Termal idarəetməaçıq şkaf-tip batareya enerji saxlama sistemləridərslik nəzəriyyəsi ilə sahə reallığı arasındakı boşluğun bütün layihə büdcələrini udmaq üçün kifayət qədər geniş olduğu mühəndislik fənlərindən birini təmsil edir. Litium dəmir fosfat hüceyrələrinin elektrokimyəvi davranışı-indi stasionar saxlama tətbiqlərində dominant kimya-təchizat qruplarının əksəriyyətinin əsas dizayn məhdudiyyətləri deyil, qeydlər kimi qəbul etdikləri temperatur asılılıqları ilə idarə olunur. İyul ayı ərzində Phoenix-də 215 kVt-saatlıq şkafı istifadəyə verənə qədər 15 dərəcədən 35 dərəcəyə qədər olan əməliyyat zərfləri kağız üzərində səxavətli səslənir, BMS-in parlaq yeni aktivinizi 40% tutumuna endirdiyini izləyənə qədər kimsə HVAC-ni 2 kVt-a qədər azaldır.
Temperatur Problemi Heç Kim Müzakirə Etmək İstəmir
Sənayenin narahat etdiyi həqiqət budur: LFP batareyaları sizin gəlir proqnozlarınıza əhəmiyyət vermir. 20 dərəcə ilə 30 dərəcə arasında qalmağın qayğısına qalırlar. Bu qrupdan kənara çıxın və deqradasiyaya görə mürəkkəb faiz ödəməyə başlayırsınız.
Rəqəmlər qəddardır. 25 dərəcədən yuxarı hər 10 dərəcə üçün dövrünün ömrü təxminən yarıya qədər azalır. Səhra qurğularında hər kəsin etiraf etdiyindən daha tez-tez baş verən -davamlı olaraq 45 dərəcədə işləyən kabinet-səkkiz deyil, üç il ərzində tutumun azalma həddinə çatacaq. Bu yuvarlaqlaşdırma xətası deyil. Bu qapalı aktivdir.
Və həddindən artıq hallarda daha da pisləşir. LFP kimyası 0 dərəcədən aşağı ölçülə artan daxili müqavimət göstərməyə başlayır, bu o deməkdir ki, qış səhəri boşalma əyriləri yay günorta əyriləri kimi heç bir şeyə bənzəmir. Dondurmadan aşağı yüklənmə anodda litium örtüklə-qalıcı, geri qaytarıla bilməyən zədələnmə riski daşıyır və onu heç bir təmirlə düzəldə bilməz. BMS bunun qarşısını almalıdır, lakin hüceyrə istehsalçısının məlumat vərəqində 0 dərəcə aydın şəkildə göstərildiyi zaman aşağı{5}}temperaturun -10 dərəcəyə təyin edilmiş kəsikləri ilə göndərilən bölmələri görmüşəm. Üçüncü qışa qədər heç kim tutmadı.
Hava Soyutma: Defolt Olmayan Defolt
Əksər C&I şkaf sistemləri ucuz olduğu üçün{0}}məcburi hava istilik idarəetməsi ilə təchiz edilir. Şkafın damına bərkidilmiş 3 kVt-dan 5 kVt-a qədər qablaşdırılmış kondisioner, bəzi kanallar, bəlkə də heç kimin dəyişdirməyəcəyi-filtr. HVAC sistemi üçün ümumi BOM dəyəri: bəlkə 2500 dollar.
Kondisioner praktik səbəblərə görə yuxarıda oturur. İstilik yüksəlir, buna görə də aşağıdan soyumağa çalışsanız, termodinamika ilə mübarizə aparırsınız. Daha da əhəmiyyətlisi, filtrə giriş və soyuducu xidmət portları əyri hərəkətlər etmək istəməyən texniki işçilər tərəfindən əlçatan olmalıdır. Mən bir dəfə AC kabinetinin arxa paneldə diz səviyyəsində quraşdırıldığı saytı gəzdim. Xidmət texnologiyası mənə hesab-fakturalarını göstərdi - giriş çətinliyi səbəbindən hər zəng üçün 30% daha yüksək əmək haqqı.
Hava soyutma işləyir. Məsələ bunda deyil. Məsələ burasındadır ki, o, işləməyənə qədər işləyir və uğursuz olduqda, əməliyyat iqtisadiyyatınızdan keçəcək şəkildə uğursuz olur.
