Einführung in die Best Practices der Branche für Batterieleistungsgarantien

Zusammenfassung  

Batterie-Energiespeichersysteme haben ein zunehmendes Einsatzvolumen zu verzeichnen, was vor allem auf sinkende Systemkosten, erweiterte Garantien und neue Märkte für BESS-Dienste zurückzuführen ist, auch für Systeme mit längerer Laufzeit über vier Stunden. Diese Erweiterung hat den BESS-Betreibern, Investoren und Kreditgebern aufgrund von Unklarheiten in Terminologie, Spezifikation und Betrieb von Batterien wichtige Risiken für die Bewertung und Prognose der Leistung (insbesondere in Bezug auf Schätzungen des Batterieabbaus) gebracht. Batterieleistungsrisiken werden in der Regel durch Garantien gesteuert, jedoch können Garantien aufgrund von Schwankungen in der Batterietechnologie und in Anwendungsfällen schwierig zu spezifizieren sein. Um diese Herausforderungen zu mindern, sollten Garantien die Definition aller wichtigen Projektparameter, ordnungsgemäß referenzierte Standards und unabhängige Testanforderungen umfassen.

Einleitung  

Die steigende Nachfrage nach Batterie-Energiespeichersystemen (BESS) hat es den Netzbetreibern ermöglicht, diese Systeme aufgrund des schnelleren Reaktionsrahmens im Vergleich zu anderen erneuerbaren Technologien zu nutzen. Intelligentere und Kfz-Netze haben es BESS (insbesondere dem Li-Ionen-Typ) ermöglicht, neue Märkte zu erschließen. Da verschiedene Märkte/Dienstleistungen für BESS in das System integriert sind, müssen die Batterien mit unterschiedlichen (Ent)Laderaten arbeiten, die einen Unsicherheitsfaktor für den Batterieabbau und damit die Lebensdauer des Systems haben.

Die meisten Batterie-Originalgerätehersteller (OEM) bieten Garantien, die Produktfehler abdecken und die Leistung garantieren. Garantieleistungsgarantien sind derzeit nicht gut standardisiert und in Zeiten, die bei OEMs nicht gut definiert sind, führt das Fehlen grundlegender Garantieleistungsdefinitionen in der Branche dazu, dass es keine einzige Garantie gibt, die das Leistungsrisiko über die gesamte Lebensdauer des Systems angemessen steuert.

Batterie-Energiespeicherleistungsgarantien  

Es gibt drei Hauptziele hinter den meisten Standard-Batterieleistungsgarantien (für BESS Li-Ion-Typ). Erstens versucht es, die Lebenszyklusökonomie der Batterie vom Anfang bis zum Ende der Lebensdauer (BOL / EOL) basierend auf einer bestimmten Nutzungsart zu gestalten. Zweitens neigen Garantien dazu, die Leistung auf der Grundlage von Leistungsmetriken zu garantieren, die meist nur durch die verfügbare Energiekapazität (kWh) in einem bestimmten Jahr definiert werden, abhängig von einer Anzahl von Zyklen, die nicht unbedingt eine echte Reflexion in der Batterieabbau aufweisen.

Darüber hinaus neigen diese Garantien dazu, andere Hauptkomponenten wie das Energieumwandlungssystem / den Wechselrichter auszuschließen. Drittens fehlt es der Batterieindustrie auch an einem robusten und unabhängigen Testprogramm, das durch die Mehrdeutigkeit innerhalb nationaler und internationaler Standards beschattet wird; Die Verschärfung dieser Einschränkungen ist für die Zukunft der Branche von grundlegender Bedeutung.

Wirtschaft  

Während der Rückgang der Systemkosten in den letzten Jahren der kritischste Trend in der Energiespeicherökonomie war, zeigten Schätzungen von BloombergNEF, dass die Verbesserung der Systemhaltbarkeit der entscheidende Treiber für die Kosten der Energiespeicherung im Jahr 2020 ist. Der Investitionsaufwand für den Bau von Batteriespeichern im Netzmaßstab ist gesunken 38 % in zwei Jahren, von $471 bis $293 pro kWh für Vier-Stunden-Systeme, bevor die Preise aufgrund von Schwierigkeiten bei der Beschaffung von Zeilenmaterial und der Volatilität auf dem Mineralmarkt Ende 2021 ansteigen. Eine Möglichkeit, die Kosten für BESS weiter zu senken und das Vertrauen in den Markt zu stärken, besteht darin, eine längere Batterielebensdauer durch klar definierte und standardisierte Garantien für OEMs zu gewährleisten.

