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储能技术创新如何支持气候目标

日期:2023-05-15    来源:碳中和技术实战

国际储能网

2023
05/15
16:03
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关键词: 储能电池 储能系统 储能材料

2017 年 9 月,南澳大利亚州遭遇全州停电,引发了围绕可再生能源间歇性的能源安全辩论。解决方案来自 Elon Musk 的一条推文:“合同签署后 100 天,否则免费”。马斯克指的是一个 100 兆瓦的电池存储系统,该系统可以快速安装,有助于缓解高发电量但输配电连接较少的电网的压力。特斯拉继续成功交付电池存储系统,此后又采购了 350MW,使总容量达到 450MW。然而,2021 年 7 月,存储系统调试期间发生的火灾事件凸显了对这些系统进行测试、监控和严格安全控制的重要性。

与澳大利亚一样,许多其他国家(包括美国和印度尼西亚)也经历过这种停电,这对商业活动造成了可怕的后果,并损害了交通和电信等关键基础设施。电池储能系统 (BESS) 可以通过堵塞间歇性可再生能源供应和缓解输配电 (T&D) 拥塞(停电的主要原因)来防止大规模停电造成的人力和财务成本方面发挥关键作用。这允许电网独立于可再生能源和灵活的存储,减少高峰需求并提高电网稳定性。

可再生能源存储还通过调峰促进全系统能源协调、整合分布式能源资源和减少碳排放支持各国“竞相归零”,从而减少对化石燃料的依赖。由于成本更低、对技术的理解更广泛以及能量密度更高,锂离子电池目前是这些系统的首选技术。

储能市场的复合年增长率为 32.8%,预计到 2025 年将达到121 亿美元。BESS 在整个价值链中提供的功能证明了这一市场价值:

在电动汽车 (EV) 电池技术进步的推动下,电池成本在过去十年中下降了89%,未来几年市场将蓬勃发展。预计到 2030 年将占电池总需求的 40%。此外,随着监管的推进,辅助服务和灵活性市场的扩张将通过“价值叠加”实现储能资产的货币化,将投资回收期缩短四到六年。

然而,由于未来市场变化和缺乏长期历史数据,量化 BESS 的价值可能具有挑战性,因此难以评估潜在的收入来源和成本。部署具有优化市场参与度的长期 BESS 的复杂性加剧了这种情况。软件是 BESS 的关键组成部分,它可以通过对短期和长期电池性能(包括老化)进行建模并自动优化市场参与来应对这些挑战,以最大限度地提高收入并最大限度地减少对电池和模块的损坏。

另一个担忧是电池原材料(镍、钴、锂和石墨)的供应可能无法满足不断增长的需求,但更长的电池寿命、新的化学物质(例如无钴)和改进的电池回收可以缓解这种情况挑战。?

引入 BESS 时的主要考虑因素和挑战

系统价值:BESS 为利益相关者增加的整体价值是什么?(例如延迟资产投资、减少碳排放等)系统建模和设计:最大化 ROI 的理想电池配置是什么?需要优化哪些循环率、防火安全、放电深度、能量吞吐量、电池退化和软件系统以平衡资产盈利能力和性能?收入来源:您所在市场的核心收入驱动因素是什么?您可以提供哪些额外服务?系统集成:如何将您的电池连接到其他资产以实现利润最大化?供应商选择:电池制造商和 EPC 承包商的选择,以确保强大的性能、保修实现和低维护成本。操作系统:您将如何操作您的电池以确保具有成本效益的管理、最佳性能和最大收入???

技术的作用

技术在克服与实施和运营 BESS 相关的挑战方面发挥着关键作用。主要解决方案包括:

用于可融资性设计和融资的数字双胞胎:支持人工智能的建模提供投资级业务案例和更高的系统价值可见性和投资决策的更高可信度。该模型考虑了系统设置、金融投资、能源交易、市场参与、碳减排、天气模式、BESS 循环老化和日历老化以及其他几个变量。涵盖故障建模、资产维护和更换成本,以确保优化电池尺寸选择并实现投资回报率预测。在某些市场中,这可以将投资回收期缩短多达 25%,并将资本支出减少 23%。数字孪生建模还有助于改进设计,提高电池的可回收性。

电池监控和分析:BESS 监控以与硬件/供应商无关的方式为操作和维护需求提供可用且可配置的可视化。这些系统将多资产系统的发电、需求和存储监控与相关警报和 KPI 集成在一起,以优化性能。这不仅可以保护资产免受火灾、腐蚀和其他问题的影响,而且还有助于在资产性能不佳时与原始设备制造商强制执行保修。高级分析通过自动化故障排除进一步提高性能,在整个资产生命周期内提供准确的充电状态,预测电池健康状况,并提供诸如调整充电策略、预防性维护措施和改进项目设计等见解。通过识别结构性问题,提供中期行动,检测电池性能偏差,优化运行,

物联网人工智能 (AIoT) 优化和控制:人工智能与高可靠性和低延迟控制相结合,确保通过交易(远期、日内、日前)、自用和电网服务(频率响应、需求响应、调峰)实现业务案例。能源管理系统提供实时控制,反应性低至毫秒级,这是提供某些电网服务所必需的。人工智能优化还可以提供高分辨率的天气需求和价格预测。通过多标准优化以及来自老化观测和环境数据的反馈回路,投资回收期可缩短 25%。这些解决方案提供电网整合、供需侧控制、交易和消费优化,从而实现收入和智能系统集成。

BESS 对于实现电网弹性和整合可再生资产以减少二氧化碳排放和支持全球实现净零承诺的努力至关重要。支持可融资性的数字孪生、通过 AIoT 进行的优化以及电池监控和分析可以防止事故发生,提高采用 BESS 的经济可行性,并作为确保政府和企业实现净零目标的催化剂。就像埃隆在澳大利亚的项目一样,类似的 BESS 项目的总装机容量每两年几乎翻一番。硬件和财务激励措施已经到位,现在 AIoT 技术可以帮助加快部署、确保安全并提高此类项目的投资回报率,从而支持更快地实现零竞争。


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