最近兩年,行業(yè)內(nèi)對(duì)于儲(chǔ)能電池的選擇普遍轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰,這是因?yàn)榱姿徼F鋰比三元鋰電池更安全。尤其2018年前后韓國出現(xiàn)多起三元鋰電池儲(chǔ)能電站著火事故,加上國內(nèi)磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線更早起步,更成熟,成本也比三元鋰電池有一定的優(yōu)勢,磷酸鐵鋰在國內(nèi)儲(chǔ)能市場占據(jù)了行業(yè)的主導(dǎo)地位。而儲(chǔ)能領(lǐng)域門檻比較高的火電廠儲(chǔ)能調(diào)頻應(yīng)用,電池的選擇除了鐵鋰三元之爭外,還一直存在著倍率之爭。
儲(chǔ)能100曾經(jīng)有過一篇文章比較清楚的闡述了2C和1C鐵鋰電池選擇的不同聲音。
融和元儲(chǔ)作為火電廠調(diào)頻領(lǐng)域的參與者,從其他方面分析磷酸鐵鋰的倍率選擇問題。
首先,火電廠調(diào)頻應(yīng)用儲(chǔ)能電池的選擇應(yīng)該從應(yīng)用出發(fā)?;痣姀S調(diào)頻應(yīng)用是儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合機(jī)組跟蹤調(diào)度AGC指令,一般一個(gè)指令持續(xù)時(shí)間為2分鐘左右,假設(shè)考慮5個(gè)連續(xù)爬升指令,儲(chǔ)能的滿功率放電總計(jì)也不超過10分鐘,也就是說配置10分鐘電池容量就可以滿足應(yīng)用要求了。從相關(guān)報(bào)告可見,美國的調(diào)頻應(yīng)用項(xiàng)目一般配置15分鐘。
僅從應(yīng)用需求考慮,應(yīng)該使用至少4C以上的電池,當(dāng)然,2C電池配置功率滿足要求的情況下,也可以干4C的活,并且電量更足。同理,1C甚至更低倍率的電池,只要配置功率夠了,都可以滿足調(diào)頻應(yīng)用需求。以30萬機(jī)組,配置9MW儲(chǔ)能系統(tǒng)為例,不同倍率電池的配置方案如下:
可見,功率相同的情況下,不同倍率的電池配置的容量是不同的,但是完成的工作是一樣的。
第二,技術(shù)成熟度。早在2011年,國內(nèi)第一個(gè)火電廠儲(chǔ)能調(diào)頻電站由北京睿能世紀(jì)開發(fā)建設(shè)并驗(yàn)證了技術(shù)的可行性,也為國內(nèi)儲(chǔ)能參與火電調(diào)頻拉開了序幕。石景山項(xiàng)目選擇的是美國A123的電池和ABB的2MW儲(chǔ)能變流器系統(tǒng),配置容量約為500kWh/2MW,可見,電池系統(tǒng)倍率可達(dá)到4C。注意這里說的是系統(tǒng),而不是電芯,通常大家說的1C和2C指的是電芯倍率,而不是系統(tǒng)倍率。電芯倍率和系統(tǒng)倍率的區(qū)別在哪里呢?
眾所周知,電池有一致性的問題,組成系統(tǒng)后就會(huì)有木桶效應(yīng),性能最差的電芯決定了系統(tǒng)性能;因此,2C倍率的電芯很難做出來2C的系統(tǒng)。此外,考慮到電池放電時(shí)電壓降低的影響,系統(tǒng)倍率會(huì)進(jìn)一步打折扣。通常情況下,磷酸鐵鋰電池的額定電壓是3.2V,當(dāng)放電時(shí),電壓可能會(huì)降低到2.8V~3V左右,而儲(chǔ)能系統(tǒng)功率恒定的情況下,電流倍率會(huì)上升至3.2/2.8=1.14倍。為了不讓電芯倍率超過設(shè)計(jì)倍率,并且不考慮系統(tǒng)降容的情況下,建議的配置方案如下:
從技術(shù)成熟度角度出發(fā),各種倍率電池都有成熟的應(yīng)用案例,尤其近幾年,國內(nèi)鋰電池大廠,比如比亞迪、寧德時(shí)代、天津力神等也都推出了高倍率電池,因此倍率之爭遠(yuǎn)不是技術(shù)成熟度的問題。
第三,經(jīng)濟(jì)性。從上面分析可見,技術(shù)上不同倍率電池都可以滿足要求,配置方案的不同,必然帶來經(jīng)濟(jì)性的差異。從過去多年市場的選擇來看,曾經(jīng)是4C和2C的競爭,然后是2C和1C的競爭,那么未來會(huì)不會(huì)是1C和0.5C的競爭呢?2C和1C的競爭一定是1C勝出嗎?相信市場會(huì)給出答案。這里,僅從如下幾個(gè)方面分析經(jīng)濟(jì)性:
