2v OPzS

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Batterie stationnaire OPzS 2v -

Le meilleur choix pour les applications stationnaires?

Le monde des batteries stationnaires ne s’immobil veut pas. Quel est le meilleur choix de batterie pour ce marché en pleine expansion?

Le monde change rapidement. De plus en plus d’industries, d’organisations, de régions et de pays ont besoin d’une énergie électrique cohérente et fiable à la demande. Les réseaux nationaux ont souvent du mal à répondre à la demande de pointe et, dans certains pays, les pannes planifiées par ville ou par région sont monnaie courante. Dans les pays industrialisés dotés d’infrastructures matures, il y a certainement une pression sur l’offre et parfois des pics d’événements, de dommages ou d’accidents peuvent entraîner des périodes de panne prolongées. De l’autre côté de la médaille, les économies en développement peuvent avoir des problèmes avec l’approvisionnement en électricité dans les régions éloignées où il n’y a pas de réseau national pour alimenter l’électricité.

Ensuite, il y a l’exigence moderne de stocker l’énergie à partir de ressources variables ou renouvelables dont les rendements énergétiques peuvent être intermittents et parfois imprévisibles. Les générateurs éoliens et solaires peuvent être les deux. Ces sources d’énergie, et encore plus prévisibles, comme les générateurs de marée, peuvent également fournir de l’électricité à des moments difficiles, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas aux périodes de pointe de la demande. Il existe de nombreuses applications liées au réseau (contrôle des fréquences, rasage de pointe, arbitrage, etc.) et UPS locales, puissance de veille, économie de coûts, etc. qui sont également une partie essentielle du commerce moderne.
Ce ne sont là que quelques-unes des applications qui nécessitent des installations de stockage d’énergie stationnaires.

Malheureusement, les données ne sont pas à jour. Cela est dû au manque d’informations disponibles gratuitement sur ce marché en pleine croissance et plus lucratif. Les secteurs qui connaissent la croissance la plus rapide, c’est-à-dire le stockage de l’énergie et ups pour les applications de centres de données, sont de grandes entreprises et peuvent être des opérations commerciales axées sur les investisseurs. Pour cette raison, il ya des bénéfices potentiels en fournissant les informations pertinentes, de sorte que les entreprises comme Reuters sont en effet trouver leurs informations à la demande. Pour cette raison, les statistiques ne seront pas aussi cohérentes ou directement applicables que je le voudrais. Toutefois, ils seront suffisamment sur la marque pour fournir une compréhension des tendances actuelles dans ce secteur de marché à forte croissance.

Si nous examinons la liste abrégée fournie dans Fig. 1 on peut voir qu’il y a des exigences très différentes pour ces applications. La plus grande section d’autres que nous pouvons supposer est principalement le stockage de l’énergie. Selon Reuters, le marché stationnaire des batteries à l’acide de plomb a été évalué à 8,3 milliards usd en 2017 et se composait des secteurs suivants:
Telecom
Ups
Utilitaire
Éclairage d’urgence
Systèmes de sécurité
Télévision par câble/radiodiffusion
Pétrole et gaz
Énergies renouvelables
Systèmes de sauvegarde ferroviaire
Autres
Pour les besoins du présent article, peu peuvent combiner certains de ces marchés en raison de la similitude dans leurs besoins de batterie. Le tableau 1 montre les exigences de ces applications sur les batteries installées.

Certaines de ces applications peuvent être subdivisées davantage. En commençant par le stockage de l’énergie, c’est peut-être l’application stationnaire à la croissance la plus rapide. Au cours des 20 dernières années, il a été reconnu que le stockage de l’énergie, soit directement à partir du réseau comme dans les opérations à l’échelle des services publics, soit comme un ajout à des générateurs d’énergie renouvelable variable, a toute une gamme d’avantages. Le tableau 2 ci-dessous donne une liste raisonnablement complète des différentes utilisations auxquelles le stockage d’énergie à l’échelle du réseau peut être mis.

2v OPzS Marché de batterie stationnaire - Fig1
Figure 1 Marché des batteries stationnaires
2v OPzS Stationary Battery Fig 2
Fig. 2 montre les caractéristiques saillantes du Microtex 2v OPzS

Ce qui est immédiatement évident, c’est que certaines applications comme l’arbitrage de l’énergie ont des avantages commerciaux importants et une industrie basée sur l’achat de réserves d’énergie stockée à bas prix, puis la revente aux distributeurs aux heures de pointe de la demande ou lorsque les générateurs d’énergie sont en difficulté. La capacité d’exploiter efficacement les énergies renouvelables devient de plus en plus importante et les pays et les régions luttent pour réduire les émissions de CO2 en raison de l’industrialisation croissante et de la demande des consommateurs.

