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如何破解储能电芯循环寿命“信任危机”?

发布日期:2024-05-07 11:29浏览次数:350

 
循环寿命是储能电池的核心性能指标,寿命延长意味着储能系统全生命周期成本随之降低。近年来,储能电池的寿命竞争变得尤为激烈,储能电池厂商纷纷将储能电池的循环寿命提高到10000次、12000次甚至是15000次,承诺产品寿命可以达到20年甚至25年。

根据国家规定的标准,光伏电站的设计使用寿命是25年,而我国运行时间最长的光伏电站组件实际使用寿命已经达到40年。很大程度上,客户对于储能产品寿命的要求受到光伏产品影响,希望能够实现“光储同寿”,从而实现最佳经济效益。然而,这些前期宣传的产品循环寿命并未经过权威的检验,实际寿命到底有多少、企业的寿命能否保障产品全生命周期售后,成为投资方对产品的主要顾虑。此前,
宁德时代首席科学家吴凯直指当前储能产品循环寿命远不及预期的严峻问题。

“客户和第三方根本无法对这些指标进行检测,且缺乏相应的标准依据,目前都只是靠口头承诺。”吴凯表示,据国内权威机构统计,前期投运的功率型储能,宣称寿命达10年,但实际不足3年就已大面积退役;投运的能量型储能,承诺寿命20年,目前运行仅有3-5年,且年循环次数大部分不到设计值的一半,并且运行期间,常会出现各种问题。那么,影响储能产品循环寿命的核心因素是什么?将储能系统拆分来看,目前电池的循环寿命能否达到设计值?其他零部件能否匹配电池的寿命?

万次循环成储能电芯标配

2023年以来,各大储能电池厂商争先发布300Ah+、超万次循环的大容量储能电芯产品。然而,实际寿命能否达到设计值,仍值得打上问号。

瑞浦兰钧储能市场总经理易辉琼指出,从电芯层级上来讲,国内客户对寿命的要求主要是10年以上,而海外客户要求是15年甚至20年,但产品真正的实测数据并没有那么长时间。“瑞浦兰钧已成立6年多,最早一款储能产品从成立之初测到现在,已经超过8千次循环。目前来看,10年肯定是没问题的,15年可能问题也不是特别大,但到15年、20年,我觉得这还需要大量测试。”易辉琼如是说。

此外,易辉琼表示,现在市面上各种300Ah+的电芯产品,普遍是通过增加(极片)面密度和压实密度来增加体积能量。但面密度的增加和循环寿命是相互约束的,提高面密度的同时能否保持或者更加有效提高电池的循环寿命,是一个更高的技术难度。国内储能电池主要以磷酸铁锂技术路线为主。研究表明,磷酸铁锂电池寿命衰减的主要因素为阳极副反应导致的活性锂消耗。因此,补充活性锂是解决这一问题的有效手段,目前补充活性锂的途径主要分为负极补锂和正极极补锂两大类。

对于储能电池循环次数能否过万,欣旺达能源科技总裁李章溢指出了补锂技术的重要性,“如果电池不加补锂技术,1万次循环应该是上限了,如果加一些补锂技术可以达到1万以上。”天合储能总裁孙伟认为,循环次数万次以上已经成为储能电芯的一个标准。他表示,基本上20年以上的寿命是可以保证的,天合储能的量产产品做到1.2万次循环,实测的数据来看,首年可以做到零衰减。

孙伟表示,现在天合储能的实验室里已在开发循环寿命1.5万次的产品,将力争从设计、到制造、测试,保证产品达到1.5万循环以上,达到光储同寿。储能产品未来能否保证得到良好的售后服务,是海外客户考量的重点。孙伟直言,预计五年后储能产品的成本还会再降50%,在不损害利润的情况下,也可以保证业主20年以上的售后。值得注意的是,影响电池循环寿命的因素颇多。
金拓锂电高级工程师黄品珏指出,电池在充放电的过程中可能出现多种状况,例如充放电的过程中的温升、应力变形导致电池结构破坏、电解液溶剂/电解质分解,还有内阻增加和析锂等,都可能导致电池失效等问题。

