2v OPzS

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2v OPzS固定バッテリー -

固定アプリケーションに最適な選択肢は?

静止した電池の世界はまだ立っていません。 急速に拡大する市場に最適なバッテリーは何ですか?

世界は急速に変化しています。 ますます多くの産業、組織、地域、国がオンデマンドで一貫した信頼性の高い電力を必要としています。 国家グリッドは、多くの場合、ピーク電力需要を満たすために苦労しており、一部の国では、都市や地域による計画された停電が一般的です。 成熟したインフラを持つ先進国では、供給に負担がかかることは間違いなくあり、時にはピークイベント、被害、事故は長期間の停電期間につながる可能性があります。 コインの反対側では、発展途上国は、電力を供給する国家グリッドがない遠隔地で電力を供給することに問題を抱える可能性があります。

その後、電力出力が断続的で時には予測不可能な変動または再生可能資源からエネルギーを貯蔵するという現代的な要件があります。 風力発電機と太陽発電機は両方可能です。 これらおよび潮汐発電機のようなより予測可能なエネルギー源はまた、不便な時、すなわちピーク需要期間ではない時に電力を供給することができる。 グリッド関連(周波数制御、ピークシェービング、裁定など)とローカルUPS、スタンバイ電力、コスト削減など、多くのアプリケーションがあり、現代の商取引の不可欠な部分でもあります。
これらは、静止したエネルギー貯蔵施設を必要とするアプリケーションのほんの一部です。

残念ながら、データは最新ではありません。 これは、この成長し、より有利な市場に関する自由に入手可能な情報の欠如によるものです. データセンターアプリケーション向けのエネルギーストレージとUPSである最も急成長しているセクターは、大きなビジネスであり、投資家主導の商業運営になる可能性があります。 このため、関連情報を提供することに利益が生まれる可能性があるため、ロイターのような企業は実際に自分の情報が需要を見つけているのです。 このため、統計は私が望むほど一貫性や直接適用されません。 しかし、この高成長市場セクターの現在の動向を理解するために十分にマークされます。

図に示されている省略リストを精査する場合。 1 これらのアプリケーションには非常に異なる要件があることが分かる。 私たちが仮定できる他の最大のセクションは、主にエネルギー貯蔵です。 ロイターによると、鉛蓄電池の固定市場は2017年に83億米ドルと評価され、以下のセクターで構成されていました。
テレコム
Ups
ユーティリティ
緊急照明
セキュリティシステム
ケーブルテレビ/放送
石油・ガス
再生可能エネルギー
鉄道バックアップシステム

この記事の目的のために、バッテリー要件の類似性のためにこれらの市場のいくつかを組み合わせることができるものはほとんどありません。 表 1 は、取り付けられているバッテリに対するこれらのアプリケーションの要求を示しています。

これらのアプリケーションの一部は、さらに細分化することができます。 エネルギー貯蔵から始めて、これはおそらく最も急成長している静止アプリケーションです。 過去20年間で、エネルギー貯蔵は、ユーティリティスケールの運用のようにグリッドから直接、または可変再生可能エネルギー発電機への追加として、幅広い利点を有することが認識されてきました。 下の表2は、グリッドスケールのエネルギー貯蔵を置くことができるさまざまな用途の合理的に包括的なリストを示しています。

2v OPzS固定電池市場 - Fig1
図1 固定電池市場
2v OPzS Stationary Battery Fig 2
図。 2 はマイクロテックス 2v OPzS の顕著な特徴を示しています

すぐに明らかなのは、エネルギーアービトラージのようなアプリケーションのいくつかは、重要な商業的利益を持っており、低価格で貯蔵エネルギーの埋蔵量を購入し、ピーク需要時またはエネルギー発電機が苦戦しているときにディストリビューターに転売に基づいて業界を持っていることです。 再生可能エネルギーを効率的に利用する能力はますます重要になり、国や地域は工業化と消費者の需要の増加によるCO2排出量の削減に苦しんでいます。

グリッドスケールのエネルギー貯蔵は、リモートテレコムタワーのような他の市場と共に、成長を可能にするためにバッテリーが理想的に配置されている急成長している市場です。 利用可能なすべてのバッテリ貯蔵技術の中で、鉛酸、特に2v OPzSおよびOPzV設計は、ほとんどの静止市場に非常に費用対効果の高いソリューションを提供することができます。

