la scelta migliore per le applicazioni con batterie stazionarie?
Il mondo delle batterie stazionarie non è fermo. Qual è la migliore scelta di batterie per questo mercato in rapida espansione?
Il mondo sta cambiando rapidamente. Sempre più industrie, organizzazioni, regioni e paesi hanno bisogno di energia elettrica costante e affidabile su richiesta. Le reti nazionali stanno spesso lottando per soddisfare i picchi di domanda di energia e, in alcuni paesi, i blackout pianificati per città o area sono comuni. Nei paesi industrializzati con infrastrutture mature c’è sicuramente una tensione sulla fornitura e a volte eventi di picco, danni o incidenti possono portare a periodi di blackout prolungati. Dall’altro lato della medaglia, le economie in via di sviluppo possono avere problemi con la fornitura di energia in aree remote dove non c’è una rete nazionale per fornire energia.
Poi c’è l’esigenza moderna di immagazzinare energia da risorse variabili o rinnovabili le cui uscite di potenza possono essere intermittenti e talvolta imprevedibili. I generatori eolici e solari possono essere entrambi. Queste e anche fonti di energia più prevedibili come i generatori di maree possono anche fornire energia in momenti scomodi, cioè non nei periodi di picco della domanda. Ci sono molte applicazioni sia legate alla rete (controllo della frequenza, peak shaving, arbitraggio, ecc.) che agli UPS locali, all’alimentazione in standby, al risparmio dei costi, ecc. che sono anche una parte essenziale del commercio moderno.
Queste sono solo alcune delle applicazioni che hanno bisogno di impianti di stoccaggio di energia stazionari.
Purtroppo i dati non sono aggiornati. Ciò è dovuto alla mancanza di informazioni liberamente disponibili su questo mercato crescente e più lucrativo. I settori in più rapida crescita, che sono l’immagazzinamento dell’energia e gli UPS per applicazioni nei centri dati, sono grandi affari e possono essere operazioni commerciali guidate dagli investitori. A causa di questo, c’è un potenziale profitto nel fornire le informazioni pertinenti, quindi aziende come la Reuters stanno effettivamente trovando che le loro informazioni sono richieste. Per questo motivo, le statistiche non saranno così coerenti o direttamente applicabili come vorrei. Tuttavia, essi saranno sufficientemente sul segno per fornire una comprensione delle tendenze attuali in questo settore di mercato ad alta crescita.
Se esaminiamo la lista abbreviata fornita in Fig. 1 si può vedere che ci sono requisiti molto diversi per queste applicazioni. La sezione più grande degli altri possiamo supporre che sia per lo più l’immagazzinamento dell’energia. Secondo Reuters, il mercato stazionario delle batterie al piombo è stato valutato a 8,3 miliardi di dollari nel 2017 e consisteva nei seguenti settori:
Telecom
UPS
Utilità
Illuminazione di emergenza
Sistemi di sicurezza
Televisione via cavo/diffusione
Olio e gas
Energia rinnovabile
Sistemi di backup ferroviari
Altri
Per gli scopi di questo articolo, pochi possono combinare alcuni di questi mercati a causa della somiglianza nei loro requisiti di batteria. La tabella 1 mostra le richieste di queste applicazioni sulle batterie installate.
Alcune di queste applicazioni possono essere ulteriormente suddivise. Partendo dall’accumulo di energia, questa è forse l’applicazione stazionaria in più rapida crescita. Negli ultimi 20 anni, è stato riconosciuto che l’immagazzinamento dell’energia, sia direttamente dalla rete come nelle operazioni utility-scale, sia come aggiunta ai generatori di energia rinnovabile variabile, ha tutta una serie di benefici. La tabella 2 qui sotto fornisce un elenco ragionevolmente completo dei diversi usi a cui può essere destinato l’accumulo di energia su scala di rete.
Ciò che è immediatamente evidente è che alcune delle applicazioni come l’Arbitraggio energetico hanno significativi benefici commerciali e un’industria basata sull’acquisto di riserve di energia immagazzinata a prezzi bassi e poi rivenduta ai distributori nei momenti di picco della domanda o quando i generatori di energia sono in difficoltà. La capacità di sfruttare in modo efficiente l’energia rinnovabile sta diventando sempre più importante e i paesi e le regioni lottano per fornire emissioni di CO2 più basse a causa della crescente industrializzazione e delle richieste dei consumatori.
