文 | 中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟

儲能系統(tǒng)建模軟件公司Storlytics的顧問委員會成員Sherif Abdelrazek對電池儲能領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)之一進行了分析，即，如何評估電池的生命周期。

在今天，并網(wǎng)電池系統(tǒng)的開發(fā)過程面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最值得注意的是，在向電池供應(yīng)商采購之前，系統(tǒng)開發(fā)商無法準確估計電池的衰退情況，而電池衰減發(fā)生在設(shè)計階段很久之后。

因此，開發(fā)商目前依賴于從電池供應(yīng)商那里獲得特定項目的準確衰退數(shù)據(jù)，這往往很耗時，而且在與電池供應(yīng)商簽訂采購訂單之前無法獲得。

此外，在項目規(guī)劃期間，電池供應(yīng)商提供的電池衰退模型可能過于簡化，會給項目開發(fā)帶來較大風險。由于這些問題，開發(fā)商可能往往會與最合適的電池產(chǎn)品錯過。

開發(fā)商選用的電池產(chǎn)品即使是最好的，但可能并不是最適用的，很難對不同的產(chǎn)品并行展開比較。

你可能會問，為什么電池儲能開發(fā)商無法對電池系統(tǒng)的各種技術(shù)類型進行比較？

答案是因為沒有廣泛的精確建模工具（和電池模型），原因有幾個。首先，電池衰退建模是非常復(fù)雜的，因為它高度非線性，取決于一系列的參數(shù)，如C-rate、能量吞吐量、日歷壽命、電池溫度、放電深度、周期平均值和中心SoC。

而電池生產(chǎn)商也會不遺余力地保護自己產(chǎn)品的衰退模型和性能特征。

如何針對不同的使用情況比較不同廠商的電池產(chǎn)品

好消息是，已經(jīng)有了一些解決方案！

例如，如果你有一個項目A的廠商數(shù)據(jù)，并且它顯示在1000MWh年吞吐量下，電池每年約退化2%，就可以假設(shè)2000MWh年吞吐量的新項目B每年將退化4%。

相當簡單，對嗎？不完全是，這種過度線性的簡化沒有考慮項目A和項目B的1000MWh和2000MWh的吞吐量是如何調(diào)度的，忽略了大量的電池調(diào)度參數(shù)（C-rate、放電深度、平均SoC、環(huán)境等），這些參數(shù)嚴重影響衰減情況。

例如，圖1中顯示的曲線是從幾個類似的鋰電池加速衰減測試中推導出來的，這些電池在10%的放電深度（DoD）和不同的平均SoC下進行循環(huán)。

平均SoC為25%的藍色曲線表示電池在30%和20%的SoC之間持續(xù)充放電。

同樣地，橙色曲線表示在55%和45%的 SoC之間進行循環(huán)。

結(jié)果，即使電池運行了相似的周期（完成了類似的能量吞吐），但它們有著不同的衰減程度。

橙色曲線（最佳情況，平均SoC 50%）2000次循環(huán)后保持了92%的SoH。相比之下，紫色曲線（最壞情況，平均SoC 90%）在同樣的2000次循環(huán)中電池SoH只有77%。

圖一 圖源：Storlytics  Figure 1. Image: Storlytics.

但是，開發(fā)商如何能在電池項目開發(fā)早期設(shè)計和融資階段獲得更準確的衰減估計？他們又如何在早期為特定的使用情況選擇最佳的電池和廠商？

像Storlytics Energy Storage這樣的軟件正在進入市場，它能對電池系統(tǒng)的退化進行建模，不僅僅考慮循環(huán)周期或能量吞吐量，這些工具可以讓開發(fā)商便于比較電池廠商的產(chǎn)品在不同使用情況下的性能。

電池系統(tǒng)的比較研究

在Storlytics工程師與北卡羅來納大學夏洛特分校的研究人員共同進行的一項研究中，介紹了準確估計電池衰減的好處。

其中的一項研究考慮了一個基于NMC三元電池的電池儲能系統(tǒng)，可以執(zhí)行多種應(yīng)用。電網(wǎng)輔助服務(wù)的計劃天數(shù)為一年340天，預(yù)計還將執(zhí)行延緩電網(wǎng)升級的服務(wù)，在一年中還能為大部分配電客戶提供25天的能量套利。

儲能系統(tǒng)項目的額定逆變?nèi)萘繛?.5MW/5.5MWh，項目預(yù)計有10年的使用壽命。

圖二 圖源：Storlytics  Figure 1. Image: Storlytics.

圖二顯示了電池儲能系統(tǒng)在目前業(yè)內(nèi)不同估算方法下的容量衰退曲線，儲能系統(tǒng)的溫度和濕度始終處于建議的工作條件下。

圖二顯示，退化建模工具提供的估計值與電池廠商提供的估計值非常接近，且比電池廠商提供的衰減要更少一點，因為廠商的估計包括一些設(shè)計余量。

因此，電池廠商提供的數(shù)據(jù)給出了一個相對保守的估計。

電池生命周期評估沒有一勞永逸的方案

那么，有沒有一種方法可以在早期就能獲得更高的準確性，以做出明智的投資決定？唯一更好的方案是讓一個可靠的實驗室在電池系統(tǒng)設(shè)計期間對每個電池廠商的產(chǎn)品進行加速衰減測試。但這會非常昂貴，而且需要很長的時間，因為需要在不同的循環(huán)條件下（改變C-rate、DoD、平均SoC、環(huán)境溫度等）對幾十個，甚至幾百個電池進行循環(huán)測試。

這也需要很長的時間，例如在1C條件下循環(huán)1000次就需要2000小時（一小時充電，一小時放電），而在0.5C下循環(huán)，同樣的循環(huán)次數(shù)需要4000小時（167天）。

如果你很有耐心，也有足夠的財力來做這件事，但必須知道，電池廠商更新產(chǎn)品非常頻繁（6-18個月）。因此，很可能辛苦得來的測試結(jié)果和隨后的模型將不再適用。

那么，我們該何去何從？雖然目前還沒有合適的方案，但這些新的電池衰減建模工具正在逐漸提升準確度。