Analiza pracy akumulatorów – rewolucja w magazynowaniu energii?
Podstawowym celem właścicieli magazynów energii jest maksymalizacja zysku z systemu magazynowania bez podejmowania dodatkowego ryzyka. W tym momencie z pomocą przychodzi analiza pracy akumulatorów.
Akumulatory dają nie tylko możliwości. Ich użycie wiąże się również z ryzykiem. Na szczęście, jest to ryzyko możliwe do opanowania, a pomóc w tym może analiza pracy akumulatorów. Przy czym warto pamiętać, że akumulatorowe systemy magazynowania energii ze względu na swą złożoność wymagają szczególnej uwagi podczas analizy.
Wyrażenie „game changer” [czyli rewolucyjny element zmieniający zasady gry, w naszym przykładzie w magazynowaniu energii] jest często używane, czasami bardziej w nadziei niż w oczekiwaniu. Akumulatory litowe zdecydowanie zmieniły zasady transformacji energetycznej, ale wymagają inteligentnych technologii i strategii, aby je zoptymalizować – co może być równie ważne.
Sebastian Becker, TWAICE (dostawca oprogramowania do analizy predykcyjnej)
Czynniki wpływające na żywotność akumulatorów
Degradacja akumulatorów, zwana także starzeniem się, ma znaczący wpływ na ich wydajność przez cały okres użytkowania. Z czasem widoczne stają się dwa główne skutki starzenia się: spadek pojemności i wzrost oporu. To z kolei przekłada się na mniejszą dostępność energii i moc. Ogólne możliwości akumulatorów często mierzy się zbiorczo. Używa się w tym celu wskaźnika KPI, zwanego stanem zdrowia (SoH – state of health).
Wspomniane starzenie może różnić się w zależności od systemu danego akumulatora, ponieważ ma na nie wpływ wiele czynników. Dlatego dwa akumulatory z 90% SoH mogą mieć bardzo różną żywotność. Przyjrzyjmy się niektórym z tych czynników.
Analiza pracy akumulatorów: temperatura
Temperatura jest ważnym czynnikiem i elementem, który powinna uwzględniać analiza pracy akumulatorów. Warto mieć świadomość, że w zależności od sytuacji i ogniwa (chemii) korzystne mogą być różne zakresy temperatur. Ogólnie znana jest zasada, że gdy akumulator jest bezczynny, niskie temperatury zapobiegają jego nadmiernemu starzeniu się wynikającemu z kalendarza. Pisząc inaczej, chodzi o starzenie się postępujące wraz z upływem czasu, nawet w sytuacji, gdy dany akumulator nie jest użytkowany. Z kolei umiarkowanie wysokie temperatury (np. 30°C) mogą być najlepszą opcją podczas bardziej intensywnego użytkowania.
Analiza pracy akumulatorów: szybkość ładowania
Poszczególne typy akumulatorów mogę mieć różne przeznaczenie. Ale generalizując: wysokie współczynniki „c-rate” (charging rate), czyli szybkości ładowania, mają zwykle większy wpływ na starzenie się niż niskie współczynniki.
Analiza pracy akumulatorów: średni stan naładowania
W zależności od przypadku użycia, może być pożądane posiadanie dużej ilości dostępnej energii w akumulatorach. Jednak wyższy średni stan naładowania (SoC – State of Charge) może przyspieszyć starzenie akumulatorów, czyli skrócić ich żywotność. Natomiast zbyt niskie średnie stany parametru SoC mogą zagrozić uzasadnieniu biznesowemu, ponieważ oznacza to niewystarczającą ilość dostępnej energii. Aby uniknąć uszkodzeń, system zarządzania akumulatorem powinien zawsze technicznie zapobiegać zbyt niskim poziomom SoC.
Analiza pracy akumulatorów: głębokość rozładowania
Wskaźnik odzwierciedlający głębokość rozładowania (DoD – Depth of Discharge) odnosi się do ilości energii pobieranej z magazynu w danym momencie. W akumulatorze rozładowującym się od 80% do 35% SoC przekłada się to na 45% DoD. Z reguły niższe wskaźniki DoD są korzystne, a pięć wahań o 20% jest mniej szkodliwych niż jeden pełny cykl.
Dlaczego analiza pracy akumulatorów jest tak ważna?
Oczywiście, rzeczywistość jest bardziej skomplikowana niż powyższe opisy, ponieważ każdy typ akumulatora reaguje inaczej na każdy z czynników. A jeśli – aby zapobiec degradacji akumulatora – akumulator jest eksploatowany „nadmiernie ostrożnie” w odniesieniu do opisanych czynników, marnuje się jego duży potencjał.
Ale dlaczego nie można umieścić więcej pojemności od razu?