Le stockage d’énergie à l’échelle du réseau ainsi que d’autres marchés comme les tours de télécommunications éloignées sont des marchés en plein essor où les batteries sont idéalement placées pour permettre leur croissance. De toutes les technologies de stockage de batterie qui sont disponibles, l’acide de plomb, et en particulier les conceptions 2v OPzS et OPzV, peut fournir une solution très rentable pour la plupart des marchés stationnaires.

Application Typical Size Max Discharge Discharge Frequency Rate of Discharge
Energy Storage 1-50 MWh, Max - 290 80% Daily 0.2 C10
UPS 0.5 - 500 kWh 20% Infrequent / Weekly 0.05 C10
Emergency / Backup 0.5 kWh - 10MWh 80% Infrequent / Weekly 0.08 C10
Rail / Cable / Security 0.1 - 5kWh 60% Daily 0.1 C10
Renewables 0.5kWh - 5MWh 70% Daily 0.1 C10
Telecom 5 kWh - 50 kWh 70% Daily 0.1 C10

Tableau 1 Application de batterie stationnaire et leurs exigences

Une chose qui ne devrait pas nous préoccuper, c’est la capacité énergétique que nous avons dans nos réseaux nationaux. Ce qui nous manque, c’est la capacité de répondre à notre demande d’énergie aux périodes de pointe, plutôt que la capacité de répondre à nos besoins énergétiques totaux. De nombreux pays industrialisés peuvent générer plus que les besoins énergétiques quotidiens totaux, mais ils sont à leur capacité de production ou à proximité de leur capacité de production pour les périodes de pointe de consommation. Au Royaume-Uni, par exemple, la demande maximale de pointe oscille autour de 60 GW avec une capacité d’approvisionnement d’environ 75 GW, mais est souvent beaucoup moins due à des pannes fréquentes.

Cela signifie qu’à l’occasion, la demande maximale peut dépasser l’offre de générateurs. Cela contraste avec l’Inde, dont la demande d’électricité a atteint un record historique de 176.724 gigawatts en Mars de cette année, en dépit d’avoir une capacité installée de 350.162 GW. Cependant, de nombreux États de l’Inde connaissent des coupures d’électricité planifiées et non planifiées et l’approvisionnement en électricité de pointe a été faible. Cela s’explique par des questions telles que les finances précaires de certaines entreprises publiques de distribution d’électricité, qui les empêchent de se procurer la quantité d’électricité requise.

Application Description
Energy Arbitrage Can store energy and meter its use for purchase and resale at a profit
Frequency Regulation Sudden dips in frequency due to heavy loads can be prevented by use of instantaneous battery power
Capacity Firming Use of storage to provide energy to fill in when variable generation (i.e. solar and wind) output is below the generators's rating to provide constant power output
Power Quality A measure of the level of voltage and / or frequency disturbances
Black Start " The reliable restoration of the grid following a blackout. This requires a generating unit to start without an outside electrical supply, or to automatically remain operating at reduced levels when disconnected from the grid "
Peak shaving / Demand-side management / Load levelling ZII activities or programs undertaken by Load - Serving Entity or its customers to influence the amount or timing of electricity they use
Backup power (Nuclear and fossil fuel generators) Provides power in the event of a power failure for commercial and industrial facilities. Can also be used by electricity power plants to provide electricity if the generators cannot cope or fail
UPS Uninterruptible Power Supply is a device that provides battery backup when the electrical power fails or drops to an unacceptable voltage level. Can be used for domestic or industrial applications

Le gouvernement indien affirme qu’au cours des neuf mois de l’exercice 2019, la demande maximale a augmenté de 7,9 % comparativement à 2,8 % au cours de la période correspondante de l’exercice 2018. Elle a attribué cette demande accrue d’énergie à la propagation de l’électrification des ménages, à l’augmentation de l’offre pour les consommateurs agricoles, à la faible production d’hydroélectricité et aux étés prolongés. Près de 50 % de la capacité de production d’électricité de l’Inde provient de centrales hydroélectriques. Cela signifie que d’autres générateurs représentent environ 170GW de la production potentielle. Dans cet esprit, la propension au stockage de l’énergie est énorme, avec des avantages indéniables à tirer de la détention de plus grandes réserves d’énergie plutôt que d’augmenter ou de mettre en marche des générateurs supplémentaires au besoin.

