고정 배터리 애플리케이션을 위한 최선의 선택은?
고정식 배터리의 세계는 가만히 있지 않습니다. 이 빠르게 확장되는 시장을 위한 최고의 배터리 선택은 무엇입니까?
세상은 빠르게 변화하고 있습니다. 점점 더 많은 산업, 조직, 지역 및 국가에서 일관되고 안정적인 온디맨드 전력이 필요합니다. 국가 전력망은 종종 최대 전력 수요를 충족하기 위해 고군분투하며 일부 국가에서는 도시 또는 지역별로 계획된 정전이 일반적입니다. 인프라가 성숙한 산업화된 국가에서는 공급에 확실히 부담이 있으며 때로는 피크 이벤트, 손상 또는 사고로 인해 정전 기간이 연장될 수 있습니다. 동전의 다른 면에서 개발도상국은 전력을 공급할 국가 그리드가 없는 외딴 지역에 전력을 공급하는 데 문제가 있을 수 있습니다.
그런 다음 전력 출력이 간헐적이고 때로는 예측할 수 없는 가변 또는 재생 가능한 자원에서 에너지를 저장해야 하는 현대적 요구 사항이 있습니다. 풍력 및 태양열 발전기는 둘 다일 수 있습니다. 조력 발전기와 같은 이러한 에너지원과 훨씬 더 예측 가능한 에너지원은 피크 수요 기간이 아닌 불편한 시간에도 전력을 공급할 수 있습니다. 그리드 관련(주파수 제어, 피크 셰이빙, 차익 거래 등) 및 로컬 UPS , 대기 전력, 비용 절감 등 현대 상거래의 필수 부분이기도 한 많은 애플리케이션이 있습니다.
이들은 고정식 에너지 저장 시설이 필요한 응용 분야 중 일부에 불과합니다.
불행히도 데이터는 최신이 아닙니다. 이것은 성장하고 더 수익성이 높은 시장에 대해 무료로 사용할 수 있는 정보가 부족하기 때문입니다. 데이터 센터 애플리케이션을 위한 에너지 스토리지 및 UPS와 같이 가장 빠르게 성장하는 부문은 대기업이며 투자자 주도 상업 운영이 가능합니다. 이 때문에 관련 정보를 제공하는 데 잠재적인 이익이 있으므로 로이터와 같은 회사는 실제로 수요가 있는 정보를 찾고 있습니다. 이러한 이유로 통계는 내가 원하는 만큼 일관되거나 직접 적용되지 않습니다. 그러나 그들은 이 고성장 시장 부문의 현재 동향을 이해하기에 충분할 것입니다.
그림 1에 제공된 축약된 목록을 자세히 살펴보자. 1 이러한 응용 프로그램에 대해 매우 다른 요구 사항이 있음을 알 수 있습니다. 우리가 가정할 수 있는 다른 섹션 중 가장 큰 섹션은 대부분 에너지 저장 장치입니다. Reuters에 따르면 납축전지 고정식 시장은 2017년에 83억 달러로 평가되었으며 다음 부문으로 구성됩니다.
통신
UPS
공익 사업
비상 조명
보안 시스템
케이블 텔레비전/방송
석유 가스
재생 에너지
철도 백업 시스템
기타
이 기사의 목적을 위해 배터리 요구 사항의 유사성으로 인해 이러한 시장 중 일부를 결합할 수 있는 회사는 거의 없습니다. 표 1은 설치된 배터리에 대한 이러한 애플리케이션의 요구 사항을 보여줍니다.
이러한 응용 프로그램 중 일부는 더 세분화할 수 있습니다. Energy Storage를 시작으로 이것은 아마도 가장 빠르게 성장하는 고정 애플리케이션일 것입니다. 지난 20년 동안 유틸리티 규모 운영에서와 같이 그리드에서 직접 또는 가변 재생 에너지 발전기에 추가하여 에너지 저장이 전체 범위의 이점을 갖는다는 것이 인식되었습니다. 아래 표 2는 그리드 규모의 에너지 저장 장치를 사용할 수 있는 다양한 용도에 대한 합리적으로 포괄적인 목록을 제공합니다.