Obwohl dies ein wichtiger Indikator ist, schaffen längere Garantien immer noch keine technische Transparenz darüber, wie die garantierten Leistungen projiziert werden. Garantien, die nur auf der Anzahl der Zyklen basieren, spiegeln nicht die wahre Korrelation mit der Batterie-BOL-Kapazität, der Alterung und der Energiehaltung in der Nähe von EOL wider. Daher besteht eine mögliche Lösung darin, Energiedurchsatzsicherheiten (MW/MWh oder oft als MWh bezeichnet) als Hauptleistungsmetrik für alle OEMs zu implementieren.

Leistungskennzahlen 

Wie oben kurz erläutert, ist der Energiedurchsatz (oder manchmal in Garantien als die Mindestkapazität bezeichnet, die die Batterie in einem bestimmten Jahr zurückhält) eine umfassende Kennzahl, die die Gesamtenergie bewertet, von der ein OEM erwartet, dass sie die Batterie während ihrer gesamten Lebensdauer liefert. Die kritische Einschränkung könnte sich ergeben, dass neue Dienste/Nutzungen für BESS die ursprüngliche Nutzungsabsicht verändern und damit die gerechtfertigte Kapazität beeinträchtigen. Aufgrund der fehlenden Standardisierung verdaut der Endnutzer jedoch nach wie vor große Leistungsrisiken bei der Bewertung dieser Garantien.
Die folgende Zusammenfassung zeigt die Zusammenfassung relevanter (abgedeckter und nicht abgedeckter) Parameter der Garantieleistung, die von den OEMs mehr Klarheit benötigen, um die Auswirkungen auf den Abbau der Batterien zu verstehen (und möglicherweise zu validieren).  

Abgedeckt durch Garantien - Verbesserungsvorschläge

Energiekapazität und -abbau 

• Klärung der Empfindlichkeit des Energiedurchsatzes gegen Degradation (SOC über C-Rate, umgekehrt oder optimale Kombination)
• Die Technologie entwickelt sich schnell; Es muss geklärt werden, wie Testparameter und -umgebungen für die prognostizierte Verschlechterung relevant sind, wenn sie implementiert werden.
• Klare Definition des Energiedurchsatzgewinns gegen induzierte interne Batterieverluste

State of Charge SOC

• Definition des Batteriebetriebs, um eine optimale SOC-Rate zu finden, abhängig von der Art der Nutzung (Wetter bei niedrigen, mittleren oder hohen SOC-Fenstern)
• Vorteile/Auswirkungen bei der Integration in den Rest des Systems in einem BESS
• Klärung der Auswirkungen der Kalenderalterung im Vergleich zur Verwendung wird vorhergesagt
• Klärung, wie sich eine hohe Gleichspannung bei der Speicherung von Energie durch die Batterie über einen längeren Zeitraum auf die SOC auswirkt

Zelltemperatur

• Vorteile der Zellenkühlung verschiedener Typen (Luftkühl- und Flüssigkeitskühlsysteme)
• Verständnis der Temperaturbedingungen in degradierenden Batteriezellen im Vergleich zu verschiedenen Anwendungen
• STC-Temperaturen (Tamb=~25 °C) stellen keine Temperaturen dar, bei denen sich die meisten operativen BESS befinden
• Toleranz gegenüber kälteren oder wärmeren Klimazonen
• Auswirkungen auf verschiedene SOC gegen RTE und Degradation
• Abschwächungen gegen raue Umgebungsbedingungen (z. B. Feuchtigkeit, Staub, Umgebungstemperatur)
• Auswirkungen des Klimawandels auf die Umgebungstemperatur bei der Auslegung der Dimensionierung der HLK, wie Feuchtigkeit in den Batteriezellen innerhalb von Batteriemodulen erkannt wird

Leistungsfähigkeit

• Einige OEMs garantieren keine Leistungskapazität (d. h. ohne PCS-Komponenten).
• Klarstellungen, wie Batterien bei bestimmten Leistungsraten optimal betrieben werden können
• Klärungen, wie sich unterschiedliche Nennleistungen auf C-Raten (oder Stromdichte-Fluss, auf die Zelle) auswirken und den Abbau beschleunigen

C-Satz

• C-Rate ist ein irreführender Begriff. Ermöglicht eine falsche Interpretation der Leistung, von der die OEMs in hohem Maße profitieren können
• Klärung, wie C-Raten (derzeit definiert) durch die oben genannten Punkte beeinflusst werden

Nicht durch Garantien abgedeckt - Verbesserungsvorschläge

Round-Trip-Effizienz (RTE)

• Definitionen, wie sich Burst-Entladung und Schnellladung auf die C-Rate und damit auf die RTE im BESS insgesamt auswirken
  • OEMs nutzen den Vorteil, dieses Risiko an den Endbenutzer (und den Endbenutzer an den EPÜ) weiterzugeben.
  • OEMs sollten berücksichtigt werden
• Besseres Verständnis darüber, wie sich der BESS-Leerlaufmodus im gesamten System auf die RTE auswirkt und sich daher auf den Abbau auswirkt

