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    PI Berlin:“用于光伏的电池没有完善的制造质量

    发布时间:2020-09-05 01:04编辑:来源:机械点击:1297

      业内常会讨论与电池储能的安装和部署有关的标准、指导意见和最佳实践,这无可厚非。但人们较少关注的是电池设备本身的出厂前评估。

      在太阳能行业,柏林光伏研究所(PI Berlin)以提供质量保证和独立评估服务而知名。现在,PI Berlin也开始关注锂离子电池。随着光伏领域客户需求的不断增长,研究所看到了发展机遇。PI Berlin已评估了来自约125家不同制造商的90GW组件。

      研究所新推出的锂电池评估服务的前提是,当涉及电池储能设备时,对制造工艺、工艺质量与设计质量的评估和对使用的化学成分及电池本身的技术评估是同样重要的。

      PI Berlin储能专家Benjamin Sternkopf、PI Berlin北美区执行总监Ian Gregory与Energy-Storage.news的Andy Colthorpe讨论了在评估电池制造商时,PI Berlin团队的不同着眼之处。为什么一梯队制造商(Tier 1)不一定优于二梯队(Tier 2)制造商;此外还有为什么有时候,"储能并不单单只是储能。”

      我们总是会听说,在“太阳不晒、风不吹"的时候,人们需要储能,但实际上,储能业务可能会比这更复杂一些。储能业务面向的是电池可以在市场上提供的服务。那么据您所见,目前电池在可再生能源行业的主要应用是什么?

      Benjamin Sternkopf:如果从技术角度来看,你说的没错。储能,尤其是锂离子储能,不一定主要用于典型的能源转移应用,比如可再生能源或每日储能。

      从技术经济的角度来看,如果以功率为基础进行比较,锂离子电池是最有竞争力的:你可以去研究一下,为了提供某些快速响应服务,在一定时期内储备1MW或10MW有功功率的成本是多少。

      这是锂离子电池真正的优势所在。无论是在发电侧还是在负荷侧,这种双向运行、反应速度和准确度都是其他技术无法比拟的。所以我常说:"储能并不单单只是储能!"

      目前,市场正在向着那些所谓的以能源为基础的应用在转变,储能被用作一个储存能量的水库,通常可以维持四个小时。尽管如此,正如我们在美国和其他市场所看到的那样,最有吸引力的应用存在于在这些以电力为基础的市场中。

      通常,这些应用是在一些混合购电协议(PPA)中与光伏电站一起招标的。招标要求规定需在一定时间内供电,例如晚上的高峰时段。实际上,这只有在使用电池储能系统时才可行。

      从技术角度看,基于电力的应用是最有吸引力的,但基于能源的应用也越来越具有可行性,因为招标不仅包括有电时的发电量要求,还包括高峰时段的送电要求。

      2018年,电池制造商三星SDI公司参展美国太阳能和储能大型展会上。客户对光伏领域的兴趣和需求不断增长,这令PI Berlin自然而然从另一个方向朝锂离子电池发展。

      那么PI Berlin的电池评估服务的契合度如何?你们要评估哪些内容,能提供什么样的保证?

      Ian Gregory:这项服务对我们来说是顺理成章的,需求源自于我们现有的广大客户。

      我们了解质量的重要性,我们把它分为两方面:一方面是进入设备的材料的质量,这通常是通过测试来验证的。测试是指在实验室或其他设施中进行的压力测试。

      还有就是制造过程中的质量。优质的材料和优质的制造,这两方面缺一不可。如果其中任何一个环节出现问题,产品就可能不可靠、不安全,无法达到你预期的性能。

      锂离子制造商的数量正在激增,成本更低的电池被推向市场,这时,问题就自然而然出现了:我们能信任这些电池吗,它们可以长期运行么,会是安全的吗?这不仅仅是从电池设计的角度,也是从制造质量角度的考量。

      我们正在排查和寻找一些与制造工艺或原材料质量直接相关的内容,它们很可能会对电池的性能和可靠性产生影响。

      在这个层面上的工作正变的非常重要。从字面上看,就是一步一步完成电池组装、研究风险。和光伏组件一样,光伏应用中使用的电池确实没有一个可以让客户信赖的、过硬的制造质量标准。这也是我们制定这类协议的一个关键因素,我们评估得出的质量评级可以帮助客户将一种电池与另一种电池进行比较。

      您会对哪些错误做法保持警惕,反之,构成良好实践的内容有哪些?