즉시 명백한 사실은 에너지 차익 거래와 같은 일부 응용 프로그램이 상당한 상업적 이점을 가지고 있으며 저장된 에너지를 저렴한 가격에 구매한 다음 피크 수요 시간 또는 에너지 생성기가 어려움을 겪을 때 유통업체에 재판매하는 것을 기반으로 하는 산업이 있다는 것입니다. 재생 에너지를 효율적으로 활용하는 능력은 점점 더 중요해지고 있으며 국가와 지역은 증가하는 산업화와 소비자 요구로 인해 CO2 배출량을 낮추기 위해 고군분투하고 있습니다.
원격 통신 타워와 같은 다른 시장과 함께 그리드 규모의 에너지 저장 장치는 배터리가 성장을 가능하게 하는 이상적으로 배치되는 시장이 급성장하고 있습니다. 사용 가능한 모든 배터리 저장 기술 중에서 납산, 특히 2v OPzS 및 OPzV 설계는 대부분의 고정식 시장에 매우 비용 효율적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.
표 1 고정 배터리 애플리케이션 및 요구 사항
| 애플리케이션 | 일반적인 크기 | 최대 방전 | 방전 빈도 | 방전율 |
|---|---|---|---|---|
| 에너지 저장 | 1-50MWh, 최대 - 290 | 80% | 일일 | 0.2 C10 |
| UPS | 0.5 - 500kWh | 20% | 드물게 / 매주 | 0.05 C10 |
| 비상/백업 | 0.5kWh - 10MWh | 80% | 드물게 / 매주 | 0.08 C10 |
| 철도 / 케이블 / 보안 | 0.1 - 5kWh | 60% | 일일 | 0.1 C10 |
| 재생에너지 | 0.5kWh - 5MWh | 70% | 일일 | 0.1 C10 |
| 통신 | 5kWh - 50kWh | 70% | 일일 | 0.1 C10 |
우리가 걱정해서는 안 되는 한 가지는 국가 그리드에 있는 에너지 용량입니다. 우리에게 부족한 것은 총 에너지 수요를 충족시키는 능력이 아니라 피크 시간대에 전력 수요를 충족하는 능력입니다. 많은 산업화된 국가는 총 일일 에너지 요구량보다 더 많이 생산할 수 있지만 피크 소비 기간 동안은 생산 능력에 도달했거나 거의 도달했습니다. 예를 들어 영국에서 최대 피크 수요는 약 60GW이고 공급 용량은 약 75GW이지만 빈번한 고장으로 인해 종종 훨씬 적습니다.
이는 때때로 피크 수요가 발전기 공급을 초과할 수 있음을 의미합니다. 이는 350.162GW의 설치 용량에도 불구하고 올해 3월 전력 수요가 176.724GW로 사상 최고치를 기록한 인도와 대조된다. 그러나 인도의 많은 주에서는 계획되거나 계획되지 않은 정전이 발생하고 피크 전력 공급이 낮습니다. 이는 일부 국영 배전회사의 불안정한 재정 문제로 필요한 전력량을 확보하지 못하는 등의 문제로 설명됐다.