L’immagazzinamento di energia su scala di rete insieme ad altri mercati come le torri di telecomunicazione remote sono mercati fiorenti in cui le batterie sono in una posizione ideale per consentire la loro crescita. Di tutte le tecnologie di stoccaggio delle batterie disponibili, l’acido di piombo, e in particolare i progetti OPzS e OPzV a 2v, possono fornire una soluzione molto conveniente per la maggior parte dei mercati stazionari.
Tabella 1 Applicazione della batteria stazionaria e loro requisiti
| Applicazione | Dimensione tipica | Scarico massimo | Frequenza di scarico | Tasso di scarico |
|---|---|---|---|---|
| Accumulo di energia | 1-50 MWh, Max - 290 | 80% | Quotidiano | 0.2 C10 |
| UPS | 0,5 - 500 kWh | 20% | Poco frequente / settimanale | 0.05 C10 |
| Emergenza / Backup | 0,5 kWh - 10MWh | 80% | Poco frequente / settimanale | 0.08 C10 |
| Rotaia / Cavo / Sicurezza | 0,1 - 5kWh | 60% | Quotidiano | 0.1 C10 |
| Energie rinnovabili | 0,5kWh - 5MWh | 70% | Quotidiano | 0.1 C10 |
| Telecom | 5 kWh - 50 kWh | 70% | Quotidiano | 0.1 C10 |
Una cosa di cui non dobbiamo preoccuparci è la capacità energetica che abbiamo nelle nostre reti nazionali. Quello che ci manca è la capacità di soddisfare la nostra domanda di energia nei periodi di picco, piuttosto che la capacità di soddisfare le nostre esigenze energetiche totali. Molti paesi industrializzati possono generare più del fabbisogno energetico giornaliero totale, ma sono alla loro capacità di generazione, o quasi, per i periodi di picco del consumo. Nel Regno Unito, per esempio, la domanda massima di picco si aggira intorno ai 60 GW con una capacità di fornitura di circa 75 GW, ma spesso è significativamente inferiore a causa dei frequenti guasti.
Questo significa che in alcune occasioni la domanda di picco può superare l’offerta del generatore. Questo contrasta con l’India, la cui domanda di elettricità ha toccato un massimo storico di 176,724 gigawatt nel marzo di quest’anno, nonostante abbia una capacità installata di 350,162 GW. Tuttavia, molti stati in India sperimentano interruzioni di corrente pianificate e non pianificate e la fornitura di elettricità di picco è stata bassa. Questo è stato spiegato facendo riferimento a questioni come le precarie finanze di alcune aziende statali di distribuzione dell’elettricità, che impediscono loro di essere in grado di procurarsi la quantità necessaria di energia.
| Applicazione | Descrizione |
|---|---|
| Arbitraggio energetico | Può immagazzinare energia e misurarne l'uso per acquistarla e rivenderla con profitto |
| Regolazione della frequenza | Improvvisi cali di frequenza dovuti a carichi pesanti possono essere evitati con l'uso della batteria istantanea |
| Rassodamento della capacità | Uso dell'immagazzinamento per fornire energia per riempire quando la generazione variabile (cioè solare ed eolica) è al di sotto della potenza nominale dei generatori per fornire un'uscita di potenza costante |
| Qualità dell'alimentazione | Una misura del livello dei disturbi di tensione e/o di frequenza |
| Inizio nero | " Il ripristino affidabile della rete dopo un blackout. Ciò richiede che un'unità di generazione si avvii senza un'alimentazione elettrica esterna, o che rimanga automaticamente in funzione a livelli ridotti quando viene scollegata dalla rete " |
| Peak shaving / Demand-side management / Load levelling | ZII attività o programmi intrapresi dal Load - Serving Entity o dai suoi clienti per influenzare la quantità o i tempi dell'elettricità che usano |
| Potenza di riserva (generatori nucleari e a combustibile fossile) | Fornisce energia in caso di mancanza di corrente per strutture commerciali e industriali. Può anche essere usato dalle centrali elettriche per fornire elettricità se i generatori non possono farcela o falliscono |
| UPS | Il gruppo di continuità è un dispositivo che fornisce il backup della batteria quando l'energia elettrica viene a mancare o scende a un livello di tensione inaccettabile. Può essere usato per applicazioni domestiche o industriali |
Il governo indiano sostiene che nei nove mesi del FY19, la domanda di picco è cresciuta del 7,9% rispetto al 2,8% nel periodo corrispondente del FY18. Ha attribuito questo aumento della domanda di energia alla diffusione dell’elettrificazione delle famiglie, all’aumento della fornitura ai consumatori agricoli, alla bassa produzione di energia idroelettrica e alle estati prolungate. Quasi il 50% della capacità di produzione di energia dell’India deriva da impianti idroelettrici. Questo significa che gli altri generatori rappresentano circa 170GW di produzione potenziale. Con questo in mente, la propensione per l’immagazzinamento dell’energia è enorme, con sicuri benefici da avere dal tenere riserve più grandi di energia piuttosto che aumentare o accendere generatori aggiuntivi quando necessario.