Outre l’approvisionnement en électricité et l’évitement des pannes d’électricité, le stockage de l’énergie peut résoudre de nombreux problèmes tels que le maintien de la fréquence d’approvisionnement au bon niveau en raison de sa capacité de réponse instantanée. Ensuite, il y a la question de la demande de pointe et l’exploitation de l’énergie renouvelable qui n’est jamais produite à un moment opportun pour nos besoins de pointe. Le coût d’installation du stockage de l’énergie plutôt que de la production, est également favorable, en particulier si l’option de batterie la plus rentable est choisie. Oui, comme vous l’avez peut-être deviné, c’est la chimie familière de l’acide de plomb qui donne la meilleure valeur tous azimuts.

Cela est non seulement vrai pour le coût en capital, mais aussi pour le coût à vie et le rendement financier sur investissement. Dans Energy Storage, principal talon d’Achille de l’acide plomb, sa faible densité énergétique n’est pas un facteur important dans son fonctionnement réussi. Puisqu’il n’y a aucun mouvement et beaucoup d’espace disponible dans les bâtiments et avec des batteries stockées sur des planchers en béton, le poids et le volume ne sont pas vraiment des questions importantes.

Les principales exigences pour tous les nombreux aspects du stockage de l’énergie sont des temps de réponse rapides de plusieurs secondes, une conversion énergétique efficace et une longue durée de vie du calendrier et du cycle. Les gammes 2v OPzS et OPzV ont des temps de réponse de millisecondes et la meilleure durée de vie de cycle et de calendrier de toutes les différentes conceptions LAB.

Le 2v OPzV est différent à deux égards: il dispose d’un électrolyte GEL immobilisé et d’une soupape de soulagement de la pression pour maintenir l’oxygène et l’hydrogène produits en charge, à l’intérieur de la cellule pour la recombinaison. Les caractéristiques sont montrées, en particulier, la plaque tubulaire avec une colonne vertébrale pour une grille et une tenue multitube dans le matériau actif, sont les clés du long cycle et la durée de vie du calendrier de cette conception de la cellule.

Parmi les options d’acide de plomb, OPzS a une meilleure performance tous azimuts dans la plupart des applications stationnaires, en particulier pour la durée de vie du cycle, mais a l’inconvénient d’exiger la maintenance de remplissage avec ce coût associé. Lors du calcul du coût nivelé du stockage de l’énergie (LCOES), il est important d’inclure tous les coûts de l’installation et de l’entretien de la batterie. Lors de la détermination de la meilleure option de batterie, il est important de comprendre les coûts réels, en particulier lors de l’évaluation de la chimie de la batterie différente.

Avec li-ion par exemple, c’est souvent le coût de la batterie qui est cité, en laissant de côté l’équipement de refroidissement, de sécurité et d’arrêt d’incendie. Dans certains cas, ce ne sont que les coûts de la cellule avec même le pack de batterie et le système de gestion qui sont inclus dans le calcul. Le coût nivelé de l’énergie (LCOE) peut facilement être déterminé à partir de la relation suivante :

  • LCOE = somme de tous les coûts sur la durée de vie de la batterie / somme de toutes les sorties sur la durée de vie de la batterie.

Les coûts sur la durée de vie de la batterie comprennent la charge de la batterie avec de l’électricité. Dans ce cas, la sortie/entrée exprimée en pourcentage est utilisée pour le calcul des coûts.
La sortie au cours de la durée de vie dépend de façon critique de la durée de vie du cycle de la batterie, plus le haut est élevé, mieux c’est. Cela réduit le coût de fourniture d’électricité en fonction de la relation donnée ci-dessus. C’est encore une fois une source de confusion et d’erreur lors du calcul pour l’achat de la batterie. Dans le cas de l’acide de plomb, la durée de vie de la batterie dépend de façon critique de sa profondeur de décharge (DOD).

Plus le DOD est bas, plus la durée de vie du cycle de la batterie est élevée (fig. 3). De nombreux clients tenteront de minimiser la ligne supérieure en maintenant le coût en capital à un minimum et en achetant la plus petite batterie de capacité pour faire le travail. En fait, une batterie seulement 50% plus grande donnera un DOD de 50% au lieu de 80% et sera pratiquement doubler la durée de vie du cycle. Dans cette situation, le système et les coûts d’installation sont pratiquement inchangés, c’est juste le prix des cellules de la batterie qui a augmenté.