| 애플리케이션 | 설명 |
|---|---|
| 에너지 차익거래 | 에너지를 저장하고 이익으로 구매 및 재판매를 위한 사용량을 측정할 수 있습니다. |
| 주파수 조절 | 순간 배터리 전원을 사용하여 과부하로 인한 주파수의 급격한 저하를 방지할 수 있습니다. |
| 역량 강화 | 가변 발전(예: 태양열 및 풍력) 출력이 일정한 전력 출력을 제공하기 위해 발전기 정격 미만일 때 채우기 위해 에너지를 제공하기 위해 저장 장치 사용 |
| 전력 품질 | 전압 및/또는 주파수 방해 수준의 측정 |
| 블랙 스타트 | " 정전 후 계통의 안정적인 복구. 이를 위해서는 외부 전기 공급 없이 발전 장치를 시작하거나 계통에서 분리될 때 자동으로 감소된 수준으로 작동 상태를 유지해야 합니다. " |
| 피크 쉐이빙 / 수요측 관리 / 부하 평준화 | Load - Serving Entity 또는 그 고객이 사용하는 전력량 또는 시기에 영향을 미치기 위해 수행하는 ZII 활동 또는 프로그램 |
| 백업 전력(원자력 및 화석 연료 발전기) | 상업 및 산업 시설의 정전 시 전원을 공급합니다. 발전기가 대처할 수 없거나 고장이 난 경우 전력 발전소에서 전기를 공급하는 데 사용할 수도 있습니다. |
| UPS | 무정전 전원 공급 장치는 정전이 발생하거나 허용할 수 없는 전압 수준으로 떨어질 때 배터리 백업을 제공하는 장치입니다. 가정용 또는 산업용으로 사용할 수 있습니다. |
인도 정부는 FY19의 9개월 동안 피크 수요가 FY18의 해당 기간의 2.8%에 비해 7.9%로 증가했다고 주장합니다. 이 증가된 전력 수요는 가정용 전화의 보급, 농업 소비자에 대한 공급 증가, 낮은 수력 발전 및 여름 연장에 기인합니다. 인도 발전 용량의 거의 50%가 수력 발전소에서 나옵니다. 이것은 다른 발전기가 약 170GW의 잠재적 출력을 설명한다는 것을 의미합니다. 이를 염두에 두고 에너지 저장에 대한 경향은 엄청나며 필요할 때 추가 발전기를 늘리거나 켜는 것보다 더 많은 에너지를 보유함으로써 얻을 수 있는 확실한 이점이 있습니다.
에너지 저장은 전력 공급 및 정전 방지 외에도 즉각적인 응답 기능으로 인해 공급 주파수를 적절한 수준으로 유지하는 것과 같은 많은 문제를 해결할 수 있습니다. 그런 다음 피크 수요 문제와 피크 요구 사항에 대해 편리한 시간에 생산되지 않는 재생 에너지 활용이 있습니다. 특히 가장 비용 효율적인 배터리 옵션을 선택한 경우 발전보다 에너지 저장 장치를 설치하는 비용도 유리합니다. 네, 짐작하셨겠지만 최고의 만능 가치를 제공하는 것은 친숙한 납산 화학입니다.
이것은 자본 비용뿐만 아니라 평생 비용과 투자에 대한 재정적 수익에도 해당됩니다. 납산의 주요 아킬레스건인 Energy Storage에서 낮은 에너지 밀도는 성공적인 작동에 중요한 요소가 아닙니다. 건물 내에는 움직임이 없고 사용 가능한 공간이 많고 콘크리트 바닥에 배터리를 보관하기 때문에 무게와 부피는 그다지 중요한 문제가 아닙니다.
2V OPzS 빠른 응답 시간
에너지 저장의 모든 측면에 대한 주요 요구 사항은 몇 초의 빠른 응답 시간, 효율적인 에너지 변환, 긴 일정 및 주기 수명입니다. 2v OPzS 및 OPzV 범위는 밀리초의 응답 시간과 모든 다양한 LAB 설계 중 최고의 주기 및 캘린더 수명을 제공합니다.
OPzS 대 OPzV
2v OPzV는 두 가지 면에서 다릅니다. 고정된 GEL 전해질과 재결합을 위해 셀 내부에서 생성된 산소와 수소를 충전 상태로 유지하기 위한 압력 릴리프 밸브가 있습니다. 특히 그리드용 스파인이 있는 관형 플레이트와 활성 물질을 고정하는 다중 튜브가 이 전지 설계의 긴 주기와 달력 수명의 핵심인 것으로 표시됩니다.