黄品珏强调,
温度是影响储能产品寿命的最关键因素。“当电池内部温度提升15度时,系统的寿命会减少一半以上。”他解释道,通常情况下,循环次数是以核定温度25±2度的条件测试,但锂电池在充放电过程中会产生大量热量,单体电池的温度差异过大会造成内阻、容量等不一致进一步增大,导致单体电池加速分化,缩短电池系统的循环寿命,甚至造成安全隐患。此外,BMS也在延长电芯使用寿命、提高电池安全性和均衡性上发挥了重要作用。

温控、PCS寿命难与电池匹配

显然,储能电池的循环寿命超过1万次,业内普遍较为乐观。换言之,若按照每天1.5次充放电计算,1万次循环约为18年寿命,若按每日1次充放电计算,可以超过25年。

然而,业内面临的现实情况是,即便储能电池的循环寿命可以达到20年以上,整个储能系统也难以达到20年寿命。中车株洲所综合能源事业部储能产品开发部主任许东阳所言,由于电芯的本体差异,以及后端的非专业化集成,会导致整个系统的寿命会大打折扣。比如,电芯目前宣称是有1万次甚至是1.6万次循环,但是后端集成后,电芯循环次数会打折约30%。中天储能技术经理蔡肖雄也指出,储能系统的寿命基本上已经拓展到了20年,但是很多部件其实是不匹配的。

在蔡肖雄看来,储能系统的20年寿命,需要后续很多维护、维修、更换、保养的过程,但大家比较忽略这一方面,太过在意初期投资的成本,而忽略了维修保养的费用。比如液冷系统里面的冷却液、过滤棉等,都是影响整体寿命的部件,蔡肖雄认为,目前影响整体使用寿命的主要是温度管控系统,还需要提升使用寿命,以匹配整个储能系统。

目前,液冷系统逐渐代替风冷成为储能温控的主流方案,能够将电池寿命提升约
20%,但
冷却液通常在使用3—5年后需要更换,期间需要定期检查冷却液状态,不过,目前液冷储能系统的投入使用尚未超过2年。同飞股份高级产品经理高帅称,常规的乙二醇溶液存在快速酸化的问题,普通防冻液寿命可达24个月,同飞股份长效防冻液寿命可达5年。但无论是2年还是5年寿命,都未彻底解决换液的问题,许多大储场站并不具备大量换液的条件,回收也要耗费大量人力物力。

据了解,同飞股份正在研发
无需更换的防冻液产品,通过吸附将液体恢复到接近中性的状态,使防冻液可以持续使用,这款产品已完成了前期试验,预计在今年正式推出。值得关注的是,去掉冷却系统的高温电池,也是一个重要的创新方向。

宁德时代吴凯博士强调,要实现长寿命,耐高温电芯技术非常重要。
宁德时代今年发布了耐高温的机型,能够在超过35度的条件下依然保持了良好的衰减特性,有效提高了储能系统高温环境的自适应,而且,无需冷却系统也能节约不少成本。除了温控系统,PCS也存在“快消品”。华自科技新型储能事业部营销总经理黄紫表示,在产品设计寿命上,华自科技PCS的设计寿命是25年,但有一些关键的元器件,比如IGBT,属于易损件,需要后期运维。IGBT是储能PCS的核心部件,1MW以上PCS通常大量使用IGBT,甚至可以说,IGBT的性能决定了PCS的性能。那么,如何让IGBT不再成为“快消品”,成为储能PCS的重要升级方向。

对此,多家主流厂商开始推出
液冷PCS产品。据了解,禾迈股份新推出的新一代液冷储能PCS,通过液冷方式,可以实现不同IGBT之间的温度小于2度,将大大提升IGBT的寿命和可靠性。可见,储能系统部件的设计寿命尚且无法与电池匹配,在更加复杂的实际应用场景中,使用寿命大打折扣的窘境也就不足为奇。储能系统寿命之谜,至今仍笼罩在广大业主的头上。