En d’autres termes, vous obtenez un LCOE près de la moitié du boîtier en capital minimal pour le coût supplémentaire de 50% plus élevé de la batterie. Les avantages ne s’arrêtent pas là : l’efficacité de la charge passe maintenant de moins de 80 % à plus de 90 %, ce qui donne une nouvelle réduction de votre LCOE.

Les avantages de l’utilisation des batteries pour l’industrie du stockage de l’énergie sont tout à fait évidents. La question de savoir quelle batterie est moins simple. Actuellement, le li-ion est la chimie dominante utilisée à l’échelle mondiale dans cette application croissante. Les raisons de cette situation ne sont pas tout à fait claires à moins que les tactiques de marketing ne soient prises en considération. La principale raison invoquée par les installateurs des systèmes BESS pour l’utilisation de li-ion est qu’il a un meilleur LCOE que pbA en raison de la durée de vie du cycle plus élevé et de l’efficacité supérieure de charge/décharge.

Pour en revenir aux chiffres que je viens de donner pour une batterie améliorée 2v OPzS, vous pouvez voir qu’avec le double de la durée de vie du cycle et l’amélioration de la charge / efficacité de décharge, les batteries li-ion sont encore plus chers, mais ne donnent pas une meilleure vie ou l’efficacité. Il ya une pratique se développant pour utiliser des cellules li-ion seconde vie qui ont été précédemment utilisés dans les batteries EV.

2v OPzS Stationary Battery Fig 3
Figure 3 Profondeur de décharge (DoD) par rapport à la durée de vie du cycle
2v OPzS Stationary Battery Fig 4
Figure 4 Microtex 2v OPzS et 2v Cellules OPzV 2v

Il a été démontré que ces cellules peuvent devenir dangereuses en raison de la croissance interne de dendrite créant un court-circuit. Les problèmes en Corée du Sud et aux États-Unis où les installations de la deuxième vie li-ion BESS ont pris feu, et le manque d’installations de recyclage de fin de vie, tous indiquent la nécessité d’une évaluation plus approfondie de la véritable LCOE pour les systèmes li-ion. Peut-être un meilleur marketing par l’industrie des batteries acides de plomb est nécessaire.

Les applications traditionnelles d’UPS et de puissance de secours représentent encore plus de 50 % du marché stationnaire mondial. Comme on peut le voir sur le tableau 1, leurs exigences respectives sont quelque peu différentes. Pour le marché UPS, les batteries doivent fournir occasionnellement de courtes rafales de puissance pour s’assurer que l’équipement n’est pas affecté par des coupures soudaines de puissance ou des coupures. En général, il en résulte une décharge peu profonde et peu fréquente des batteries. Les batteries sont habituellement conservées dans des enceintes ou des armoires à charge flottante constante à basse tension pendant la majeure partie de leur durée de vie du calendrier. Dans ce cas, ce n’est pas la vie du DOD ou du cycle qui est l’exigence dominante, c’est la durée de vie du calendrier.

Sur la charge constante de flotteur, la durée de vie du calendrier dépend presque exclusivement de la résistance à la corrosion des alliages utilisés dans le réseau de la batterie. Les autres facteurs sont la perte d’eau dans les systèmes inondés et l’utilisation de cellules VRLA OPzV.
Dans l’oPzV sans entretien ou les conceptions 2v OPzS à faible entretien, la durée de vie de conception efficace peut être plus de 20 ans avec l’alliage de la colonne vertébrale droite et les bons ingrédients de matériaux actifs. À cet égard, les gammes 2v OPzS et OPzV offertes par Microtex sont des produits de premier plan (fig. 4). Conçus par un scientifique allemand respecté de la batterie et fabriqués avec les derniers alliages à faible gazage et résistants à la corrosion en étain de plomb et de calcium, ils offrent un ensemble imbattable de performances, de fiabilité et de vie.

Microtex atteint ces caractéristiques pour leurs batteries en ayant un équilibre matériel actif optimal pour les plaques positives et négatives avec des grilles de colonne vertébrale positive à haute pression à matrice faite à partir de l’alliage de plomb-calcium-étain parfaitement équilibré, qui est un composant critique de la cellule. Il est non seulement un conducteur du courant électrique généré par le matériau actif de la plaque, mais il doit également s’assurer qu’il ya un bon lien entre l’AM et la grille pour minimiser la résistance interne et empêcher la pâte de perte au fur et à mesure que la batterie cycles.