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

表1 固定バッテリーアプリケーションとその要件

私たちが心配してはならないことの一つは、私たちが国のグリッドに持っているエネルギー容量です。 私たちが欠けているのは、総エネルギー需要を満たす能力ではなく、ピーク時に電力需要を満たす能力です。 多くの先進国は、1日の総エネルギー要件を超えて発電できますが、ピーク消費期間の発電能力に近い場合があります。 例えば、英国では、最大ピーク需要は約75GWの供給能力を持つ60GWの周りにホバリングしますが、多くの場合、頻繁な故障のために大幅に少ないです。

これは、ピーク需要が発電機の供給を上回る場合があることを意味します。 これは、350.162 GWの設置容量を持っているにもかかわらず、今年3月に電力需要が過去最高の176.724ギガワットに達したインドとは対照的です。 しかし、インドの多くの州では、計画的および計画外の停電が発生しており、ピーク電力供給は低くなっています。 これは、一部の国有配電会社の不安定な財政などの問題を参照して説明されており、必要な電力を調達することはできません。

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

インド政府は、19年度の9ヶ月間に、ピーク需要は18年度の対応期間の2.8%に対し、7.9%で増加したと主張しています。 これは、この電力需要の増加は、家庭の電化の普及、農業消費者への供給の増加、低水力発電、長期夏に起因した。 インドの発電能力の約50%は水力発電所に由来しています。 これは、他の発電機が潜在的な出力の約170GWを占めていることを意味します。 このことを念頭に置いて、エネルギー貯蔵の傾向は非常に大きく、必要に応じて追加の発電機を増やしたり切り替えたりするのではなく、より大きなエネルギー埋蔵量を保持することから明確な利点があります。

電力の供給と停電の回避とは別に、エネルギー貯蔵は、その即時応答能力のために供給頻度を適切なレベルに保つなど、多くの問題を解決することができます。 その後、ピーク需要の問題と、ピーク要件に都合の良い時期に生産されることのない再生可能エネルギーの活用があります。 発電ではなくエネルギー貯蔵を設置するコストは、特に最も費用対効果の高いバッテリーオプションが選択された場合にも有利です。 はい、あなたが推測したように、それは最高のオールラウンド値を与えるおなじみの鉛酸化学です。

これは、資本コストだけでなく、生涯コストと投資収益率にも当てはまります。 エネルギー貯蔵、鉛酸の主なアキレス腱では、その低エネルギー密度は、その成功した操作の重要な要因ではありません。 建物内に移動や十分なスペースがなく、コンクリートの床に電池が保管されているため、重量と体積は本当に重要な問題ではありません。

エネルギー貯蔵の多くの側面の主な条件は、数秒の高速応答時間、効率的なエネルギー変換、長いカレンダーとサイクル寿命です。 2v OPzSとOPzVの範囲はミリ秒の応答時間およびすべての異なったLABの設計の最高の周期およびカレンダーの生命を有する。

2v OPzVは2つの点で異なっている:それは固定化されたGEL電解質と、再結合のための細胞内で、電荷で生成される酸素および水素を維持するために圧力リリーフ弁を有する。 特徴は、特に、グリッド用の脊椎と活物質に保持するマルチチューブを有する管状プレートを示しており、この設計の細胞の長周期およびカレンダー寿命の鍵となる。

リード酸オプションのうち、OPzSは、特にサイクル寿命に対して、ほとんどの静止アプリケーションでオールラウンドなパフォーマンスを発揮しますが、それに伴うコストと共にメンテナンスをトッピングする必要があるという欠点があります。 エネルギー貯蔵(LCOES)の平準化されたコストを計算するとき、電池の取付けおよび維持の全費用を含める必要がある。 最適なバッテリオプションを決定する際には、特に異なるバッテリの化学を評価する際に、実際のコストを理解することが重要です。

例えばli-ionでは、冷却、安全、火災防止装置を残して、引用されるバッテリーパックコストが多いです。 場合によっては、計算に含まれるバッテリパックや管理システムさえ持たないセルコストだけです。 エネルギーの平準化コスト (LCOE) は、次の関係から容易に決定できます。

