用「退役」電池打造儲能系統

作者 : Bill Schweber,EE Times特約作者

在儲能系統使用二手電池,出於許多理由是很有意義的...

尋找一種具備技術吸引力以及成本效益的方法,儲存從太陽能、風力等間歇性來源產生的能量,是一大挑戰;不過已有許多種可能的解決方案。顯然,目前並沒有單一種「最佳」方法,因為須取決於電力容量、充電、放電、使用週期、實體位置、成本等等眾多因素,其選項涵蓋但不限於水力、重力、飛輪(flywheels)、熔鹽(molten salts)、壓縮氣體,當然還有電池。

這些儲能系統(ESS)甚至有一個不同尋常的電池選項:利用已經「退役」的電池組(這是「二手」電池的委婉說法),通常(並不僅限於)來自不同車輛或是卡車。

在歐洲來自不同應用可重複使用的鋰電池容量。

(來源:Circular Energy Storage)

那些二手電池可以來自已經達到使用壽命期限的車輛,或者是從事故車輛搶救出來的電池,也可能是來自製造商、經銷商甚至是獨立商店正在翻新的二手車。對二手電池的廣泛標準是,當電池的電容量下降到原始值的80%,就可以宣佈它已經「完成」其初始應用使命。

最近在《華爾街日報》(The Wall Street Journal)上有一篇文章指出,已經有許多商業設施在使用那些二手電池,或是很快也會轉向採用;其中有一些是小規模的家庭或小型建築配置,其他的則是支援更大規模的辦公室、工廠、購物中心或者社區。

乍看之下,以所謂的「二次生命」模式在儲能系統使用那些電池,出於許多理由是很有意義的。那些電池可廣泛取得,不需要使用者進行大規模的建築或選址,可以運輸、也可以裝入貨櫃,安靜、也沒有活動零件,是模組化而且在容量上可擴充。

儲能系統本身不只是能源儲存裝置,需要精密的管理,以及將直流電(DC)轉為交流電(AC)的逆變器;取決於安裝規格與目標,還需要更多東西。

(來源:Saft/TotalEnergies)

同樣重要的是,有大量專業知識以及標準模組可用於管理電池組,並將這些直流電(DC)能源儲存設備,做為類似交流電(AC)電網電源的供應器;這其中有大部份是來自電動車的經驗,以及其他大規模的電池專案。

不過關於能源儲存配置,有一些不可忽視的問題需要考量。首先,使用以鋰為基礎的電池,其高體積能量密度(這也是它們的主要優點之一),意味著那些大型配置需要對充/放電、溫度以及其他參數的複雜、多層級(multilevel)監控,還需要故障-安全停機(fail-safe shutdown)安排,甚至是特殊的滅火系統。

第二個問題是,這些電池的額外一次使用壽命,電容量已經比它們第一次安裝時降低了20%;前述的文章指出,二次電池在電容量降到初始容量的60%之前都被認為是有用的,這通常是在轉為儲能系統的10到15年之後。如果是這樣,若這些電池需要每十年就替換一次,時間長度是否足以證明所花費的安裝工作與支出是合理的?

最後一個問題是電池管理,因為構成的電池與電池組──就算是標稱類型(nominal type)相同──也可能有不同的充/放電週期、熱作用,以及不同類型的使用中甚至儲存濫用,每一顆二次電池都會有不同的作業輪廓(operating profile),需要非常謹慎的個別管理以及可能的替代週期。用一句俗話來比喻,管理如此大不相同的一群電池,會是電類比的「牧貓」(herding cats)。

儘管如此,將那些電池的二次生命重新利用之想法極具吸引力,至少在某些情況下是如此(它們的第三次生命階段就是回收,這會是另一個複雜的故事)。從各種成本、可靠性與佔位面積等方面而言,比起利用起重機升/降大型重物(EETT編按:重力儲能),或者是用卡車把水運下斜坡(EETT編按:一種「電動卡車水力發電」新概念),那當然是更明智的做法。

一如往常,這種新儲能方案正在填補技術細節,以及將促成與破壞最終決策的情況之眾多細節。此外,其市場動能可能會很難估算──在某些情況下,舊電池的價格可能會比新電池更高(參考閱讀)。而對於更廣泛利用二手電池作為儲能系統的可行性,以及比起大型系統、這種方法是否更適合所需管理與變數較少的小型化安裝?歡迎讀者與我們一起探討!

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年9月號

編譯:Judith Cheng

(參考原文:Retired Batteries Are Viable Options for Energy Storage Systems,By Bill Schweber)

 

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