Temperatur gradientləri gizli qatildir. Tipik hava soyudulan şkafda-giriş-yan batareya modulları ilə egzoz{5}}yan modulları arasında 8-12 dərəcə deltalar görəcəksiniz. AC qəbulunun yaxınlığındakı hüceyrələr rahat 22 dərəcədə otura bilər, hava axını yolunun ən ucunda olanlar isə 34 dərəcə bişirir. Eyni kabinet, eyni zamanda, köklü şəkildə fərqli yaşlanma nisbətləri. Beş ildən sonra bəzi modulları 85% SOH, digərlərini isə 65% SOH əldə edirsiniz. Deqradasiyaya uğramış modullar bütün sistem tutumunu məhdudlaşdırmağa başlayanda bunu O&M komandanıza izah etməkdə uğurlar.
Bununla bağlı NREL məlumatları olduqca pisdir. 30 dərəcədə işləyən litium{1}}ion hüceyrələri 20 dərəcədə saxlanılan hüceyrələrlə müqayisədə ömrünün təxminən 20%-ni itirir. 40 dərəcədə, ömrün 40% azalmasına baxırsınız. 45 dərəcədə -yay günortadan sonra pik-təraş dövrü- zamanı pis dizayn edilmiş hava ilə soyudulmuş şkafda tamamilə əldə edilə bilən-batareyanın ömrünü yarıya endirdiniz. Bunlar nəzəri rəqəmlər deyil. Onlar sürətləndirilmiş yaşlanma tədqiqatlarından əldə edilmiş və sahə məlumatlarına əsasən təsdiq edilmişdir.
Maye Soyutma: Daha Yaxşı Performans, Fərqli Baş Ağrıları
Sənayenin maye soyudulan şkaf sistemlərinə-dönüşü sürətli və əsaslı şəkildə özünü doğrultdu. Batareya modullarına qoşulmuş soyuq plitələrdən keçən su{2}}qlikol qarışıqları bütün paketdə ±2 dərəcə ilə ±3 dərəcə arasında temperatur vahidliyinə nail ola bilər. Bu, havanın soyudulmasının ±6 dərəcədən ±8 dərəcəyə qədər (və çox vaxt daha pis) transformativ təkmilləşdirməsidir.
Fizika sadədir: suyun xüsusi istilik tutumu havadan təxminən dörd dəfə çoxdur. Eyni miqdarda istilik enerjisini kəskin şəkildə daha az kütlə axını ilə hərəkət etdirə bilərsiniz. Soyuq plitələr birbaşa modul səthləri ilə qarşılıqlı əlaqə qurur və havanın soyudulmuş dizaynlarını məhdudlaşdıran konvektiv sərhəd təbəqəsi itkilərini- aradan qaldırır. Maye soyutma ilə bağlı hər şey termodinamik cəhətdən üstündür.
Bəs niyə hər şkaf mayesi-soyudulmur?
Xərc, aydındır. Maye istilik idarəetmə sistemi-soyuducu qurğu, nasoslar, soyuq plitələr, santexnika, qlikol doldurma, genişləndirici çən, sızma aşkarlanması-kabinetin dəyərindən asılı olaraq 8000-15000$ əlavə edir. Ümumi quraşdırılmış dəyəri bəlkə də $80,000 olan 100 kVt/saatlıq sistem üçün bu, mənalı faiz artımıdır.
Amma əsl tərəddüd əməliyyat narahatlığından irəli gəlir. Yüksək gərginlikli DC elektronikasına yaxın maye insanları əsəbiləşdirir və səbəbsiz deyil. Enerjili şkafın içərisində qlikol sızması, hava soyutmasında olmayan uğursuzluq rejimlərini təqdim edir. Ən yaxşı maye{4}}soyudulmuş dizaynlar dielektrik mayelərdən istifadə edir və ya soyutma dövrəsini elektrik bölmələrindən fiziki olaraq təcrid edir, lakin mən soyuq lövhə manifoldlarının birbaşa BMS lövhələrinin üstündə işlədiyi sistemləri nəzərdən keçirmişəm. Bir uyğun uğursuzluq və böyük bir insident araşdırmasına baxırsınız.
