ما هي مدة بقاء بطاريات الليثيوم؟ الدورات والعمر وواقع التخزين

اسأل عشرة من متخصصي تكامل الأنظمة عن المدة التي تدوم فيها بطاريات الليثيوم، وستحصل على عشرة تقديرات مختلفة. وهذا ليس لأن الصناعة مشوشة؛ فذلك لأن عمر البطارية يعتمد على السياق. في التخزين الثابت، من المتوقع عادةً أن يوفر بنك بطارية ليثيوم فوسفات الحديد الحديث (LFP) من 10 إلى 15 عامًا من الخدمة، أي ما يقرب من 3000 إلى 7000 دورة شحن عند عمق تفريغ 80٪. قم بتشغيلها وهي ساخنة، أو قم بتدويرها إلى الصفر يوميًا، أو اتركها متوقفة عند حالة الشحن بنسبة 100%، ويمكن أن تعمر نفس البطارية بسرعة مضاعفة.

الإجابة المختصرة: دورة الحياة مقابل حياة التقويم

رقمان يحددان عمر بطارية الليثيوم. دورة الحياة هي عدد دورات الشحن والتفريغ المتاحة قبل أن تنخفض السعة إلى حد نهاية العمر الافتراضي للشركة المصنعة، وعادةً ما تصل إلى 80% من السعة المقدرة. عمر التقويم هو الوقت الذي يسبق حدوث نفس التدهور بسبب العمر وحده، حتى عند استخدام البطارية بشكل مقتصد. في معظم المشاريع، تتم كلتا العمليتين في وقت واحد. ولهذا السبب، يمكن إيقاف استخدام البطارية بعد ثماني سنوات فقط حتى مع أقل من 1000 دورة كاملة، خاصة إذا تم تخزينها في درجة حرارة عالية أو في حالة شحن عالية جدًا.

متوسط العمر المتوقع بواسطة كيمياء الليثيوم

الليثيوم هو عائلة من الكيمياء، وليس صيغة واحدة. توفر الخلايا المعتمدة على الكوبالت كثافة طاقة عالية ولكنها تتآكل بشكل أسرع، بينما تضحي الخلايا كبيرة الحجم ببعض كثافة الطاقة من أجل دورة أطول بكثير. يذهب تيتانات الليثيوم (طويل الأجل) إلى أبعد من ذلك ويستخدم حيث تكون آلاف الدورات أكثر أهمية من السعر.

عادةً ما يتم تعريف سعة نهاية العمر الافتراضي بأنها 80% من السعة الأولية. يمكن للبطارية أن تستمر في العمل بعد تلك النقطة، لكن قدرتها الفعالة تقلصت بما يكفي للتأثير على اقتصاديات المشروع.

ما الذي يقصر في الواقع عمر بطارية الليثيوم

يقوم المصنعون بتقييم عمر البطارية في ظل ظروف المختبر: درجة حرارة ثابتة، وتيار متحكم فيه، وعمق تفريغ ثابت. العالم الحقيقي أقل قابلية للتنبؤ به. تفقد المشاريع عمر البطارية بخمس طرق يمكن التنبؤ بها.

درجات الحرارة القصوى

تعمل الحرارة على تسريع التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا، بما في ذلك تلك التي تسبب الشيخوخة. التشغيل المستمر فوق 35 درجة مئوية يمكن أن يقلل من عمر الدورة بنسبة 20% أو أكثر. تسبب درجات الحرارة الباردة ضررًا دائمًا أقل، لكن شحن خلية الليثيوم بالقرب من أو أقل من 0 درجة مئوية يمكن أن يطبق معدن الليثيوم على الأنود، مما يتسبب في فقدان القدرة الدائمة. يحافظ نظام الإدارة الحرارية الجيد على درجة حرارة الخلايا بين 15 درجة مئوية و35 درجة مئوية.