OPzS 배터리란 무엇입니까?
납산 옵션 중에서 2V OPzS는 대부분의 고정 애플리케이션에서 특히 주기 수명에 대해 더 나은 만능 성능을 제공하지만 관련 비용과 함께 추가 유지보수가 필요하다는 단점이 있습니다. 에너지 저장의 평준화 비용(LCOES)을 계산할 때 배터리 설치 및 유지 관리의 전체 비용을 포함하는 것이 중요합니다. 최상의 배터리 옵션을 결정할 때 특히 다양한 배터리 화학을 평가할 때 실제 비용을 이해하는 것이 중요합니다.
2V OPzS 대 리튬
예를 들어 리튬 이온의 경우 냉각, 안전 및 화재 방지 장비를 제외한 배터리 팩 비용이 인용되는 경우가 많습니다. 경우에 따라 배터리 팩 및 관리 시스템도 포함되지 않은 셀 비용만 계산에 포함됩니다. 평준화 에너지 비용(LCOE)은 다음 관계에서 쉽게 결정할 수 있습니다.
LCOE = 배터리 수명 동안의 모든 비용 합계/배터리 수명 동안의 모든 출력 합계.
배터리 수명에 따른 비용에는 배터리를 전기로 충전하는 비용이 포함됩니다. 이 경우 백분율로 표시되는 산출/입력을 비용 계산에 사용합니다.
수명 동안의 출력은 배터리의 사이클 수명에 크게 좌우됩니다. 높을수록 좋습니다. 이것은 위에 주어진 관계에 따라 전기를 제공하는 비용을 줄입니다. 이것은 다시 배터리 구매를 계산할 때 혼란과 오류의 원인이 됩니다. 납산의 경우 배터리 수명은 방전 깊이(DOD)에 따라 크게 좌우됩니다.
DOD가 낮을수록 배터리 수명이 길어집니다(그림 3). 많은 고객이 자본 비용을 최소화하고 작업을 수행하기 위해 가장 작은 용량의 배터리를 구입하여 수익을 최소화하려고 합니다. 사실, 배터리가 50%만 더 크면 DOD가 80%가 아닌 50%가 되고 사이클 수명이 실질적으로 두 배로 늘어납니다. 이 상황에서 시스템 및 설치 비용은 거의 변하지 않고 배터리 셀의 가격만 증가합니다.
즉, 추가로 50% 더 높은 배터리 비용에 대해 최소 자본 케이스의 거의 절반의 LCOE를 얻습니다. 이점은 여기서 그치지 않습니다. 이제 충전 효율이 80% 미만에서 90% 이상으로 향상되어 LCOE가 더욱 감소합니다.
에너지 저장 사업에 배터리를 사용함으로써 얻을 수 있는 이점은 매우 분명합니다. 배터리가 덜 간단하다는 질문입니다. 현재 리튬 이온은 이 성장하는 응용 분야에서 전 세계적으로 사용되는 지배적인 화학 물질입니다. 마케팅 전략을 고려하지 않는 한 그 이유는 완전히 명확하지 않습니다. BESS 시스템 설치자가 리튬 이온을 사용하는 주된 이유는 더 높은 사이클 수명과 우수한 충방전 효율로 인해 PbA보다 LCOE가 더 우수하기 때문입니다.
향상된 2v OPzS 배터리에 대해 제가 방금 제공한 수치로 돌아가면 두 배의 사이클 수명과 향상된 충전/방전 효율로 리튬 이온 배터리가 여전히 더 비싸지만 더 나은 수명이나 효율성을 제공하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. . 이전에 EV 배터리 팩에 사용되었던 세컨드 라이프 리튬 이온 셀을 사용하는 방법이 개발되고 있습니다.