Hilfslast

• Besonders wichtig für HLK-Systeme (Luftkühlung) (die alle oben genannten Punkte beeinflussen), wenn die LV-Versorgung von der LV-Wicklung des Transformators nach dem PCS stammt
  • Großes Risiko geht auf den Endanwender über
  • Nicht klarer Parameter, um zu verhindern, dass die Batteriegarantie ungültig wird, wenn die HLK-Leistung nicht ausreicht

Zugang zur Netzwerkkonnektivität

• Eine begrenzte Anzahl von OEMs bietet umfassende Garantien, die flexibel sind, um die Nutzung zu analysieren, um die Energiekapazitätsgarantie eines Systems an das Endverwendungsprofil anzupassen.
  • Begrenzt auf den Standort mit Zugang zum Netzwerk
  • Nationale und internationale Vorschriften zum Schutz der Endnutzer erforderlich
• Unklarheit darüber, wie OEMs Energiekapazitätsgarantien neu berechnen und wie dies einen fairen Ansatz darstellt
• Die ursprünglich prognostizierte Leistung des Endbenutzers kann sich drastisch ändern, indem die Garantie aufgrund von Verbindungsproblemen aufgehoben wird

Verbesserung der unabhängigen Prüfung und Normung  

Im Vergleich zu verschiedenen Arten von Projekten in der Branche der erneuerbaren Energien wie Solar- oder Windtechnologien kann man erkennen, dass die Standards für die Batterieleistung weniger spezifisch sind. Dies kann aufgrund der Unreife der verwendeten Technologie oder Chemie und der schnellen Veränderungen, die sie in kurzer Zeit anpassen muss, argumentiert werden. Es kann jedoch bestritten werden, dass die OEMs klare Vorteile nutzen. Bei der Verbesserung von Abbaumodellen sollte Spielraum für die Überprüfung und Umsetzung der Verfahren bestehen, wie nachstehend vorgeschlagen:

• Überprüfung bestehender OEM-Tests und unabhängige Validierung der Testergebnisse
• Nationale und internationale Normung für die Prüfung der Hauptparameter, die sich auf den Abbau auswirken, wie die oben aufgeführten
• Zugang zu unabhängigen und echten Tests von Drittanbietern
• Erweiterung von Protokolltests während FATs und Validierung durch SATs

Schlussfolgerung

Garantien können dazu beitragen, gleiche Wettbewerbsbedingungen für Garantieleistungen zu schaffen, die auf Transparenz und bewährten Verfahren der Erstausrüster beruhen. Bewährte Verfahren für die Gewährleistungsleistung lassen sich wie folgt zusammenfassen: 

• Klare Definition und Standardisierung von Schlüsselparametern für OEMs wie Energiekapazität, SOC, Zelltemperatur, Leistungsrate und C-Rate und wie sich die Auswirkungen durch Kombination einzelner Parameter verschlechtern
  • Dies wird das Vertrauen der Verbraucher in der Phase der Batteriebewertung stärken und ihnen ein besseres Verständnis der Projektleistung ermöglichen.
  • Der Energiedurchsatz sollte die Anzahl der Zyklen (wie derzeit definiert) als Leistungskennzahl ersetzen.
  • Die Definition des C-Satzes sollte sorgfältig behandelt werden.
• Die Erhöhung der Batterielebensdauer zusammen mit längeren vertraglich vereinbarten Garantien hatte einen Impuls für eine gleichmäßige Kostenreduzierung. Die Erhöhung des Vertrauens der Endnutzer (und Anleger) durch Klarheit über die Leistungsgarantien wird sich zusätzlich positiv auf die Branche auswirken.
• Dies ist nur möglich, wenn nationale und internationale Prüfverfahren etabliert sind, an die sich OEMs halten müssen.
  • Unabhängige Testvalidierung und Ergebnisse für aktuelle Daten von OEMs (einschließlich Daten für die weitere Technologieentwicklung)

Über den Autor:

Andres Blanco – Projektberater | Managing Director bei Blanboz, ich bin Ingenieur mit fast 15 Jahren Erfahrung im Bereich der erneuerbaren Energien, wobei sich die letzten sieben bis acht dieser Jahre während des gesamten Projektlebenszyklus voll und ganz der BESS widmen. Ich interessiere mich auch leidenschaftlich für die Umsetzung von Explosions- und Brandverhütung und -unterdrückung in BESS.  Strom für alle - Batterien führen die Ladung an. Weitere Informationen unter www.blanboz.com , wenn Sie mich kontaktieren möchten, tun Sie dies bitte unter a.blanco@blanboz.com , www.linkedin.com/in/andresblanco77

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