Dans les applications UPS, la batterie est en charge constante du flotteur à basse tension qui, pour le positif, signifie qu’elle est constamment oxydée (corrodée). L’alliage spécifique utilisé par Microtex pour fabriquer les épines est l’aboutissement de décennies de R&D et d’expérience commerciale. Il fournit le meilleur mélange possible de résistance à la corrosion et de faibles propriétés de gazage de tout alliage de plomb-calcium disponible. La fin de vie des applications UPS est généralement marquée par la corrosion complète de la grille positive. Dans les deux 2v OPzS et OPzV conceptions, il est souvent soit la corrosion positive du réseau et / ou la batterie sécher par la perte d’eau en raison de l’évolution du gaz qui est la cause d’une défaillance éventuelle de la batterie.

Les autres principales applications stationnaires sont l’alimentation en veille/urgence, les télécommunications, les énergies renouvelables et la signalisation. J’ai regroupé ces applications ensemble car ils sont pour la plupart des applications de décharge profonde et ont des exigences de batterie similaires. Encore une fois, une bonne durée de vie du cycle, une résistance aux décharges profondes et un faible entretien sont des paramètres clés dans le choix de la batterie.

Les énergies renouvelables et les télécommunications ont un modèle d’exploitation commun car elles sont régulièrement (quotidiennement dans la plupart des cas) déchargées et rechargées. La profondeur de décharge dépend de la durée de la batterie pour durer par rapport aux dépenses en capital. Plus le DOD est bas, plus le coût initial est élevé. Les opérateurs doivent décider quelle batterie utiliser sur la base de raisons financières autant que techniques. L’effet sur la CCOE a été discuté pour la situation du BESS et est également vrai pour les industries des télécommunications et des énergies renouvelables.

L’application des énergies renouvelables tire parti du stockage de l’énergie qui est souvent produite par intermittence et à des moments gênants. Cela est vrai à la fois derrière le compteur et devant les applications de compteur au niveau national, local et national. Le stockage des batteries permet de libérer l’énergie des installations d’éoliennes, par exemple, qui peuvent être imprévisibles et inutilisables parce qu’elles ne sont pas nécessaires au moment de l’origine, au besoin, par exemple aux périodes de pointe de la demande. Encore une fois, c’est tout aussi vrai pour les installations domestiques que pour les installations à l’échelle du réseau.

L’énergie solaire est un autre exemple qui, bien que prévisible est souvent généré quand il ya peu de demande. Dans ces exemples, le cycle de sortie d’énergie et de sortie d’énergie (charge/décharge) est habituellement un phénomène quotidien. À cet égard, il est très similaire à l’industrie des télécommunications, à la fois totalement électrique et hybride systèmes diesel. Dans tous ces cas, les piles sont habituellement déchargées quotidiennement et rechargées, normalement entre 60 % et 80 % de DOD.
Pour la plupart des applications stationnaires, la solution de stockage d’énergie la plus efficace en termes de coût, de temps de réponse, de livraison d’énergie et de capacité de stockage d’énergie est une batterie (fig. 5).

Figure 5 comparaison des différentes technologies de stockage d’énergie

2v OPzS Stationary Battery Fig 5

La plupart des opérations à l’échelle nationale et commerciale seront situées dans des zones ou des circonstances où toute autre forme de stockage d’énergie, comme l’hydroélectricité pompée, l’air comprimé, les volants, etc. ne sont pas appropriées. Comme nous l’avons vu précédemment, la construction de la plaque tubulaire et des alliages utilisés pour la grille positive dans les Microtex 2v OPzS et OPzV offrent la durée de vie cycle la plus élevée possible avec des taux de gazage minimes (perte d’eau). Cela fait de cette conception l’option la plus appropriée et la plus rentable dans la majorité de ces applications. L’utilisation de cellules tubulaires et de batteries monobloc pour les installations d’énergie solaire, par exemple, est bien établie.

Pour la durée de vie du cycle ultra-long et la capacité de décharge profonde, le choix de l’OPzS 2V est le plus approprié. Cependant, il est livré avec l’étiquette de prix supplémentaire de compléter la maintenance. Dans certains cas, en particulier dans les applications à distance de remplissage avec de l’eau n’est pas une option. Dans ces cas, il ya la gamme OPzV de Microtex avec toutes les caractéristiques trouvées dans la gamme 2v OPzS, mais avec un électrolyte gélifié et scellé opération VRLA.

Il est très vrai de dire que l’énergie de secours est un marché de plus en plus important de l’avenir. Pour cette raison, il est tout à fait logique d’utiliser la société la plus expérimentée et avancée batterie acide plomb disponible. Beaucoup d’entreprises feront cette réclamation, mais très peu ont l’expérience et les antécédents de Microtex pour vraiment livrer.

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