Сравнительный анализ затрат при покупке АКБ различных технологий для систем электроснабжения

Сравнительный анализ затрат при покупке аккумуляторных батарей различных технологий для систем электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ), на примере линейки аккумуляторных батарей VEKTOR ENERGY.

Сейчас вряд ли кого-то удивишь солнечной электростанцией, ветрогенераторы встречаются не часто, но тоже не редкость. Быстрое развитие технологий и все большее строительство по миру заводов по производству солнечных модулей и инверторов, привели к значительному снижению цен на оборудование и комплектующие для электростанций с возобновляемыми источниками энергии. В настоящее время иметь солнечную электростанцию в качестве основного или дополнительного источника энергии может позволить даже частное домохозяйство, не говоря уже о промышленных предприятиях.

Вопрос по срокам окупаемости электростанции с возобновляемыми источниками энергии обсуждался не раз и в этой статье мы возвращаться к нему не будем. Можем повторить главное, если электростанция рассчитывалась профессионалами, то электростанция окупится и довольно быстро (зачастую срок окупаемости составляет 3-5 лет).

В этой статье речь пойдет об электростанциях, в состав которых входит накопитель энергии, т.е. аккумуляторные батареи. Вернее сказать, мы хотели бы показать некий сравнительный анализ затрат при покупке разных видов аккумуляторных батарей для электростанций с возобновляемыми источниками энергии (солнечными панелями и ветрогенераторами). Эта информация будет также актуальна для других систем электроснабжения, в которых накопитель энергии работает в циклических режимах.

Если рассматривать затраты по стоимости всей электростанции, то затраты на аккумуляторные батареи зачастую составляют более 50% от полной стоимости и если первоначально не правильно рассчитать накопитель энергии или подобрать не соответствующие модели батарей, то может получится ситуация, что через год-два придется полностью менять аккумуляторы в системе, а это всегда накладно.

Для каждого отдельного объекта, необходимо подбирать свой накопитель энергии и модели батарей. При этом учитываются множество параметров – необходимая емкость, напряжение, рабочие токи заряда (с учетом всех источников заряда), токи разряда (в том числе пиковые), время автономной работы нагрузки только от батарей, характер нагрузки, время простоев батарей в разряженном состоянии, условия эксплуатации батарей и т.д.

Зачастую, чтобы сэкономить на первоначальных вложениях, заказчик покупает более дешевые аккумуляторные батареи, при этом не берет в расчет, что батареи могут работать в высоко-цикличных режимах и, как правило, через 2-3 года их приходится менять.

Некоторые аббревиатуры и сокращения, которые далее встречаются:

DOD - Depth of Discharge — глубина разряда аккумуляторной батареи;

С – номинальная емкость батареи при 10-ти часовом разряде;

ВМS – Battery Management System (система контроля и управления работой литиевой батареи).

Будем сравнивать наиболее популярные модели аккумуляторных батарей производства Vektor Energy, которые применяют в составе электростанций с ВИЭ:

1. Свинцово-кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM+GEL (серия GL). Рекомендованная глубина разряда аккумуляторов данной серии (как и аналогов батарей подобной технологии изготовления других производителей) не должна превышать глубину разряда 50% DOD. Соответственно, количество запасенной энергии, которую можно снять с одного аккумулятора емкостью 200Ач 12В, при такой глубине разряда, составит около 1200Вт*ч (12В*200Ач*0,5, если аккумуляторы используются в условиях, значительно отличающихся от оптимальных условий эксплуатации батареи (по температуре, влажности и т.п.), то дополнительно учитывается понижающий коэффициент, к примеру 0,8);












Количество жизненных циклов разряд / заряд аккумуляторов серии GL, при температуре 20-25°С и токах разряда/заряда 0,1С, составляет - 750 циклов, при глубине разряда 50% DOD;

Рекомендованный производителем ток заряда для таких аккумуляторов - 0,1С, максимально допустимый ток заряда - 0,2С.