Baxım yükü də artır. Pompalar uğursuz olur. Glikol parçalanır və vaxtaşırı dəyişdirilməsi lazımdır. Soyuducularda köhnəlmiş kompressorlar var. Kondensator rulonlarındakı hava filtrləri tozla tıxanır və heç kim onları yoxlamır, çünki sistem hasarlanmış həyətdə oturur və təmir işləri ildə iki dəfə olur. Aktiv şəkildə saxlanmayan maye soyutma sistemi 18 ay ərzində zəif işləyəcək və 36 ay ərzində sıradan çıxacaq.
İstilik dəyişdiriciləri: Olmayan Orta Yol
Hava{0}}havaya{1}}istilik dəyişdiriciləri daima spesifikasiyalarda görünür və adətən soyuducu-əsaslı soyutmaya "daha etibarlı" alternativ kimi yerləşdirilir. Meydança belədir: kompressor yoxdur, soyuducu yükü yoxdur, mürəkkəb HVAC nəzarəti yoxdur-sadəcə kabinetin istiliyini ətraf havaya passiv şəkildə köçürən istilik borusu və ya termosifon.
Kiçik bir problem var. İstilik dəyişdiriciləri yalnız ətraf mühitin temperaturu kabinetin hədəf temperaturundan aşağı olduqda istiliyi rədd edə bilər. Şkafın içərisində 25 dərəcə saxlamaq istəyirsinizsə və çöldə 35 dərəcədirsə, istilik dəyişdiriciniz indi yanlış istiqamətdə bahalı istilik körpüsü kimi işləyir.
Bu, açıq şəkildə ifadə edildikdə aydın görünür, lakin mən Amerikanın Cənub-Qərbində istilik dəyişdiricisi- ilə təchiz edilmiş layihələri gördüm-yalnız soyutma, çünki satış mühəndisi 45 dərəcə gündüz zirvələrini rahat şəkildə hamarlaşdıran "illik orta temperatur" qrafikini göstərdi. Sistem oktyabrdan aprel ayına qədər yaxşı işləyirdi. Maydan sentyabr ayına qədər batareyalar gündüz saatlarının çoxunu termal olaraq deformasiyaya uğratdı.
İstilik dəyişdiriciləri müəyyən iqlimlərdə,-Skandinaviyada, Almaniyanın şimalında, Sakit okeanın şimal-qərbində, ətraf mühitin temperaturunun etibarlı şəkildə təyin etdiyiniz nöqtədən aşağı qaldığı istənilən yerdə məna kəsb edir. Bir neçə isti gün üçün kiçik əlavə AC qurğusu ilə birlikdə onlar illik soyutma enerjisi istehlakını 60% və ya daha çox azalda bilər. Lakin onlar universal həll yolu deyillər və onları belə təqdim edən satıcılar müştərilərinə pis xidmət göstərirlər.
Parazit Yükü Heç Kimin Büdcəsi Yoxdur
Kabinet HVAC sistemləri elektrik enerjisi istehlak edir. Bu xəbər deyil. Bir çox layihə tərtibatçıları üçün-xəbər olan şey, yəqin ki,-nə qədər elektrik enerjisi istehlak etdikləri və bu istehlakın biznes vəziyyətinə nə dərəcədə əhəmiyyətli dərəcədə təsir etdiyidir.
Çoxlu iqlim zonaları üzrə qurğulardan əldə edilən sahə məlumatları mülayim iqlimlərdə ümumi batareya ötürmə qabiliyyətinin 8%-dən ekstremal mühitlərdə 34%-ə qədər dəyişən parazitar istilik idarəetmə yüklərini göstərir. Qışda yüksək isitmə tələbləri olan subarktik qurğuda batareyalarda yığılan enerjinin üçdə birindən çoxu həmin batareyaları məqbul temperaturda saxlamağa sərf olunur.
Əksər maliyyə modellərində standart fərziyyə 2% -dən 3% -ə qədər köməkçi yükdür. Bu fərziyyə səhvdir, çox vaxt çətin yerləşdirmələrdə böyüklük sırasına görə.
Yay əslində əksər yerlərdə parazit yük baxımından daha asan mövsümdür. Bəli, siz AC-ni davamlı olaraq işlədirsiniz, lakin siz təyin etdiyiniz nöqtədən cəmi 10-20 dərəcə yuxarı olan havaya istiliyi rədd edirsiniz. Soyuq iqlimlərdə qış hər şeyin bahalaşdığı yerdir. Siz müqavimət qızdırıcıları işlədirsiniz və elektrik müqavimətini daha səmərəli etmək üçün heç bir termodinamik hiylə yoxdur. Ehtiyacınız olan hər bir vat istilik sizə tam olaraq bir vatt elektrik enerjisinə-bahasına başa gəlir, üstəlik, batareya ilə qızdırıcı arasında hər hansı bir enerji çevrilməsinin səmərəsizliyi.