- Po pierwsze dlatego, że początkowe koszty inwestycji wzrosną i mogą zrujnować biznes. Większość użytkowników będzie dążyć do maksymalnego wykorzystania magazynu. To prowadzi do drugiego punktu.
- Kilka lat temu optymalizacja dla konkretnego przypadku użycia z góry mogła być słusznym pomysłem. Ale od tego czasu przypadki użycia stały się bardziej złożone. Strategie wielozadaniowe oznaczające zmianę strategii działania po pewnym czasie, stają się obowiązkowe dla wysokiej rentowności.
W rezultacie wymiarowanie systemu na samym początku jest mniej ważne, a planowanie wysyłki odbywa się regularnie. To wymaga nowego wglądu w obecne możliwości akumulatorów i wpływ różnych strategii operacyjnych. Właśnie dlatego analiza pracy akumulatorów jest tak ważna.
Rosnąca konkurencja na rynku
Na konkurencyjnym rynku istotny jest wyróżnik
Istnieje wiele niewykorzystanego potencjału na rynku o rosnących wolumenach, spadających cenach i rosnącej konsolidacji. Nic więc dziwnego, że doprowadziło to do silnej konkurencji. Wciąż przybywa wielu nowych graczy, którzy próbują zdobyć przyczółek na tym dynamicznie rozwijającym się i ewoluującym rynku.
Konkurencyjne ceny stały się niezbędnym wymogiem, aby zaistnieć na rynku z potężnymi dostawcami (producenci akumulatorów i PCS) i potężnymi klientami (media i IPP z coraz większą liczbą rurociągów). Oczywiście, integratorzy dążą do wyróżnienia się innowacyjnymi produktami i dodatkowymi rozwiązaniami. Jednocześnie chcą być bardziej zintegrowani pionowo.
Starzy i nowi gracze na rynku
Siedmiu największych graczy z 2021 roku, którzy odpowiadali za około 2/3 zintegrowanych zdolności w 2021 roku (w porównaniu z około 30% w latach 2016-2019) wskazuje na trwającą konsolidację rynku. Mimo wszystko, ze względu na dynamiczny rozwój branży i chęć uzyskania korzyści, nowi gracze starają się też zaistnieć na rynku.
Poszerzanie usług w celu utrzymania pozycji
Żeby zabezpieczyć swoją pozycję, firmy o ugruntowanej pozycji poszerzają swoje portfolio produktowe. Mimo, że jeszcze kilka lat temu skupiano się na fizycznej integracji systemu. Teraz większość ludzi – oprócz oferowania oprogramowania systemu zarządzania energią (EMS – energy management system), które stało się niemal standardem – zapewnia oprogramowanie systemu zarządzania akumulatorem (BMS – battery management system). Niektórzy oferują nawet oprogramowanie do handlu energią. Do standardowego portfolio należą również usługi operacyjne i konserwacyjne, a także inżynieria, zaopatrzenie i konstrukcja (EPC – engineering, procurement and construction).
Jest to konieczne, ponieważ te podmioty są naciskane przez dostawców – i to nie tylko pod względem cen i minimalnych ilości zakupów. Do tych powodów dochodzą także ambicje dostawców, aby zwiększyć swoją działalność wydobywczą. Ponadto istnieje również integracja dalsza – przez deweloperów projektów fotowoltaicznych i akumulatorowych wzmacniających możliwości integracji swojego systemu, żeby zaopatrywać się bezpośrednio u dostawców komponentów, tj. pominąć pośredników.
Znaczenie analizy akumulatorów
Analityka akumulatorów jest coraz częściej uznawana za klucz do większej pewności na rynku i wyższej rentowności. Poprawa przejrzystości projektów, które nadal mają zobowiązania gwarancyjne, lub kierowanie oferty usług do właścicieli i operatorów magazynów umożliwia użytkownikom odróżnienie się od konkurencji.
Na koniec słowo z perspektywy dostawcy oprogramowania: Znacznie łatwiej – i taniej dla klienta – jest połączyć się z magazynem i wpłynąć na jakość danych we wczesnej fazie projektu, niż dopasowywać rozwiązanie do istniejącej konfiguracji projektu.
Powyższy tekst powstał w oparciu o fragment artykułu pt. „Battery analytics: The game changer for energy storage”, którego autorem jest Sebastian Becker. Przywołany artykuł ukazał się wcześniej w kwartalniku technicznym Solar Media dedykowanemu przemysłowi fotowoltaicznemu: Vol. 28 of PV Tech Power. PV Tech Power Volume 28 – PV Tech (pv-tech.org).
Źródła:
Battery analytics: The game changer for energy storage – Energy Storage News (energy-storage.news)