Вес аккумулятора – 59 кг.

Розничная цена батареи VEKTOR ENERGY GL12-200 (12В 200Ач) – 30 500 руб.

2. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи серии CARBON (VPbC), изготовленные по технологии PURE GEL с использованием PVC сепаратора и с пластинами, изготовленными по технологии DEEP CYCLE + CARBON (Super Lead-Carbon Batteries).

   

   
   

   Количество жизненных циклов разряд / заряд аккумуляторов серии VPbC, при температуре 20-25°С и токах разряда/заряда 0,1С, составляет - 4 880 при глубине разряда 50% DOD.

   Допускается разряжать АКБ серии CARBON (VPbC) на глубину до 70% DOD, при этом количество жизненных циклов разряд / заряд составляет около 3 760циклов и при этом заводом производителем дается гарантия до 4-х лет.

   
   

   
   

   Рекомендованный ток заряда аккумулятора составляет 0,1 - 0,3С, максимальный ток заряда - до 0,5С. Это означает, что аккумуляторы серии CARBON допускается заряжать токами в 2 раза более высокими чем аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM+GEL, и соответственно, зарядить их получится в 2 раза быстрее, чем обычные AGM аккумуляторы.

   Вес аккумулятора – 72 кг.

   Розничная цена батареи VEKTOR ENERGY VPbC 12-200 (12В 200Ач) – 42 300 руб.

3. Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы (серия LFP, шкафного или настенного исполнения);Количество жизненных циклов разряд / заряд – 8 000 при глубине разряда 50% DOD, 6 000 при глубине разряда 80% DOD;

   

   Рекомендованный ток заряда – 0,5С, максимальный – до 1С. Т.е. при желании, можно зарядить батарею за 1 час.

   Вес аккумулятора – 41,5 кг.

   Розничная цена батареи 100 Ач 48В – 159 400 руб.

Аккумуляторы серии GL (п.1) и серии CARBON (VPbC) (п.2) относятся к свинцово-кислотным аккумуляторам, поэтому рекомендованная максимальная глубина разряда, при работе в составе систем с высокой цикличностью – до 50% DOD.

Если, к примеру, рассматривать, что один цикл разряда и заряда происходит раз в сутки, то срок службы аккумуляторов серии GL составит:

750/365 = 2 года

Срок службы аккумуляторов серии CARBON (VPbC) при таком же режиме эксплуатации составит:

4880/365= 13 лет

Срок службы аккумуляторов LFP при тех же условиях составит:

8000 / 365 = 22 года

Те заказчики, которые умеют считать деньги, предпочитают несколько переплатить в самом начале за накопитель энергии, состоящий из аккумуляторов серии CARBON (VPbC) или серии LFP и в дальнейшем не задумываться о замене батарей в течение долгого времени. Потратив первоначально на 40% больше на аккумуляторы серии CARBON (в сравнении с аккумуляторами серии GL), срок службы аккумуляторов увеличивается в 6 раз.

Что касается литиевых аккумуляторов (п.3), то их количество циклов разряда / заряда настолько велико, что нет особого смысла разряжать их до глубины 50% DOD, поэтому допускается их разряд до глубины 80-90% DOD. Таким образом, энергоотдача одного аккумулятора серии LFP 48-100 (100Ач 48В), при глубине разряда до 90% DOD, примерно равна энергоотдаче 4-х свинцово кислотных аккумуляторов 200Ач 12В при глубине разряда 50% DOD. Цена за 1 кВт*ч используемой энергии, становится сопоставима с аккумуляторами серии GL.

Ниже приводим несколько таблиц, в которых сравниваем затраты на аккумуляторные батареи для электростанций с ВИЭ:

Из расчетов, приведенных в таблицах выше, видно, что для накопителей, работающих в высоко-цикличных системах (к примеру, в автономных гибридных электростанциях), наиболее оптимальными по технике и по затратам будут свинцово-кислотные батареи серии CARBON (VPbC) или литий-железо-фосфатные аккумуляторы серии LFP.