PCS tullantı istiliyi yaradır və ağıllı şkaf dizaynları onu qış istilik idarəetməsi üçün tutur. PCS istilik zərfinin içərisində yaşadıqda, onun 3% -dən 5% -ə qədər çevrilmə itkiləri soyuq aylarda "sərbəst" qızdırılır. O, xaricdən quraşdırıldıqda-çox vaxt batareya şkafı və elektrik elektronikası şkafının ayrı-ayrı bölmələr olduğu split-sistem dizaynlarında olur-faydalı istilik enerjisini atmış olursunuz və indi onu batareya ilə işləyən müqavimətli istiliklə- əvəz etməli olursunuz.
Termal qaçaq: Hər şeyi formalaşdıran qorxu
LFP, NMC və ya NCA kimyalarının termal qaçaq xüsusiyyətlərinə malik deyil. Bu doğrudur. Dəmir fosfat katod quruluşu qızdırıldıqda oksigeni buraxmır, buna görə də siz kobalt əsaslı kimyaları bu qədər təhlükəli edən ekzotermik parçalanmanı əldə etmirsiniz.
Lakin "daha təhlükəsiz" "təhlükəsiz" deyil və sənayenin LFP istilik davranışı ilə bağlı artan arxayınlığı hadisə hesabatlarında özünü göstərməyə başlayır.
LFP termal qaçağı NMC üçün 150 dərəcədən 200 dərəcəyə qədər olan hədddən xeyli yüksək -təxminən 270 dərəcə başlayır. Kobalt kimyası üçün dəqiqədə yüzlərlə dərəcə ilə müqayisədə qaçaq hadisə zamanı temperaturun yüksəlmə sürəti dəqiqədə 1,5 dərəcədir. Bu, sizə cavab vermək üçün daha çox vaxt verir və hüceyrələr arasında yayılma ehtimalını daha az edir.
Təhlükəsizliyə dair müzakirələrdən tez-tez çıxarılan şey, LFP hüceyrələrinin uğursuzluq zamanı hələ də yanan və zəhərli qazlar buraxmasıdır. Hidrogen, karbon monoksit, karbohidrogenlər və hidrogen flüoridlərin hamısı qaz qarışığında görünür. Kəmiyyətlər NMC-dən aşağıdır və buraxılış daha yavaşdır, lakin qapalı məkanda havanı çıxaran LFP hüceyrələri ilə dolu bir kabinet hələ də ciddi təhlükədir.
Şeffild Universitetində aparılan son tədqiqatlar müəyyən etdi ki, LFP batareyaları bəzi ssenarilərdə daha çox alışma təhlükəsi göstərir, çünki daha az həcmli-söndürülmüş{0}}qaz qarışığının{2}}avtomatik{3}}alovlanma həddi daha aşağıdır. Tam sənəd nüanslıdır və LFP-nin ümumilikdə daha təhlükəli olduğu qənaətinə gəlmir, lakin o, LFP-nin “yanıla bilməyəcəyi” barədə getdikcə daha çox yayılmış marketinq iddiasını puç edir.
Bütün bunlar bizi termal idarəetməyə qaytarır. İstilik hadisələrinin qarşısını almağın ən yaxşı yolu onlara gətirib çıxaran şərtlərin qarşısını almaqdır. Heç vaxt 45 dərəcədən çox olmayan, xroniki temperatur qradiyenti ilə qarşılaşmayan, 0 dərəcədən aşağı yüklənməyən hüceyrələr -bu hüceyrələr normal yaşlanır, proqnozlaşdırıla bilən davranır və minimum təhlükəsizlik riski təqdim edir. İstilik idarəetmə sistemi sizin yanğın söndürmə sisteminiz deyil, ilk müdafiə xəttinizdir.
Kabinetin hava axını: Hər kəsin səhv etdiyi detal
Düzgün ölçülü HVAC ilə belə, istilik vahidliyi hava axınının paylanmasından asılıdır. Burada saya biləcəyimdən daha çox dəyərli mühəndislik fəlakətləri gördüm.