A parte la fornitura di elettricità ed evitare i blackout, l’immagazzinamento di energia può risolvere molti problemi come mantenere la frequenza di fornitura al giusto livello grazie alla sua capacità di risposta istantanea. Poi c’è la questione dei picchi di domanda e lo sfruttamento dell’energia rinnovabile che non viene mai prodotta in un momento conveniente per le nostre esigenze di punta. Il costo dell’installazione dell’immagazzinamento di energia piuttosto che della generazione, è anche favorevole, in particolare se si sceglie l’opzione della batteria più conveniente. Sì, come avrete indovinato, è la familiare chimica degli acidi al piombo che dà il miglior valore a tutto tondo.
Questo non è solo vero per il costo del capitale, ma anche per il costo del ciclo di vita e il ritorno finanziario dell’investimento. Nell’immagazzinamento dell’energia, il principale tallone d’Achille dell’acido al piombo, la sua bassa densità di energia non è un fattore significativo per il suo successo. Poiché non c’è movimento e c’è molto spazio disponibile all’interno degli edifici e con le batterie immagazzinate su pavimenti di cemento, il peso e il volume non sono questioni veramente importanti.
2V OPzS tempo di risposta veloce
I requisiti principali per tutti i molti aspetti dell’immagazzinamento dell’energia sono tempi di risposta veloci di alcuni secondi, conversione efficiente dell’energia e lunga durata del calendario e del ciclo. Le gamme OPzS e OPzV 2v hanno tempi di risposta di millisecondi e la migliore durata di ciclo e di calendario di tutti i diversi design LAB.
OPzS vs OPzV
La OPzV 2v è diversa in due aspetti: ha un elettrolita GEL immobilizzato e una valvola di scarico della pressione per mantenere l’ossigeno e l’idrogeno prodotti durante la carica, all’interno della cella per la ricombinazione. Le caratteristiche sono mostrate, in particolare, la piastra tubolare con una spina dorsale per una griglia e un multitubo tenendo nel materiale attivo, sono le chiavi per il lungo ciclo e la vita del calendario di questo disegno della cella.
Cos'è la batteria OPzS?
Tra le opzioni al piombo acido, il 2V OPzS ha una migliore performance a tutto tondo nella maggior parte delle applicazioni stazionarie, in particolare per la durata del ciclo, ma ha lo svantaggio di richiedere una manutenzione di rabbocco insieme al costo associato. Quando si calcola il costo livellato dello stoccaggio di energia (LCOES), è importante includere i costi completi dell’installazione e della manutenzione della batteria. Quando si determina l’opzione migliore per le batterie, è importante capire i costi reali, in particolare quando si valutano le diverse chimiche delle batterie.
2V OPzS vs Litio
Con gli ioni di litio, per esempio, è spesso il costo del pacco batterie che viene citato, tralasciando il raffreddamento, la sicurezza e l’attrezzatura antincendio. In alcuni casi, sono solo i costi delle celle, senza nemmeno il pacco batterie e il sistema di gestione che sono inclusi nel calcolo. Il costo livellato dell’energia (LCOE) può essere facilmente determinato dalla seguente relazione:
LCOE = somma di tutti i costi durante la vita della batteria/somma di tutte le uscite durante la vita della batteria.
I costi durante la vita della batteria includono la ricarica della batteria con l’elettricità. In questo caso, l’output/input espresso in percentuale è usato per il calcolo dei costi.
Il rendimento nel corso della vita dipende criticamente dalla durata del ciclo di vita della batteria, più alto è, meglio è. Questo riduce il costo della fornitura di elettricità secondo la relazione data sopra. Questo è di nuovo una fonte di confusione e di errore quando si fa il calcolo per l’acquisto della batteria. Nel caso del piombo acido, la vita della batteria dipende in modo critico dalla sua profondità di scarica (DOD).
Più basso è il DOD, più alta è la durata del ciclo della batteria (Fig. 3). Molti clienti cercheranno di minimizzare la linea superiore mantenendo il costo del capitale al minimo e acquistando la batteria con la capacità più piccola per fare il lavoro. Infatti, una batteria più grande solo del 50% darà un DOD del 50% invece dell’80% e praticamente raddoppierà la durata del ciclo. In questa situazione i costi del sistema e dell’installazione sono praticamente invariati, è solo il prezzo delle celle della batteria che è aumentato.
