私はグリッド バッテリー システムに十分な時間を費やして、1 つのことを知っています。ほとんどの人は、携帯電話が 10 分間で 40% から 1% に低下するのを見たからといって、バッテリーのエネルギー貯蔵について理解していると思い込んでいます。実用規模のシステムは、-大きく、より熱く、より重く、よりうるさく、そしてはるかに寛容ではない、まったく異なる獣です。-また、電話とは異なり、電源を切って問題がなくなることを祈ることはできません。
化学内部で実際に何が起こっているのか
バッテリーは基本的に、イオン間の一連の化学交渉であり、実際には別の場所にあるはずです。充電すると、これらのイオンが不快な高エネルギーの位置に強制的に移動します。-放電中、それらは「望ましい」場所に滑り戻り、途中で電子を放出します。
これが基本的なイメージです。-しかし、グリッド バッテリー エネルギー貯蔵システムは基本的な説明を気にしません。化学は厄介な実際的な方法で重要です。リチウム-イオン-特に LFP (リン酸鉄リチウム) と NMC (ニッケル マンガン コバルト)-が何年も前に優勝したのは、それらが完璧だったからではなく、以下の同じ組み合わせに匹敵するものが他になかったからです。
妥当なコスト
許容可能な劣化
許容可能なリスク
十分な高いエネルギー密度-
誰かがこれを過度に単純化しようとするたびに、私は失敗した LFP ラックを初めて分解したときのことを思い出します。何千サイクル後でも、個々の細胞は「死んだ」わけではありませんでした。彼らはむしろ、最低限の仕事をしている疲れた従業員のようだった。それは一言で言えば劣化です。
誰も興奮しない部分: 電力変換
50 MW のバッテリ サイトのインバータ室に立ったことがあれば、私が話しているこのハム音が深く、安定していて、少し不安になることをご存知でしょう。-電力変換システム (PCS) は、バッテリー ラックに保存されている DC をグリッドが実際に使用できる AC に変換するものです。また、エネルギーの 10 ～ 15% が熱、スイッチング損失、マーケティングパンフレットで隠蔽されがちな非効率となって静かに消えていく場所でもあります。
グリッドの 50/60 Hz 周波数の調整、無効電力の管理、動作モードの切り替え-は、毎秒行われる調整ダンスです。 「それはただのインバーターだ」と言う人は、グリッドイベント中の午前 3 時にインバーターのトラブルシューティングを行う必要がなかった人はおそらくいないでしょう。
リチウム-イオンが依然として主流である理由
人々は、-バナジウムの流れ、亜鉛-臭素、ナトリウムなど、その週に話題になっているプレスリリースなど、珍しい化学について空想するのが好きです。それらにはそれぞれの場所があるでしょう。しかし、今日のバッテリーエネルギー貯蔵市場が LFP で稼働しているのには、非常に退屈な理由が 1 つあります。それは、保険会社に心臓発作を起こさせることなく、コンテナで輸送できるほど十分に安全で安価であるということです。
NMC には利点（主にエネルギー密度）がありますが、定置システムの場合、密度は重要ではありません。{0}}障害状況下での予測可能な動作は密度です。熱事故が 1 週間にわたるニュース記事になることは誰も望んでいません。-
そして、はい、リチウム供給の不安定性は現実のものです。はい、地政学は重要です。しかし、エンジニアは、2032 年に手頃な価格になる可能性のあるものではなく、現在入手可能なものを使用して設計します。
温度: トラブルメーカー-
実用規模のバッテリー設計を理解したい場合は、冷却システムに従ってください。{0}バッテリーは高温を嫌います。彼らも寒いのが好きではありません。そして、彼らはラック内の温度勾配を絶対に嫌います。
南西部のある夏のテスト中、バッテリーが電力を供給し始める前に、冷却システムが周囲の熱と戦うだけで総出力の 5% 以上を消費していることがわかりました。-アクティブな液体冷却、強制空冷、相変化材料バッファーなど、すべての方法は基本的に、化学が優れているものの気まぐれなものであることを認めています。
バッテリーストレージをグリッドに組み込むのは、電源タップを接続するほど簡単ではありません
グリッドの統合はほとんどの記事で取り上げられていますが、プロジェクトが成功するか失敗するかはここにあります。周波数応答、電圧調整、EMS/BMS 調整-これらはすべて常に発生しており、反応するまでに数ミリ秒かかり、ミスが生じる余地はほとんどありません。
バッテリーは、どのガス ピーカーよりも速くゼロから最大出力まで立ち上げることができます。だからこそオペレーターに愛されるのです。しかし、この速度は、制御アルゴリズムが単に反応するだけでなく、動作を予測する必要があることを意味します。現在、一部のシステムでは機械学習を使用してグリッドの不均衡を予測しています-が、予測可能性を高めるために依然として古き良き PID ループを好むと静かに認めているオペレータを複数見てきました。
物事は実際にどこへ向かうのか
全固体電池の実現は「5 年先」だと人々は言い続けています。{0} 2014年頃からそう言われていましたが、今に至っています。優れた科学、厳しい製造。
より現実的と思われるのは、段階的に改善することです。
わずかに長いサイクル寿命
わずかに安価なサプライチェーン
わずかに安全な化学物質
熱管理がわずかに向上
劇的な変化はありませんが、放電時間を 2 ～ 4 時間から 6 ～ 10 時間に延長するには十分です。そのとき、バッテリー エネルギー ストレージはグリッド アクセサリではなくなり、特定の化石燃料ベースのシステムのフルタイム代替品となり始めます。-
そして、注目に値する第二の-EV バッテリー-もあります。容量が 80% のパックは車には適していませんが、据え置き保管にはまったく問題ありません。私自身もいくつかテストしてみました。これらは乱雑で一貫性がありませんが、適切なコントロールと統合すると驚くほど使いやすくなります。
本当の課題
1. 劣化モデリングはまだ推測の域を出ません。
まったくの推測ではありませんが、十分に推測に近い場合もあります。温度、サイクル パターン、放電深度、カレンダーの経年変化-これらは、単純な方程式では実際には把握できない形で相互作用します。
2. リサイクルインフラはまだ準備が整っていません。
私たちは毎年、ギガワット-時間のリチウム システムを設置していますが、10～15 年後に来るバッテリーの寿命終了の波については明確な計画はありません。--
3. ソフトウェアはハードウェアと同じくらい重要になっています。
BMS ロジック、予測アルゴリズム、セル バランシング戦略{0}}最新の蓄電池システムの価値の半分はソフトウェアにあります。そして、ソフトウェアはハードウェアよりも早く古くなります。
最終的な考え
バッテリーのエネルギー貯蔵は魔法ではなく、簡単でもありません。基本的な原則は、数十年前も今も同じです。変わったのは、より大きなシステムを構築し、それらをグリッドに深く統合し、その周囲のサポート インフラストラクチャを設計するという私たちの意欲です。化学は画期的なものではありません-それを取り巻く工学分野が画期的なものです。
冷却ファンが爆音を立て、インバーターが心臓の鼓動のように脈動し、フル負荷でうなり声を上げながらバッテリー保管場所を歩いたことがある人なら、ご存知でしょう。このテクノロジーは現在実用化されています。不完全ですが、とてもリアルです。