可以對串聯(lián)電池組進行電壓監(jiān)測，但是很難檢測單個電池的損壞或容量下降。
另一方面，電池并聯(lián)使電流得以疊加，這意味著并聯(lián)電池組的電壓等于單個電池電壓，系統(tǒng)電流等于單個電池電流乘以并聯(lián)的電池數(shù)量。例如，如果采用相同的1V、1A電池，可以將兩個電池并聯(lián)，這樣減少一半電流，然后將10對并聯(lián)的電池進行串聯(lián)，可以在1V電壓、1A電流下實現(xiàn)10V，但這在并聯(lián)配置更加常見。
當(dāng)考慮電池的容量保證或保修政策時，這種電池串并聯(lián)方法的區(qū)別非常重要。以下因素通過最終影響電池壽命的層次結(jié)構(gòu)向下流動：市場功能?充電/放電行為?系統(tǒng)限制?電池單元串并聯(lián)架構(gòu)。因此，電池銘牌容量并不表示電池儲能系統(tǒng)中可能存在過度構(gòu)建。是否過度構(gòu)建對于電池的保修很重要，因為它決定了電池單元電流與溫度(SOC范圍內(nèi)的電池單元駐留溫度)，日常運營將決定電池的工作壽命。
系統(tǒng)測試是電池單元測試的一個輔助措施，通常更適用于證明電池系統(tǒng)正常運行的項目要求。
為了履行其合同，電池制造商通常具有驗證系統(tǒng)和子系統(tǒng)功能的工廠或現(xiàn)場調(diào)試測試協(xié)議，但可能無法解決電池系統(tǒng)性能超過電池壽命的風(fēng)險。關(guān)于現(xiàn)場調(diào)試的常見討論是容量測試條件，以及是否與電池系統(tǒng)應(yīng)用場合相關(guān)。
電池測試的重要性
DNV GL公司對電池進行測試之后，將其數(shù)據(jù)列入年度電池性能記分卡中，該記分卡為電池系統(tǒng)購買方提供獨立數(shù)據(jù)。記分卡演示了電池將如何響應(yīng)四種應(yīng)用條件的反應(yīng)：溫度、電流、平均充電狀態(tài)(SOC)，以及平均充電狀態(tài)(SOC)擺動。
該測試將電池性能與其串并聯(lián)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)限制、市場中的充放電行為和市場功能進行比較。這項獨特的服務(wù)獨立地驗證了電池制造商是否負(fù)責(zé)任和正確地估計他們的保修期，以便電池系統(tǒng)的所有者可以對其面臨技術(shù)風(fēng)險的情況進行有根據(jù)的評估。