In altre parole, si ottiene un LCOE quasi la metà del caso di capitale minimo per il costo aggiuntivo del 50% più alto della batteria. I benefici non si fermano qui: l’efficienza di carica passa ora da meno dell’80% a ben oltre il 90%, dando un’ulteriore riduzione del vostro LCOE.
I vantaggi dell’uso delle batterie per il business dell’immagazzinamento dell’energia sono abbastanza evidenti. La questione di quale batteria è meno semplice. Attualmente, li-ion è la chimica dominante usata globalmente in questa applicazione in crescita. Le ragioni di questo non sono del tutto chiare se non si considerano le tattiche di marketing. La ragione principale data dagli installatori di sistemi BESS per l’utilizzo di li-ion è che ha un LCOE migliore del PbA a causa della maggiore durata del ciclo e della superiore efficienza di carica/scarica.
Tornando ai numeri che ho appena dato per una batteria OPzS 2v migliorata, si può vedere che con il doppio della durata del ciclo e la migliore efficienza di carica/scarica, le batterie agli ioni di litio sono ancora più costose ma non danno una migliore durata o efficienza. C’è una pratica che si sta sviluppando per utilizzare celle agli ioni di litio di seconda vita che sono state precedentemente utilizzate nei pacchetti di batterie EV.
È stato dimostrato che queste cellule possono diventare insicure a causa della crescita interna dei dendriti che crea un corto circuito. I problemi in Corea del Sud e negli Stati Uniti, dove gli impianti BESS agli ioni di litio di seconda vita hanno preso fuoco, e la mancanza di impianti di riciclaggio a fine vita, indicano la necessità di un’ulteriore valutazione del vero LCOE per i sistemi agli ioni di litio. Forse è necessario un po’ di marketing migliore da parte dell’industria delle batterie al piombo.
Le applicazioni tradizionali degli UPS e dell’alimentazione in standby rappresentano ancora più del 50% del mercato stazionario globale. Come si può vedere dalla tabella 1, i loro rispettivi requisiti sono un po’ diversi. Per il mercato degli UPS, le batterie devono fornire occasionalmente brevi raffiche di potenza per garantire che le apparecchiature non siano colpite da improvvisi cali di potenza o interruzioni. Generalmente, questo si traduce in una scarica superficiale e poco frequente dei pacchi batteria. I pacchi batteria sono di solito tenuti in recinti o armadi su una carica costante a bassa tensione per la maggior parte della loro vita di calendario. In questo caso non è il DOD o la durata del ciclo che è il requisito dominante, ma la durata del calendario.
Con una carica fluttuante costante, la durata del calendario dipende quasi esclusivamente dalla resistenza alla corrosione delle leghe utilizzate nella griglia della batteria. Le altre considerazioni sono la perdita d’acqua nei sistemi allagati e l’uso di celle VRLA OPzV.
In entrambi i design OPzV senza manutenzione o OPzS 2v a bassa manutenzione, la vita effettiva del progetto può essere più di 20 anni con la giusta lega di spina dorsale e i giusti ingredienti di materiale attivo. A questo proposito, le gamme OPzS e OPzV 2v offerte da Microtex sono prodotti leader della categoria (Fig. 4). Progettate da un rispettato scienziato tedesco delle batterie e fabbricate con le ultime leghe di piombo-calcio-stagno a bassa emissione di gas e resistenti alla corrosione, offrono un pacchetto imbattibile di prestazioni, affidabilità e durata.
Microtex raggiunge queste caratteristiche per le sue batterie grazie all’equilibrio ottimale dei materiali attivi per le piastre positive e negative con griglie a spina dorsale positive pressofuse ad alta pressione realizzate con una lega piombo-calcio-stagno perfettamente bilanciata, che è un componente critico della cella. Non solo è un conduttore della corrente elettrica generata dal materiale attivo della piastra, ma deve anche assicurare che ci sia un buon legame tra l’AM e la griglia per minimizzare la resistenza interna e prevenire lo spargimento di pasta durante i cicli della batteria.
Nelle applicazioni UPS, la batteria è in carica costante a bassa tensione che, per il positivo, significa che è costantemente ossidata (corrosa). La lega specifica utilizzata da Microtex per produrre le spine è il culmine di decenni di R&S e di esperienza commerciale. Fornisce la migliore miscela possibile di resistenza alla corrosione e di proprietà a bassa emissione di gas di qualsiasi lega di piombo e calcio disponibile. La fine della vita per le applicazioni UPS è generalmente segnata dalla completa corrosione della griglia positiva. In entrambi i progetti OPzS 2v e OPzV è spesso la corrosione della griglia positiva e/o l’essiccazione della batteria attraverso la perdita d’acqua dovuta all’evoluzione del gas che è la causa del fallimento finale della batteria.