التفريغ العميق

عمق التفريغ (DOD) هو معلمة التشغيل الأكثر أهمية. يمكن تصنيف الخلية التي تم تدويرها من 100% إلى 0% لـ 3000 دورة فقط. نفس الخلية التي تدور من 80% إلى 20%، 60% DOD، يمكن أن تتجاوز في كثير من الأحيان 5000 دورة. لهذا السبب، فإن معظم وحدات التحكم في تخزين الطاقة تحدد DOD بحوالي 80% لتحقيق التوازن بين السعة القابلة للاستخدام والعمر الافتراضي.

معدل الشحن والتفريغ

تؤدي معدلات C المرتفعة إلى توليد الحرارة وتضغط جسديًا على بنية القطب. سوف تتحلل البطارية المستخدمة للشحن السريع المتكرر وتفريغ الطاقة العالية بسرعة أكبر من تلك المستخدمة للحصول على إخراج ثابت ومعتدل. عند تقييم نظام تخزين، اسأل عن دورة الحياة المتوقعة بمعدل C الفعلي الذي تنوي تشغيله.

حالة الشحن عند التخزين

إن إبقاء خلايا الليثيوم في حالة شحن بنسبة 100% لأيام أو أسابيع يؤدي إلى تسريع عملية شيخوخة البطارية حتى لو لم يتم تدوير البطارية مطلقًا. للتخزين، غالبًا ما يوصى باستخدام 40% إلى 50% من SOC لخلايا الليثيوم. في أنظمة التشغيل، يجب على نظام إدارة المباني (BMS) تجنب فترات الخمول الطويلة في حالات الشحن المرتفعة للغاية.

نظام جودة وإدارة الخلايا

تظهر خلايا الدرجة A من الشركات المصنعة المعتمدة مقاومة داخلية أقل وشيخوخة أكثر قابلية للتنبؤ بها من خلايا الدرجة B. نظام إدارة البطارية مهم أيضًا. يعد فهم كيفية تحسين تقنية إدارة البطارية للأداء والعمر أمرًا ضروريًا قبل شراء النظام. يقوم نظام إدارة المباني (BMS) بموازنة جهد الخلية، والحد من التيار، وتسجيل الإنذارات التي تكشف متى يتم تشغيل البطارية فوق طاقتها.

BESS في حاويات: كيف يغير تصميم العلبة طول العمر

بالنسبة للمشاريع على نطاق المرافق وخارج الشبكة، لا يتم وضع البطارية على الرف؛ فهو يعيش داخل حاوية يجب أن تحميه من الحرارة والغبار والرطوبة والإجهاد الميكانيكي. إن أفضل خلايا الليثيوم في العالم سوف تتقادم بسرعة إذا تم تعبئتها في حاوية ذات تهوية سيئة وبدون تحكم حراري. تقوم EHT ببناء نطاق تخزين البطاريات الخاص بها حول وحدات LFP وNMC بتنسيقات حاويات 20 قدمًا و32 قدمًا و40 قدمًا و45 قدمًا، كل منها مزود بالتحكم في المناخ ونظام إدارة المباني على مستوى السلسلة.

مشاريع الشبكة الصغيرة والمتوسطة

بالنسبة لمشروع مرافق صغير، يمكن لحاوية تخزين طاقة البطارية بطول 20 قدمًا أن توفر عدة ميجاوات/ساعة من السعة مع الحفاظ على وحدات البطارية في بيئة خاضعة للرقابة. تعمل الكابلات والتبريد والمراقبة التي يتم تجميعها في المصنع على تقليل أخطاء التثبيت وتمنح نظام إدارة المباني بيانات نظيفة منذ اليوم الأول.

أنظمة تبريد سائلة عالية الكثافة

تنتقل المشاريع عالية الكثافة إلى التبريد السائل لسبب ما. تحافظ حاوية التخزين المبردة بالسائل مقاس 32 قدمًا على درجة حرارة موحدة عبر جميع الرفوف، بحيث تعمر الخلايا القريبة من الجزء السفلي والأعلى بنفس المعدل. تعتبر درجة الحرارة الموحدة مفتاحًا مخفيًا لعمر البطارية: يمكن أن يؤدي اختلاف 5 درجات مئوية فقط بين الوحدات إلى خلل واضح في القدرة بعد بضع سنوات.