      Ian Gregory:在光伏组件方面,我们了解到的是,Tier 1、Tier 2甚至Tier 3分类都不存在与质量的良好关联度。Tier系统最初是一种按规模的大、中、小区分亚洲制造商的方法。然而,随着时间的推移,它成了质量的代名词。我们在组件方面的工作非常清楚地表明,这绝不是一个有保障的关联。

      Tier 2厂商可以生产质量极为出色的组件,而Tier 1厂商的组件质量也会很差。一家制造商的规模更大,人们认为它更有实力,但这并不意味着它会生产对等质量的产品。

      Benjamin Sternkopf:一般来说,电池与光伏组件或逆变器有惊人的相似之处。然而,在生产过程中,更需要对电池本身进行研究。

      光伏组件内部工作原理的可见度更高。电池片极少会暴露在外。对于光伏组件来说,只需用肉眼就能看到一些明显的缺陷,而封闭式电池的原始缺陷真的很难发现。所以,在制造过程中研究质量问题是很有意义的。

      Ian Gregory:我们在监查时特别关注两个因素:一是为了节约成本,制造商会有意跳过一些流程或质保管控环节;二是它们可能会由于不小心而这样做了。

      关于电池制造中需要关注的具体工艺,必须要提到干燥工艺。这对锂离子电池来说真的至关重要,因为电池内部保留的水分和湿度都会加速衰减。

      你要确保湿度和水分的去除率达到要求。你希望尽可能降低湿度,但这样做的成本效益不高。所以,要找到合适的平衡点。是否已经在湿气和潮气可能进入的生产环节采取了足够的措施,还是说这只是一条捷径?

      '储能并不单单只是储能!'。许多电网电池并非直接用于储存太阳能。在将可再生能源整合到更广泛的电力系统领域,它们发挥着重要作用,如英国的10MW Balckburn Meadows系统(如图所示)在频率响应辅助服务市场中发挥的作用。

      显然,这与太阳能行业存在密切的联系,当然,这与电动汽车的共生关系或许更为紧密。从一个行业到另一个行业是否存在陷阱,或者说,从一个行业转到另一个行业是不是一个稳健的策略?例如,全球最多产的电动汽车电池制造商之一,CATL现在正在生产专用于固定储能的电池片和电池组。

      Benjamin Sternkopf:从历史上看,为固定式储能应用提供的大部分电池与汽车生产中使用的电池类型是相同的。这具有特定的优势和劣势。

      优势在于,无论是从研究的角度,比如说,在使用寿命方面的相同改进措施,还是从质保的角度,固定式储能行业都从与汽车应用的协同效应中获益良多。劣势在于,优化电池并非是为我们的应用优化的。

      汽车供应商关注的是能量密度,因为你希望车辆能拥有长续航里程,但对于固定式应用来说,能量密度确实不是一个决定性因素,所以电池优化存在着不平衡的情况。

      没有完美的电池,但有的电池是为了实现特定性能优化的。部分优化性能包括成本、能量密度、功率密度和寿期,每个电池设计都是这些特性的折中。你不可能造出或买到在所有特性上都很出色的电池。

      供应商正在转向用于固定式应用的特定电池型号,部分弥补了这种面向汽车应用的电池优化。例如,现在我们可以获得在很窄的温度范围内优化的电池片,这可以很容易的满足固定式应用的要求。

      我们可以得到能量密度不高的低成本电池,这为我们提供了节约固定式储能成本的潜力。然而,缺点在于,我们无法从汽车行业此前的质量管理实践中获益,没有大型汽车制造商会为我们去工厂做监查,我们必须亲力亲为。

      在我们获得的优势中,最主要的就是成本的降低。由于现在的质量保证工作完全留给了固定储能行业,所以我们也要付出一些努力,这是必须要注意的问题。

      在采访的开头,我们提到了电池在电网中的应用多样性。现在,电网储能行业的一些大公司都在宣传电池的大量不同应用案例。你是否能评估一下特定应用的电池,与这些应用保持同步是一项挑战吗?

      Ian Gregory:你可以做很多事情来验证电池在特定情况中的性能,测试是一个重要环节。

      我们不是一个测试电池的大实验室,但在制造层面,我们做的是一个完整的评估,包括了从进厂原材料到成品的完整流程。对于进厂原材料,我们专注的是电池中重要的化学成分的质量、均匀性和纯度;对于成品,我们关注的是整个电池的测试。这可能会带来一系列风险。

      这为我们提供了一个独立于特定项目最终使用的电池的质量基准。当客户向我们提出电池的特定用途时,我们可以审查审计结果并评估相关风险。

      我们会做一个通用性的评估,然后与客户一起确定他们的使用实例。这些实例本身可能会随着时间而改变。

      有的客户在三年前安装了电池,认为这些电池会用于某些用途,但后来发现这些电池被另作他用。这种情况确实是存在的。




      太阳能电池