Большими преимуществами литий-железо-фосфатных аккумуляторов, в сравнении со свинцово-кислотными, является:

а) Возможность заряда высокими токами до 3С (со стандартной BMS до 1,3С). Для наглядности возьмем солнечную электростанцию мощностью 5 кВт с накопителем энергии напряжением 48В. Т.к. ток заряда от такой электростанции может составить 100А (а если еще плюсом ветрогенератор и резервный генератор, то еще больше), необходимо устанавливать накопитель энергии, состоящий из свинцово-кислотных АКБ, емкостью не менее 500-600 Ач 48В или ограничивать выработку солнечной электростанции (и уж тем более других источников заряда). Накопитель 600Ач 48В – это 12-ть аккумуляторных батарей по 200Ач 12В. Что касается литиевого накопителя, то в такую систему можно установить даже одну батарею 100Ач 48В и она сможет принять весь зарядный ток от солнечной электростанции.

б) Литиевые батареи не имеют эффекта памяти. Если вы разрядили литиевую батарею в «ноль» и она осталась у вас в разряженном состоянии на несколько дней, то после заряда, батарея продолжит работу, не ухудшая своих характеристик, в отличие от свинцово-кислотных батарей, для которых такие режимы крайне губительны.

в) Вес и габаритные размеры. Вес батареи LFP48-100 составляет 41,5кг (для системы 200Ач 48В нужно 2 батареи, т.е. вес 2-х батарей – 83кг), вес 4-х АКБ GL12-200 составляет 236 кг, т.е. вес литиевого накопителя почти в 3 раза меньше.

г) Более широкий температурный диапазон эксплуатации. При разряде от -20°С до +60°С, при заряде от 0°С до + 55°С. Для сравнения, при эксплуатации свинцово-кислотных АКБ при температурах выше +25°С их срок службы резко сокращается.

д) При больших сборках аккумуляторных батарей, чтобы получить более высокую емкость, в случае со свинцово-кислотными батареями необходимо применять балансировочные устройства, чтобы продлить срок службы всего банка батарей. В литиевых аккумуляторах серии LFP производства Vektor Energy всегда устанавливается качественная BMS, которая в автоматическом режиме отслеживает параметры разряда / заряда и имеет встроенные балансиры. Если же установлена Smart BMS, то за работой литиевой батареи (или всего накопителя) можно наблюдать через удаленный мониторинг на экране ПК, при необходимости записывать все параметры батареи (накопителя).

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что при планировании покупки оборудования для электростанций с ВИЭ и накопителя энергии, обязательно необходимо выполнить предварительные расчеты по составу оборудования, по алгоритмам его работы, срокам эксплуатации и отсюда определиться со стоимостью.

Для гибридных электростанций, систем резервного питания, для UPS и т.п., работающих параллельно с внешней сетью, когда отключения внешнего электроснабжения не частые, возможно нет смысла устанавливать более дорогие аккумуляторные батареи, выдерживающие циклическую работу, т.к. в таких системах батареи в основном будут находиться в буферном режиме или разряжаться на небольшую глубину (к примеру, до 30% DOD). Для таких систем оптимальными будут батарей серии GL или GP, НR (для UPS).

В случае, когда гибридная электростанция полностью автономная или предполагается работа накопителя в циклических режимах, тогда необходимо выбирать аккумуляторные батареи серии CARBON (VPbC) или литиевые аккумуляторы серии LFP.

Можно купить оборудование электростанции дешевле вначале, но через два года опять вкладывать деньги, а можно вначале потратить несколько больше и в дальнейшем, не тратиться на дополнительные расходы, по крайней мере на ближайшие 5-10 лет.

Экономить или нет – выбор за вами!

Материал подготовлен Шешениным Сергеем

https://vektor-energy.ru/