Amerikansk batteri-beregner: Kan en cyklus betale sig?

Fluence batteri
Fluence, som har amerikanske AES og tyske Siemens som ejere, er en af de store aktører på markedet for batterier til elnettet. Illustration: Fluence. Se større version
Lithium-ion-batterier mister kapacitet over tid og afhængigt af antal cykler. Temperaturen, og hvor meget der lades og aflades, påvirker også. Om batteriet - og hver cyklus - er lønsomt, er en indviklet ligning.
Tech fokus11. oktober 2018 kl. 06:22
errorÆldre end 30 dage

I takt med de mange batteriparker, der popper op i elsystemerne rundt omkring i verden, er der behov for større viden om, hvordan man optimerer brugen af batterierne. Det amerikanske Electric Power Research Institute (ERPI) har udarbejdet en beregner, som kan give aktørerne i elmarkedet et fingerpeg om, hvorvidt det kan betale sig at investere, og hvordan man bedst udnytter sit batteri.

Når man finder nye kandidater i amerikansk politik, er den af processen, at de bliver ‘vetted’. Man sætter en privatdetektiv på, der skal forsøge at grave alskens snavs op, så man er sikker på, at der ikke kommer dårlige mediehistorier senere.

Med værktøjet Storage Value Estimation Tool (StorageVET) fra ERPI kan man populært sagt også ‘vette’ et batteri. Det handler ikke kun om, hvor batteriet er stillet op, men i høj grad også om, hvordan det benyttes. Batterierne mister kraft over tid og bliver slidt for hver cyklus, og hver eneste gang skal ejeren af batteriet forholde sig til, om fortjenesten modsvarer omkostninger ved sliddet.

Flere funktioner

I en artikel på Energy-storage.news beskriver to af ERPI’s forskere, Andres Cortes og Ben Kaun, de overvejelser, der ligger bag det nye værktøj.

Batterier kan løse en række forskellige services, noterer de to forskere.

Peak-shaving, når batteriet barberer toppen af spidsbelastningen, kan betyde besparelser på både distributions- og transmissionsnet. Her er lokationen selvsagt afgørende. På det rette sted kan et batteri levere strøm, så man undgår dyre investeringer til nye kabler, der kun er behov for under særlig spidsbelastning. Peak-shaving var således et af målene med det batteri, som er opstillet på Johan Cruyff Arena i Amsterdam, hvor strømforbruget under koncerter og fodboldkampe selvsagt er stort.

Lithium-ion-batterier vil typisk også levere frekvensregulering. Med flere vedvarende energikilder stiger behovet for at kunne sikre stabil frekvens på nettet. Lithium-ion-batterierne reagerer lynhurtigt med både at lade og aflade. Derfor er de velegnede til frekensregulering, men selv om dette marked er lukrativt, skal det holdes op mod de kapacitetstab og tidligere udskiftninger af batterimodulerne, som er konsekvensen af, at der trækkes på batteriet, noterer Andres Cortes og Ben Kaun.

Spørgsmålet: Kan en cyklus betale sig?

Professor Poul Norby fra DTU Energi peger på, at sliddet på batteriet ved frekvensregulering er begrænset.

»Al brug slidder på batteriet, men hvis du har et batteri, som er 50 pct. opladet, vil frekvensregulering ikke belaste batteriet særlig meget,« siger han.

Med et begreb lånt fra den finansielle sektor kan batterier benyttes til arbitrage. Køb strøm, og oplad, når strømmen er billig, og sælg strømmen, når priserne er oppe. Dette vil give et andet slid på batteriet end frekvensregulering. Mens frekvensregulering typisk vil være lynhurtige ladninger og afladninger, handler arbitrage om at lade maksimalt, når der er billig strøm, og få solgt i bund, når priserne er oppe.

Det store spørgsmål, som de to amerikanske eksperter stiller – og som batteriejerne også vil stille – er så, om det kan betale sig at gennemføre en battericyklus. Batterierne mister kraft både over tid og for hver cyklus. Batteriets kapacitet, altså mængden af energi, det kan lagre, bliver lavere. Effekten bliver nedsat, og der vil være tab i kraft af en lavere en virkningsgrad. Med mange cykler vil der være behov for at skifte de enkelte celler i batteriet.

Temperatur og ladning har stor betydning

Lithium-ion-batterier mister en del af sin kapacitet over tid, uanset hvor mange cykler, batteriet gennemløber. Vil man have sit batteri til holde, skal man undgå høje temperaturer, og man skal undgå lange periode, hvor batteriet er højt opladet. Uden at sætte specifik tid på, har de to amerikanere udarbejdet en graf, der viser, hvordan batteriet mister kapacitet. Ved 20 grader celsius er kurven forholdsvis flad, uanset om batteriet er opladet til 30, 65 eller 100 pct. Den værste måde, man kan behandle sit batteri på, er ved 60 grader celsius og fuld opladning, så kurven over batteriets kapacitet er stejlt nedadgående.

Batteritemperatur
Kapaciteten på et lithium-ion-batteri falder over tid. Hvor meget batteriet er ladet og temperaturen, er to vigtige parametre. Illustration: EPRI. Se større version

Batteriets cykler er også med til at nedsætte kapaciteten. Her er læren, at man skal have et batteri med betydelig større kapacitet end det, man vil lade og aflade med i hver enkelt cyklus. Et batteri, der op- og aflades til maksimum og minimum, vil miste kapacitet efter langt færre cykler end det batteri, der kører en række cykler med en beskeden op- og afladning. Og bruger man sit batteri hårdt, bliver det kun værre. Bliver der ladet og afladet med en stor del af batteriets kapacitet, kommer der et knæk i kurven, der viser kapaciteten som funktion af antal cykler. Tabet af kapacitet for hver cyklus bliver større efter et vist antal cykler.

Batteri-ladning
Batteriet mister kapacitet. Og det sker hurtigere, hvis man lader og aflader med fuld kapacitet. Efter et vist antal cykler bliver kapacitetstabet endda større. Illustration: EPRI. Se større version

Også hastigheden, man lader med, vil påvirke batteriet, tilføjer Poul Norby.

»Man har den problemstilling ved hurtigladestationer til elbiler. Det slider på batterierne, og hvis man lader over 80 pct., vil det slide hårdt på batteriet,« siger han.

Også muligheder med flowbatterier

Ifølge Poul Norby bør man undlade at lade til hele batteriets kapacitet. De kemiske reaktioner vil ikke være helt stabile, når man er tæt på at lade 100 pct. Ud over slid kan man risikere, at batteriet bliver defekt.

I øjeblikket dækker lithium-ion ifølge artiklen fra Andres Cortes og Ben Kaun 94 pct. af den batterikapacitet, der er tilsluttet elnettet. Men det er langtfra sikkert, at det bliver ved med at se sådan ud.

»Lithium-ion-teknologien har udviklet sig de seneste ti år, men der er andre teknologier, som er spændende. Flere steder ser man på lithium-svovl. På DTU ser vi mulighederne for at bruge store flow-batterier, som, når du snakker grid-scale, kan have fordele. Du vil have nogle kæmpestore tanke, som fylder meget, men det vil blive en batteritype, som egner sig bedre til lagring over længere. Det vil absolut ikke være sæson-lagring, men de flowbatteri-muligheder vil være egnet til lagring i længere tid end lithium-ion,« siger Poul Norby.

Ingen kommentarer endnu.  Start debatten
Debatten
Log ind for at deltage i den videnskabelige debat.