  • LCOE = バッテリの寿命を通じてすべての出力のバッテリ/合計の寿命を超えるすべてのコストの合計。

バッテリーの寿命を超えるコストには、バッテリーの充電が含まれます。 この場合、パーセントで表される出力/入力は、原価の計算に使用されます。
寿命を通じた出力は、バッテリのサイクル寿命に大きく依存し、高いほど良くなります。 これにより、上記の関係に従って電気を供給するコストが削減されます。 これは、バッテリー購入の計算を行う際の混乱とエラーの両方の原因です。 鉛酸の場合、電池の寿命は、その放電の深さ(DOD)に大きく依存します。

DODが低いほど、バッテリのサイクル寿命が長くなります(図3)。 多くのお客様は、資本コストを最小限に抑え、仕事をするために最小容量のバッテリーを購入することで、トップラインを最小限に抑えようとします。 実際、バッテリーが50%大きいだけでDODは80%ではなく50%となり、実質的にサイクル寿命が2倍になります。 この状況では、システムとインストールコストは事実上変わらず、それは増加しているバッテリーセルの価格です。

言い換えれば、追加の50%高いバッテリコストのための最小限の資本ケースのほぼ半分のLCOEを得る。 このメリットは、充電効率が80%未満から90%をはるかに超えるようになりました。

エネルギー貯蔵事業に電池を使用することの利点は明らかです。 どのバッテリーの問題はあまり簡単ではありません。 現在、li-ionは、この成長するアプリケーションで世界的に使用される支配的な化学です。 マーケティングの戦略を考慮しない限り、この理由は完全には明らかではありません。 LIイオンを使用するためのBESSシステムのインストーラによって与えられた主な理由は、より高いサイクル寿命と優れた充放電効率のためにPbAよりも優れたLCOEを有していることである。

私が強化された2v OPzSバッテリーのために与えた数字に戻ると、サイクル寿命の2倍と充電/放電効率の向上により、liイオン電池はまだより高価ですが、より良い寿命や効率を与えていないことがわかります。 EVバッテリーパックで使用されていた第二の生命のリチウムイオンセルを使用する方法を開発しています。

2v OPzS Stationary Battery Fig 3
図 3 放電の深さ (DoD) とサイクル寿命
2v OPzS Stationary Battery Fig 4
図 4 マイクロテックス 2v OPzS および 2v OPzV 2v セル

これらの細胞は、短絡を生み出す内部樹状突起増殖のために安全でなくなることが示されている。 第二期のリチウムイオンBESSの設置が火災を引き起こした韓国と米国の問題、および寿命の終末期リサイクル施設の欠如は、すべてli-ionシステムの真のLCOEのさらなる評価の必要性を指摘しています。 おそらく、鉛蓄電池産業によるより良いマーケティングが必要です。

UPSとスタンバイ電源の従来のアプリケーションは、依然として世界の静止市場の50%以上を占めています。 表1からわかるように、それぞれの要件は多少異なる。 UPS市場では、突然の停電や切り抜きの影響を受けないように、バッテリーは時折短い電力を供給する必要があります。 一般的に、これは、バッテリパックの浅く、まれに放電します。 バッテリーパックは、通常、カレンダー寿命の大部分で一定の低電圧フロート充電でエンクロージャまたはキャビネットに保管されます。 この場合、それは支配的な要件であるDODまたはサイクルライフではなく、カレンダー寿命です。

一定のフロート充電では、カレンダー寿命は、バッテリグリッドで使用される合金の耐食性にほぼ独占的に依存します。 その他の考慮事項は、浸水したシステムの水の損失とVRLA OPzVセルの使用です。
無維持OPzVまたは低い維持2v OPzSの設計で、有効な設計寿命は右脊柱合金および右の有効物質の材料の成分と20年以上になる場合がある。 この点で、マイクロテックスが提供する2v OPzSおよびOPzVの範囲は、クラスをリードする製品である(図4)。 尊敬されるドイツのバッテリー科学者によって設計され、最新の低ガスおよび耐腐食性の鉛カルシウム-スズ合金と製造され、それらは性能、信頼性および生命の無敵のパッケージを提供する。

マイクロテックスは、細胞の重要な構成要素である完全にバランスのとれた鉛カルシウム-スズ合金から作られた高圧ダイキャスト正脊椎グリッドを備えた正と負のプレートの最適な活物質バランスを持つことで、電池に対してこれらの特性を達成します。 それは、プレートの活物質によって発生する電流の導電体であるだけでなく、内部抵抗を最小限に抑え、電池サイクルとしてペースト脱落を防ぐためにAMとグリッドの間に良好な結合があることを保証する必要があります。