이러한 세포는 내부 수상돌기 성장으로 인해 단락 회로를 생성하기 때문에 안전하지 않게 될 수 있는 것으로 나타났습니다. 세컨드 라이프 리튬 이온 BESS 설치에 불이 붙은 한국과 미국의 문제와 수명이 다한 재활용 시설의 부족은 모두 리튬 이온 시스템에 대한 진정한 LCOE에 대한 추가 평가의 필요성을 지적합니다. 아마도 납축전지 업계의 더 나은 마케팅이 필요할 것입니다.
UPS 및 대기 전력의 기존 애플리케이션은 여전히 글로벌 고정식 시장의 50% 이상을 차지합니다. Table 1에서 알 수 있듯이 각각의 요구 사항은 약간 다릅니다. UPS 시장의 경우 배터리는 장비가 갑작스러운 정전 또는 차단에 의해 영향을 받지 않도록 하기 위해 가끔 짧은 전력 버스트를 제공해야 합니다. 일반적으로 이로 인해 배터리 팩이 얕고 드물게 방전됩니다. 배터리 팩은 일반적으로 일정 수명의 대부분 동안 일정한 저전압 부동 충전으로 인클로저 또는 캐비닛에 보관됩니다. 이 경우 지배적인 요구 사항은 DOD 또는 주기 수명이 아니라 달력 수명입니다.
일정한 부동 충전에서 캘린더 수명은 배터리 그리드에 사용되는 합금의 내식성에 거의 전적으로 의존합니다. 다른 고려 사항은 범람된 시스템의 물 손실과 VRLA OPzV 셀의 사용입니다.
유지보수가 필요 없는 OPzV 또는 유지보수가 적은 2v OPzS 설계에서 효과적인 설계 수명은 올바른 스파인 합금과 올바른 활성 재료 성분을 사용하면 20년 이상 될 수 있습니다. 이러한 점에서 Microtex가 제공하는 2v OPzS 및 OPzV 범위는 동급 최고의 제품입니다(그림 4). 저명한 독일 배터리 과학자가 설계하고 최신 가스 발생 및 부식 방지 납-칼슘-주석 합금으로 제조한 이 배터리는 성능, 신뢰성 및 수명에 있어 탁월한 패키지를 제공합니다.
Microtex는 전지의 중요한 구성 요소인 완벽하게 균형 잡힌 납-칼슘-주석 합금으로 만든 고압 다이캐스트 포지티브 스파인 그리드를 사용하여 양극 및 음극 판에 대해 최적의 활성 물질 균형을 유지함으로써 배터리에 대해 이러한 특성을 달성합니다. 이것은 판의 활물질에 의해 생성된 전류의 전도체일 뿐만 아니라 AM과 그리드 사이에 양호한 결합이 있는지 확인하여 내부 저항을 최소화하고 배터리 사이클에 따른 페이스트 흘림을 방지해야 합니다. .
UPS 애플리케이션에서 배터리는 지속적으로 산화(부식)되고 있음을 의미하는 일정한 저전압 부동 충전 상태입니다. Microtex가 척추를 제조하는 데 사용하는 특정 합금은 수십 년간의 R&D 및 상업적 경험의 정점입니다. 사용 가능한 모든 납-칼슘 합금의 내식성과 낮은 가스 발생 특성의 가능한 최상의 조합을 제공합니다. UPS 애플리케이션의 수명 종료는 일반적으로 포지티브 그리드를 통한 완전한 부식으로 표시됩니다. 2v OPzS 및 OPzV 설계에서 이는 종종 양의 그리드 부식 및/또는 궁극적인 배터리 고장의 원인인 가스 발생으로 인한 수분 손실을 통한 배터리 건조입니다.
다른 주요 고정 애플리케이션은 대기/비상 전력, 통신, 재생 가능 및 신호입니다. 이러한 응용 프로그램은 대부분 심방전 응용 프로그램이고 유사한 배터리 요구 사항이 있으므로 함께 그룹화했습니다. 다시 말하지만, 우수한 사이클 수명, 깊은 방전 저항 및 낮은 유지 보수가 배터리 선택의 핵심 매개변수입니다.