Le altre principali applicazioni stazionarie sono l’alimentazione di standby/emergenza, le telecomunicazioni, le energie rinnovabili e la segnalazione. Ho raggruppato queste applicazioni in quanto sono per lo più applicazioni a scarica profonda e hanno requisiti simili per le batterie. Di nuovo, una buona durata del ciclo, la resistenza alla scarica profonda e la bassa manutenzione sono parametri chiave nella scelta della batteria.
Le energie rinnovabili e le telecomunicazioni hanno un modello operativo comune, in quanto vengono regolarmente (quotidianamente nella maggior parte dei casi) scaricate e ricaricate. La profondità di scarica dipende da quanto tempo la batteria deve durare rispetto all’esborso di capitale. Più basso è il DOD, più alto è il costo iniziale. Gli operatori devono decidere quale batteria utilizzare in base a ragioni finanziarie e tecniche. L’effetto sul LCOE è stato discusso per la situazione BESS e vale anche per le industrie delle telecomunicazioni e delle rinnovabili.
L’applicazione delle energie rinnovabili sfrutta l’immagazzinamento dell’energia che è spesso prodotta in modo intermittente e in momenti scomodi. Questo è vero sia nelle applicazioni dietro il contatore che davanti al contatore a livello domestico, locale e nazionale. L’immagazzinamento delle batterie permette la raccolta di energia, ad esempio, da impianti eolici, che può essere imprevedibile e inutilizzabile perché non è richiesta al momento dell’origine, per essere rilasciata quando necessario, ad esempio nei periodi di picco della domanda. Di nuovo, questo è altrettanto vero per le installazioni domestiche che per quelle su scala di rete.
L’energia solare è un altro esempio che, sebbene prevedibile, è spesso generata quando c’è poca domanda. In questi esempi, il ciclo ingresso/uscita di energia (carica/scarica) è di solito un evento quotidiano. In questo senso, è molto simile all’industria delle telecomunicazioni, sia i sistemi totalmente elettrici che quelli ibridi diesel. In tutti questi casi, le batterie sono di solito scaricate e ricaricate quotidianamente, normalmente tra il 60% e l’80% DOD.
Per la maggior parte delle applicazioni stazionarie, la soluzione di immagazzinamento dell’energia più efficace in termini di costo, tempo di risposta, fornitura di potenza e capacità di immagazzinamento dell’energia è una batteria (Fig. 5).
Figura 5 confronto tra diverse tecnologie di stoccaggio dell'energia
La maggior parte delle operazioni su scala domestica e commerciale saranno situate in aree o circostanze in cui qualsiasi altra forma di stoccaggio di energia come l’idroelettrico pompato, l’aria compressa, i volani, ecc. non sono appropriati. Come discusso in precedenza, la costruzione della piastra tubolare e le leghe utilizzate per la griglia positiva nel Microtex 2v OPzS e OPzV forniscono la massima durata possibile del ciclo con tassi di gassificazione minimi (perdita di acqua). Ciò rende questo design l’opzione più appropriata e più conveniente nella maggior parte di queste applicazioni. L’uso di celle a piastra tubolare e di batterie monoblocco per le installazioni di energia solare, per esempio, è ben noto.
Per una durata di ciclo ultra-lunga e una capacità di scarica profonda, la scelta del 2V OPzS è la più appropriata. Tuttavia, viene con il prezzo aggiuntivo del rabbocco della manutenzione. In alcuni casi, in particolare nelle applicazioni remote, il rabbocco con acqua non è un’opzione. In questi casi, c’è la gamma OPzV di Microtex con tutte le caratteristiche che si trovano nella gamma OPzS 2v ma con un elettrolita gelificato e un funzionamento VRLA sigillato.
È molto vero dire che l’alimentazione in standby è un mercato crescente e sempre più importante del futuro. Per questo motivo, ha perfettamente senso utilizzare l’azienda di batterie al piombo più esperta e avanzata disponibile. Molte aziende fanno questa affermazione, ma pochissime hanno l’esperienza e il track record di Microtex, per poterlo fare davvero.
Per la scheda tecnica della batteria Microtex opzs, contattateci con la capacità Ah della batteria di cui avete bisogno.
