Зберігання енергії та щільність енергії: позиція EPC

Щільність енергії стає ключовим інструментом в оптимізації економіки проектів зі зберігання енергії акумуляторних батарей, оскільки відповідні майданчики стає все важче знайти. Бен Ечеверрія та Джош Такер з компанії Burns & McDonnell, що займається інжинірингом, закупівлями та будівництвом (EPC), досліджують деякі міркування щодо проектування проектів на обмежених земельних ділянках.

Це уривок статті, яка з’явилася в 37-му випуску PV Tech Power, щоквартального технічного журналу Solar Media для переробної сонячної промисловості, доступного для передплатників преміум-версії. Кожне видання містить спеціальний розділ “Storage & Smart Power”, підготовлений командою Energy-Storage.news.

Коли в США вперше почали усвідомлювати, що для управління перебоями в підключенні відновлюваних джерел енергії до електромережі знадобляться об’єкти зберігання комунальних мереж, доступність землі не викликала занепокоєння. Оскільки Арізона, Каліфорнія і Техас лідирували в цьому напрямку, земля була легкодоступною для реалізації великих проектів.

Враховуючи наявність простору та сприятливі ринкові умови, розбудова не була проблемою, і, як наслідок, на ці три штати припадає понад 75% загальнонаціональних потужностей акумуляторних електростанцій.

Ті ранні ринкові умови більше не є реальністю. Ділянок з великою кількістю вільної землі поблизу ліній електропередач стає все менше, і це може ускладнити реалізацію сучасних проектів, особливо з огляду на те, що попит на такі об’єкти продовжує зростати.

Ділянки поблизу місць з’єднання все ще можуть бути доступні, але вони, як правило, мають значно меншу площу, і в результаті обмеженої пропозиції та високого попиту ціни на землю в таких ситуаціях зростають. Як наслідок, девелопери прагнуть значно збільшити кількість накопичувачів енергії на акр. Це прагнення оптимізувати економіку проекту реалізується шляхом пошуку більш енергоємних батарей при одночасній оптимізації доступної площі ділянки.

Для більшої ясності, в цій статті ми будемо називати щільність енергії об’ємною щільністю енергії. Промисловість поступово покращує щільність енергії в акумуляторах: за останній рік літій-іонні батареї збільшили енергію, доступну на тій самій площі, приблизно на 10-12%.

У густонаселених мегаполісах, таких як Лос-Анджелес, Нью-Йорк і Бостон, зусилля з декарбонізації створюють унікальні виклики для проектів зберігання енергії від акумуляторів.

Однак реальність така, що в межах великих, щільних міських районів доступні лише невеликі земельні ділянки. Єдиним реалістичним та економічно вигідним варіантом є вертикальне проектування таких проєктів, або з батареями, встановленими в закритих будівельних конструкціях, або з вертикально розташованими корпусами батарей. Якщо перевага надається будівлям, це може передбачати встановлення декількох стелажів для збільшення загальної висоти стелажів до 15 футів, порівняно зі звичайними 7-футовими стелажами. Це може передбачати багатоповерховість будівлі з цими високими стійками.

Завдяки такій конфігурації в поєднанні з вищою щільністю енергії в самих акумуляторних модулях, загальна енергетична потужність наблизиться до задоволення вищих енергетичних потреб цих районів метрополітену.

Вертикальний розвиток є більш складним

Хоча зараз на креслярській дошці знаходяться численні проекти, слід зазначити, що жоден з висотних об’єктів BESS наразі не працює.

Це пов’язано з тим, що вертикальне будівництво вимагає ретельної оцінки наслідків експлуатації та обслуговування, включаючи встановлення надійних систем безпеки. Цей аналіз зміщує акцент з продуктивності та дизайну модулів на цілісний погляд на весь об’єкт. Наприклад, будуть розглянуті широкі експлуатаційні наслідки використання важкого механічного обладнання в компактному просторі, яке повинно працювати безпечно.

Умови експлуатації для вертикальних проектів BESS – як і для звичайних проектів – повинні оцінюватися для кожного майданчика. Ризики штормів і повеней, відносна вологість, сейсмічні міркування і вміст солі в прибережному повітрі є одними з факторів навколишнього середовища, які можуть вплинути на те, як буде спроектований і експлуатуватися майданчик. Розробка програми експлуатації та технічного обслуговування повинна включати оцінку допусків для всіх критичних хімічних процесів батареї паралельно з рішеннями щодо проектування, безпеки та обладнання.

 

Інші варіанти щільності 

Постачальники акумуляторів модифікують конструкції елементів і модулів, їхню площу, а також конструкції корпусів, щоб максимізувати щільність батареї і зменшити відстань між корпусами. Наразі розробляються численні креативні проекти, які дозволяють максимально використовувати простір, збільшуючи таким чином щільність енергії на проектному майданчику.

Одним з реальних обмежень є тоннаж, який можна транспортувати на будівельний майданчик, а потім підняти на місце краном або вилочним навантажувачем. Це стає логістичним викликом, який починається з повної операції “під ключ” від виробника (переважно в Азії), транспортування на контейнеровоз, розвантаження на вантажівку, транспортування на проектний майданчик і остаточного розвантаження для встановлення на місце.

А як щодо безпеки?

Тепловий витік починається з короткого замикання всередині або ззовні елемента батареї, що викликає екзотермічну реакцію. Ці реакції призводять до виділення величезної кількості тепла і вибухонебезпечних газів, які можуть призвести до пожежі та/або вибуху, якщо подія відбувається в закритому приміщенні, яке не вентилюється.

Розміщення стелажів у вертикальній конфігурації може додати ще один елемент терморегулювання, створюючи різні теплові зони та гарячі й холодні проходи.

Жоден проект не є ідентичним

Енергоємність стала пріоритетом як з експлуатаційних, так і з фінансових міркувань, але на сьогоднішній день більшість досягнень пов’язані, в першу чергу, з батареями, а в другу чергу, з оптимізацією простору всередині шаф, а також з креативними конфігураціями шаф.

Однією з можливих ознак того, що технологічний прогрес на ринку накопичувачів енергії зміщується, є розробка типів акумуляторних елементів, спеціально призначених для задоволення потреб електроенергетики. Раніше на ринку накопичувачів енергії використовувалися акумуляторні елементи, розроблені для ринку електромобілів і не обов’язково пристосовані для ринку накопичувачів. Оптимізуючи конструкцію елементів для зберігання енергії, можна досягти покращення показників деградації та тривалості циклу (тобто терміну служби акумулятора). Деякі виробники починають пропонувати 25-річну гарантію продуктивності (один цикл на день) для певних типів батарей.

Оскільки все більше теплової генерації на основі викопного палива буде виводитися з ринку, ці потужності повинні бути заміщені іншими джерелами, причому ключову роль відіграють системи зберігання енергії. Оскільки ці системи зберігання енергії переміщуються в більш урбанізовані райони, щільність енергії та доступність землі будуть темами, що викликатимуть великий інтерес в осяжному майбутньому.