재생 가능 에너지와 통신은 일상적으로(대부분의 경우 매일) 방전 및 재충전되기 때문에 일반적인 작동 패턴을 가지고 있습니다. 방전 깊이는 자본 지출과 비교하여 배터리가 지속되는 데 필요한 시간에 따라 다릅니다. DOD가 낮을수록 초기 비용이 높아집니다. 사업자는 기술적인 이유뿐만 아니라 재정적인 이유로 어떤 배터리를 사용할지 결정해야 합니다. LCOE에 대한 영향은 BESS 상황에 대해 논의되었으며 통신 및 재생 에너지 산업에도 동일하게 적용됩니다.
재생 가능 응용 프로그램은 종종 간헐적으로 불편한 시간에 생산되는 에너지 저장을 활용합니다. 이는 국내, 지역 및 국가 차원에서 계량기 뒤와 계량기 전면에 적용됩니다. 배터리 저장은 예를 들어 풍력 터빈 설치에서 에너지 수확을 가능하게 합니다. 이러한 에너지는 원점에 필요하지 않기 때문에 예측할 수 없고 사용할 수 없습니다. 필요할 때 피크 수요 기간에 방출할 수 있습니다. 다시 말하지만, 이는 그리드 규모 설치의 경우와 마찬가지로 가정의 경우에도 마찬가지입니다.
태양광 발전은 예측 가능하지만 수요가 거의 없을 때 종종 생성되는 또 다른 예입니다. 이러한 예에서 에너지 입력/에너지 출력(충전/방전) 주기는 일반적으로 매일 발생합니다. 이 점에서 완전 전기 및 하이브리드 디젤 시스템 모두 통신 산업과 매우 유사합니다. 이러한 모든 경우에 배터리는 일반적으로 DOD의 60%에서 80% 사이에서 매일 방전 및 재충전됩니다.
대부분의 고정 애플리케이션에서 비용, 응답 시간, 전력 공급 및 에너지 저장 기능 측면에서 가장 효과적인 만능 에너지 저장 솔루션은 배터리입니다(그림 5).
그림 5 다양한 에너지 저장 기술 비교
대부분의 국내 및 상업 규모 운영은 펌핑된 수력, 압축 공기, 플라이휠 등과 같은 다른 형태의 에너지 저장이 적절하지 않은 지역이나 상황에 위치합니다. 앞서 논의한 바와 같이 Microtex 2v OPzS 및 OPzV의 포지티브 그리드에 사용되는 관형 플레이트 및 합금의 구조는 최소한의 가스 발생률(수분 손실)로 가능한 최고의 사이클 수명을 제공합니다. 따라서 이러한 설계는 대부분의 응용 분야에서 가장 적절하고 비용 효율적인 옵션입니다. 예를 들어, 태양광 발전 설비를 위한 관형 플레이트 셀과 모노블록 배터리의 사용은 잘 확립되어 있습니다.
매우 긴 주기 수명과 깊은 방전 기능을 위해서는 2V OPzS를 선택하는 것이 가장 적합합니다. 그러나 유지 보수를 보충하는 추가 가격표가 함께 제공됩니다. 어떤 경우에는 특히 원격 응용 프로그램에서 물을 채우는 것이 옵션이 아닙니다. 이러한 경우 Microtex의 OPzV 범위에는 2v OPzS 범위에서 볼 수 있는 모든 기능이 있지만 겔화 전해질 및 밀폐형 VRLA 작동이 있습니다.
대기 전력이 미래의 성장하고 점점 더 중요한 시장이라고 말하는 것은 매우 사실입니다. 이러한 이유로 가장 경험이 많고 앞선 납축전지 회사를 사용하는 것이 좋습니다. 많은 회사들이 이러한 주장을 하겠지만, Microtex가 진정으로 제공할 수 있는 경험과 실적을 가진 회사는 극소수에 불과합니다.
Microtex opzs 배터리 데이터시트의 경우 필요한 배터리 Ah 용량과 함께 당사에 문의하십시오.