1)電池本身的成本。毫無疑問,倍率越高,單位Wh電芯的價(jià)格越高。從成本考慮,4C電芯的成本肯定不是2倍的2C電芯的成本,同樣,2C電芯成本也不是1C電芯成本的兩倍。
2)系統(tǒng)成本。倍率越高的電池,越不適合做大。而容量較小的電芯的外圍集成成本會(huì)也會(huì)高于大電芯的外圍成本。根據(jù)近期投標(biāo)數(shù)據(jù)顯示,2C系統(tǒng)單位Wh造價(jià)大約比1C系統(tǒng)高,但是系統(tǒng)總體造價(jià),2C系統(tǒng)比1C系統(tǒng)造價(jià)低30%左右。
3)更換維護(hù)費(fèi)用。在產(chǎn)品質(zhì)量一致的情況下,顯然倍率越高的電池,節(jié)點(diǎn)越多,同樣的充放電電量,高倍率電池更換的頻次也會(huì)越多。視乎高倍率電池維護(hù)費(fèi)用要高于低倍率電池,那么問題是,高倍率電池的一個(gè)pack容量可能是1.5kWh,而低倍率電池一個(gè)pack的容量可能是10kWh,同樣更換一個(gè)節(jié)點(diǎn)(pack),哪個(gè)的更換維護(hù)費(fèi)用高呢?此外,在調(diào)頻這種應(yīng)用情況下,高倍率電池的循環(huán)壽命到底怎么計(jì)算,從各種運(yùn)行數(shù)據(jù)來看,還不能僅僅把電量累積作為電池循環(huán)壽命的唯一判斷依據(jù)。還應(yīng)該考慮溫升、實(shí)際工作倍率、DOD深度等綜合因素。
4)可靠性和安全性。儲(chǔ)能100文中提到安全性轉(zhuǎn)移問題,但是這個(gè)與倍率選擇無關(guān),安全性和可靠性應(yīng)該是廠家應(yīng)該持之以恒追求的最基本要求。
第四,投資風(fēng)險(xiǎn)。顯然,在政策變動(dòng)較快的情況下,用盡可能少的資金快速回本是降低風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。
綜合上述分析,到底應(yīng)該選擇1C電池還是2C電池系統(tǒng),應(yīng)該綜合考慮上述因素,而最終的選擇應(yīng)該歸結(jié)為充放電單位電量的收益是多少錢,比如假設(shè)9MW4.5MWh的項(xiàng)目,每天循環(huán)2個(gè)循環(huán),收益是4.5萬元,那么充放一度電的收益為4.5萬元/4.5MWh/2= 5元/kWh, 而目前的度電成本假設(shè)是0.5元,那么每度電的毛利潤為4.5元。
儲(chǔ)能100曾經(jīng)有過一篇文章比較清楚的闡述了2C和1C鐵鋰電池選擇的不同聲音。
融和元儲(chǔ)作為火電廠調(diào)頻領(lǐng)域的參與者,從其他方面分析磷酸鐵鋰的倍率選擇問題。
首先,火電廠調(diào)頻應(yīng)用儲(chǔ)能電池的選擇應(yīng)該從應(yīng)用出發(fā)?;痣姀S調(diào)頻應(yīng)用是儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合機(jī)組跟蹤調(diào)度AGC指令,一般一個(gè)指令持續(xù)時(shí)間為2分鐘左右,假設(shè)考慮5個(gè)連續(xù)爬升指令,儲(chǔ)能的滿功率放電總計(jì)也不超過10分鐘,也就是說配置10分鐘電池容量就可以滿足應(yīng)用要求了。從相關(guān)報(bào)告可見,美國的調(diào)頻應(yīng)用項(xiàng)目一般配置15分鐘。
僅從應(yīng)用需求考慮,應(yīng)該使用至少4C以上的電池,當(dāng)然,2C電池配置功率滿足要求的情況下,也可以干4C的活,并且電量更足。同理,1C甚至更低倍率的電池,只要配置功率夠了,都可以滿足調(diào)頻應(yīng)用需求。以30萬機(jī)組,配置9MW儲(chǔ)能系統(tǒng)為例,不同倍率電池的配置方案如下:
可見,功率相同的情況下,不同倍率的電池配置的容量是不同的,但是完成的工作是一樣的。
第二,技術(shù)成熟度。早在2011年,國內(nèi)第一個(gè)火電廠儲(chǔ)能調(diào)頻電站由北京睿能世紀(jì)開發(fā)建設(shè)并驗(yàn)證了技術(shù)的可行性,也為國內(nèi)儲(chǔ)能參與火電調(diào)頻拉開了序幕。石景山項(xiàng)目選擇的是美國A123的電池和ABB的2MW儲(chǔ)能變流器系統(tǒng),配置容量約為500kWh/2MW,可見,電池系統(tǒng)倍率可達(dá)到4C。注意這里說的是系統(tǒng),而不是電芯,通常大家說的1C和2C指的是電芯倍率,而不是系統(tǒng)倍率。電芯倍率和系統(tǒng)倍率的區(qū)別在哪里呢?