حاوية تخزين بطارية مبردة بالسائل مقاس 32 قدمًا بسعة 3.72 ميجاوات في الساعة مصممة للتركيبات عالية الكثافة، تحافظ هذه الحاوية المبردة بالسائل على درجات حرارة موحدة للحامل، مما يقلل من اختلال السعة بمرور الوقت. يتم استخدامه على نطاق واسع في المشاريع على نطاق الشبكة ويتوافق مع تصميمات أنظمة الشركات المصنعة الكبرى. عرض المنتج →

المنشآت الكبيرة الحجم

غالبًا ما تستخدم مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح الكبيرة وحدات أكبر. تعمل الحاوية التي يبلغ طولها 45 قدمًا والتي تحتوي على خلايا أيونات الليثيوم والصوديوم على زيادة القدرة على مستوى المشروع مع توزيع تكلفة غلاف الحاوية على المزيد من الطاقة المخزنة. ما لا يزال مهمًا بالنسبة لعمر الخدمة هو التحكم الحراري ونافذة التشغيل التي يحددها نظام إدارة المباني.

حاوية تخزين طاقة الليثيوم وأيون الصوديوم بطول 45 قدمًا للمشاريع واسعة النطاق مع خيارات فوسفات الحديد الليثيوم أو خلايا أيون الصوديوم، تعمل هذه الحاوية الكبيرة على زيادة قدرة المشروع مع خفض تكاليف الوحدة. يدعم تبريد الهواء والتكوينات القابلة للتطوير احتياجات تخزين الطاقة على جانب الطاقة وعلى جانب الشبكة. عرض المنتج →

قائمة مراجعة المشتريات لبطاريات الليثيوم طويلة الأمد

يعتمد عمر البطارية على النظام بقدر ما يعتمد على الخلايا، لذا يجب أن تركز عملية الشراء على الظروف القابلة للقياس بدلاً من لغة التسويق. قارن بين الموردين باستخدام هذه النقاط.

• قم بتأكيد أساس DOD لدورة الحياة المقتبسة. دورة الحياة المزعومة عند 50% DOD لا يمكن مقارنتها بفترة 90% DOD.
• تحقق من سعة نهاية العمر المستخدمة في الضمان. المعيار الأكثر شيوعًا هو 80% من سعة اللوحة، لكن بعض الموردين يستخدمون 70%.
• اطلب نطاق درجة حرارة التشغيل واسأل عن مقدار الهامش الحراري المتبقي في بيئة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية.
• تحقق مما إذا كانت أرصدة BMS على مستوى الخلية أو مستوى السلسلة. يوفر التوازن على مستوى الخلية حماية أقوى ضد فقدان القدرة المبكرة.
• اسأل كم من العمر يعتمد على خطة الخدمة. يؤثر استبدال الفلتر وفحص سائل التبريد وصيانة الموصل على الأداء على المدى الطويل.

يمكن أن تبدو حاويتا البطارية متطابقتين على الورق ولكن يختلف عمرهما تمامًا بمجرد تركيبهما. تفصل القائمة المرجعية بين الأنظمة الهندسية والصناديق العامة.

الوجبات الجاهزة النهائية

المدة التي تدوم فيها بطارية الليثيوم ليست رقمًا ثابتًا؛ إنه نتيجة للكيمياء وجودة الخلية والبيئة واستراتيجية التشغيل. بالنسبة لتخزين الطاقة الحديثة في حاويات، خطط لمدة تتراوح من 10 إلى 15 عامًا من العمر التقويمي ومن 3000 إلى 7000 دورة عند 80% من DOD، وقم بحماية هذه الإمكانية من خلال التحكم الحراري المناسب ونظام إدارة المباني القادر. إذا جعلت هذه العوامل جزءًا من المواصفات بدلاً من الأفكار اللاحقة، فيمكن لنظام البطارية الذي تم تسليمه أن يصل حقًا إلى العمر الافتراضي الموضح في ورقة البيانات.