Ən az müqavimətin yolu vacibdir. Soyuq hava kabinetə daxil olur və o, birbaşa qayıdış kanalına getmək istəyir. Batareya modulları bəziləri əsas axın yolunda, digərləri isə ölü zonalarda yerləşirsə, neçə kilovat soyutma quraşdırdığınızdan asılı olmayaraq, siz temperatur təbəqələşməsi əldə edirsiniz.
Baffles kömək edir. Plenum dizaynları kömək edir. Ən çox kömək edən, əslində dizayn mərhələsində CFD-nin-çalışdırılmasıdır ki, bu, pul və vaxta başa gəlir və buna görə də əksər C&I layihələrində baş vermir. Mühəndislik münasibəti adətən "kiçik bir kabinetdir, hava axını nə qədər mürəkkəb ola bilər?" Cavab belədir: bitişik modullar arasında 10 dərəcə gradient yaratmaq üçün kifayət qədər mürəkkəbdir.
Konteynerləşdirilmiş BESS sistemləri bu problemi əsasən standartlaşdırma yolu ilə həll etmişdir. Əsas inteqratorlar CFD-ni işə saldılar, prototipləri qurdular, dizaynları təsdiq etdilər və istilik arxitekturasında kilidləndilər. Xüsusilə kiçik satıcılardan olan kabinet sistemləri çox vaxt bu prosesdən keçməyib. Siz "AC 35 dərəcə bir gündə daxili temperaturu aşağı sala bilər"dən kənarda termal olaraq təsdiqlənməmiş dizaynın birinci və ya ikinci nəslini alırsınız.
Satınalma üçün əslində nə vacibdir
Xarici kabinet BESS təyin edirsinizsə, tələb etdiyiniz budur:
Temperatur vahidliyinin spesifikasiyası. "Kabinetdə kondisioner var" deyil, faktiki rəqəm: maksimum mühitdə nominal doldurma/boşaltma zamanı bütün akkumulyator modulları üzrə maksimum temperatur deltası. Satıcı bu suala cavab verə bilmirsə, istilik mühəndisliyi etməmişdir.
Saytın xüsusi şərtlərində-parazitar yük təxmini. Quraşdırılma yeriniz üçün TMY hava məlumatlarından istifadə etməklə-satış cədvəlindən əldə edilən ümumi 2% rəqəmi deyil. Parazitar yük illik nominal ötürmə qabiliyyətinin 10%-ni keçərsə, bu, maliyyə modelinizdə göstərilməlidir.
Aşağı{0}}temperaturun doldurulması mühafizəsi. Kəsmə temperaturunun hüceyrə istehsalçısının tövsiyələrinə uyğun olduğunu təsdiq edin, litium örtüyünə səbəb olan temperaturlarda şarj etməyə imkan verə biləcək bəzi güzəşt dəyəri yox. Bunu yalnız texniki cədvəldə deyil, BMS konfiqurasiyasında yoxlayın.
İstilik idarəetmə sisteminin seçimi-havaya qarşı maye-sistemin nə qədər yaxşı həyata keçirildiyi və saxlanmasından daha az əhəmiyyət kəsb edir. Düzgün hava axını mühəndisliyi ilə yaxşı dizayn edilmiş-hava soyudulmuş şkaf, nasaz nasos və ya tıxanmış kondensatorla-maye soyudulan sistemdən daha yaxşı nəticə verəcəkdir. Ən yaxşı istilik idarəetmə sistemi, aktivin ömrü boyu ehtiyac duyduğu diqqəti çəkən sistemdir.
Yekun müşahidələr
Termal idarəetmə maraqlı press-relizlər hazırlamır. Növbəti RE+ konfransında heç kim kabinetin hava axınının çaşdırılmasında bir irəliləyiş elan etməyəcək. Ancaq bu, 15 illik aktivlə 8 illik aktiv arasında, isti yay günlərində nominal tutum təmin edən sistemlə ən çox ehtiyac duyduğunuz anda 60%-ə qədər azalan sistem arasındakı fərqdir.
Ən bahalı istilik idarəetmə səhvi problemi başqasının həll etdiyini fərz etməkdir. İkinci ən bahalı, Münhendə işləyənin Dubayda işləyəcəyini fərz etməkdir.
Əvvəlcə düzgün istilik dizaynını əldə edin. Qalan hər şey oradan gəlir.