眾所周知,電池有一致性的問題,組成系統(tǒng)后就會(huì)有木桶效應(yīng),性能最差的電芯決定了系統(tǒng)性能;因此,2C倍率的電芯很難做出來2C的系統(tǒng)。此外,考慮到電池放電時(shí)電壓降低的影響,系統(tǒng)倍率會(huì)進(jìn)一步打折扣。通常情況下,磷酸鐵鋰電池的額定電壓是3.2V,當(dāng)放電時(shí),電壓可能會(huì)降低到2.8V~3V左右,而儲(chǔ)能系統(tǒng)功率恒定的情況下,電流倍率會(huì)上升至3.2/2.8=1.14倍。為了不讓電芯倍率超過設(shè)計(jì)倍率,并且不考慮系統(tǒng)降容的情況下,建議的配置方案如下:
從技術(shù)成熟度角度出發(fā),各種倍率電池都有成熟的應(yīng)用案例,尤其近幾年,國內(nèi)鋰電池大廠,比如比亞迪、寧德時(shí)代、天津力神等也都推出了高倍率電池,因此倍率之爭遠(yuǎn)不是技術(shù)成熟度的問題。
第三,經(jīng)濟(jì)性。從上面分析可見,技術(shù)上不同倍率電池都可以滿足要求,配置方案的不同,必然帶來經(jīng)濟(jì)性的差異。從過去多年市場的選擇來看,曾經(jīng)是4C和2C的競爭,然后是2C和1C的競爭,那么未來會(huì)不會(huì)是1C和0.5C的競爭呢?2C和1C的競爭一定是1C勝出嗎?相信市場會(huì)給出答案。這里,僅從如下幾個(gè)方面分析經(jīng)濟(jì)性:
1)電池本身的成本。毫無疑問,倍率越高,單位Wh電芯的價(jià)格越高。從成本考慮,4C電芯的成本肯定不是2倍的2C電芯的成本,同樣,2C電芯成本也不是1C電芯成本的兩倍。
2)系統(tǒng)成本。倍率越高的電池,越不適合做大。而容量較小的電芯的外圍集成成本會(huì)也會(huì)高于大電芯的外圍成本。根據(jù)近期投標(biāo)數(shù)據(jù)顯示,2C系統(tǒng)單位Wh造價(jià)大約比1C系統(tǒng)高,但是系統(tǒng)總體造價(jià),2C系統(tǒng)比1C系統(tǒng)造價(jià)低30%左右。
3)更換維護(hù)費(fèi)用。在產(chǎn)品質(zhì)量一致的情況下,顯然倍率越高的電池,節(jié)點(diǎn)越多,同樣的充放電電量,高倍率電池更換的頻次也會(huì)越多。視乎高倍率電池維護(hù)費(fèi)用要高于低倍率電池,那么問題是,高倍率電池的一個(gè)pack容量可能是1.5kWh,而低倍率電池一個(gè)pack的容量可能是10kWh,同樣更換一個(gè)節(jié)點(diǎn)(pack),哪個(gè)的更換維護(hù)費(fèi)用高呢?此外,在調(diào)頻這種應(yīng)用情況下,高倍率電池的循環(huán)壽命到底怎么計(jì)算,從各種運(yùn)行數(shù)據(jù)來看,還不能僅僅把電量累積作為電池循環(huán)壽命的唯一判斷依據(jù)。還應(yīng)該考慮溫升、實(shí)際工作倍率、DOD深度等綜合因素。
4)可靠性和安全性。儲(chǔ)能100文中提到安全性轉(zhuǎn)移問題,但是這個(gè)與倍率選擇無關(guān),安全性和可靠性應(yīng)該是廠家應(yīng)該持之以恒追求的最基本要求。
第四,投資風(fēng)險(xiǎn)。顯然,在政策變動(dòng)較快的情況下,用盡可能少的資金快速回本是降低風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。
綜合上述分析,到底應(yīng)該選擇1C電池還是2C電池系統(tǒng),應(yīng)該綜合考慮上述因素,而最終的選擇應(yīng)該歸結(jié)為充放電單位電量的收益是多少錢,比如假設(shè)9MW4.5MWh的項(xiàng)目,每天循環(huán)2個(gè)循環(huán),收益是4.5萬元,那么充放一度電的收益為4.5萬元/4.5MWh/2= 5元/kWh, 而目前的度電成本假設(shè)是0.5元,那么每度電的毛利潤為4.5元。