UPSアプリケーションでは、バッテリは、正のことは、それが常に酸化されている(腐食)されていることを意味し、一定の低電圧フロート充電です。 マイクロテックスが脊椎を製造するために使用する特定の合金は、研究開発と商業経験の数十年の集大成です。 それはあらゆる利用可能な鉛カルシウム合金の耐食性および低ガスの特性の可能な限り最高のブレンドを提供する。 UPSアプリケーションの寿命の終わりは、一般に正のグリッドの完全な腐食によってマークされます。 2v OPzSおよびOPzV設計の両方で、それはしばしば正のグリッド腐食および/または最終的な電池の故障の原因であるガスの進化による水損失によって電池の乾燥のいずれかである。

他の主な静止アプリケーションは、スタンバイ/緊急電力、通信、再生可能エネルギー、シグナリングです。 私はこれらのアプリケーションをグループ化し、ほとんどが深い放電アプリケーションであり、同様のバッテリ要件を持っています。 繰り返しますが、良好なサイクル寿命、深い放電抵抗と低メンテナンスは、バッテリの選択の重要なパラメータです。

再生可能エネルギーと通信は、日常的に(ほとんどの場合毎日)排出され、充電されるため、共通の動作パターンを持っています。 放電の深さは、バッテリーが資本支出と比較して持続するのに必要な時間によって異なります。 DODが低いほど初期コストが高くなります。 オペレーターは、技術的な理由と同じくらい財務に基づいて使用するバッテリーを決定する必要があります。 LCOEへの影響はBESSの状況に対して議論されており、通信および再生可能エネルギー産業にも同様に当てはまります。

再生可能エネルギーアプリケーションは、断続的かつ不便な時期に生産されることが多いエネルギーを貯蔵する利点を利用します。 これは、メーターの後ろと、国内、地方、国レベルのメーターアプリケーションの前の両方に当てはまります。 バッテリー貯蔵は、風力タービンの設置からエネルギーを収穫することを可能にし、例えば、発生時に必要とされないため、予測不可能で使用できない可能性があり、需要のピーク時に必要に応じて放出される。 繰り返しますが、これはグリッドスケールのインストールと同じくらい国内にも当てはまります。

太陽光発電は、需要がほとんどないときに予測可能なことが多いが、しばしば生成されるもう一つの例である。 これらの例では、エネルギーの入出力(充放電)サイクルは、通常、日常の発生です。 この点で、それは通信業界、完全に電気およびハイブリッドディーゼルシステムの両方に非常に似ています。 これらのすべての場合、電池は通常毎日放電され、再充電され、通常は60%から80%のDODの間です。
ほとんどの静止アプリケーションでは、コスト、応答時間、電力供給、エネルギー貯蔵能力の点で最も効果的なオールラウンドエネルギー貯蔵ソリューションはバッテリーです(図5)。

図 5 各種エネルギー貯蔵技術の比較

2v OPzS Stationary Battery Fig 5

国内および商業規模の業務のほとんどは、ポンプ式ハイドロ、圧縮空気、フライホイールなどの他の形態のエネルギー貯蔵が適切でない地域または状況に位置します。 前述したように、マイクロテックス2v OPzSおよびOPzVの正格グリッドに使用される管状プレートと合金の構築は、最小限のガス速度(水損失)で可能な限り最高のサイクル寿命を提供します。 そのため、この設計は、これらのアプリケーションの大部分で最も適切で、最も費用対効果の高いオプションになります。 例えば、太陽光発電設備用の管状プレートセルとモノブロック電池の使用は十分に確立されています。

超長いサイクル寿命および深い排出機能のために、2V OPzSの選択は最も適切である。 しかし、それはメンテナンスをトッピングの追加の値札が付属しています。 場合によっては、特にリモートアプリケーションでは、水をトッピングするオプションはありません。 これらの場合、2v OPzSの範囲で見られるすべての特徴を持つマイクロテックスからOPzVの範囲があるが、ゲル化された電解質および密封されたVRLA操作を有する。

スタンバイ電源は、将来の成長とますます重要な市場であると言うことは非常に真実です。 このため、最も経験豊富なリード酸電池会社を使用して、利用可能な完全に理にかなっています。 多くの企業がこの主張を行いますが、マイクロテックスの経験と実績を持つ企業はほとんどありません。

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