中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：循環(huán)壽命是儲(chǔ)能電池的核心性能指標(biāo)，壽命延長(zhǎng)意味著儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期成本隨之降低。
近年來，儲(chǔ)能電池的壽命競(jìng)爭(zhēng)變得尤為激烈，儲(chǔ)能電池廠商紛紛將儲(chǔ)能電池的循環(huán)壽命提高到10000次、12000次甚至是15000次，承諾產(chǎn)品壽命可以達(dá)到20年甚至25年。
根據(jù)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，光伏電站的設(shè)計(jì)使用壽命是25年，而我國(guó)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的光伏電站組件實(shí)際使用壽命已經(jīng)達(dá)到40年。很大程度上，客戶對(duì)于儲(chǔ)能產(chǎn)品壽命的要求受到光伏產(chǎn)品影響，希望能夠?qū)崿F(xiàn)“光儲(chǔ)同壽”，從而實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益。
然而，這些前期宣傳的產(chǎn)品循環(huán)壽命并未經(jīng)過權(quán)威的檢驗(yàn)，實(shí)際壽命到底有多少、企業(yè)的壽命能否保障產(chǎn)品全生命周期售后，成為投資方對(duì)產(chǎn)品的主要顧慮。
此前，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱直指當(dāng)前儲(chǔ)能產(chǎn)品循環(huán)壽命遠(yuǎn)不及預(yù)期的嚴(yán)峻問題?！翱蛻艉偷谌礁緹o法對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，且缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，目前都只是靠口頭承諾?！?
吳凱表示，據(jù)國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，前期投運(yùn)的功率型儲(chǔ)能，宣稱壽命達(dá)10年，但實(shí)際不足3年就已大面積退役；投運(yùn)的能量型儲(chǔ)能，承諾壽命20年，目前運(yùn)行僅有3-5年，且年循環(huán)次數(shù)大部分不到設(shè)計(jì)值的一半，并且運(yùn)行期間，常會(huì)出現(xiàn)各種問題。
那么，影響儲(chǔ)能產(chǎn)品循環(huán)壽命的核心因素是什么？將儲(chǔ)能系統(tǒng)拆分來看，目前電池的循環(huán)壽命能否達(dá)到設(shè)計(jì)值？其他零部件能否匹配電池的壽命？
萬次循環(huán)成儲(chǔ)能電芯標(biāo)配
2023年以來，各大儲(chǔ)能電池廠商爭(zhēng)先發(fā)布300Ah+、超萬次循環(huán)的大容量?jī)?chǔ)能電芯產(chǎn)品。然而，實(shí)際壽命能否達(dá)到設(shè)計(jì)值，仍值得打上問號(hào)。
瑞浦蘭鈞儲(chǔ)能市場(chǎng)總經(jīng)理易輝瓊指出，從電芯層級(jí)上來講，國(guó)內(nèi)客戶對(duì)壽命的要求主要是10年以上，而海外客戶要求是15年甚至20年，但產(chǎn)品真正的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并沒有那么長(zhǎng)時(shí)間。
“瑞浦蘭鈞已成立6年多，最早一款儲(chǔ)能產(chǎn)品從成立之初測(cè)到現(xiàn)在，已經(jīng)超過8千次循環(huán)。目前來看，10年肯定是沒問題的，15年可能問題也不是特別大，但到15年、20年，我覺得這還需要大量測(cè)試?！币纵x瓊?cè)缡钦f。
此外，易輝瓊表示，現(xiàn)在市面上各種300Ah+的電芯產(chǎn)品，普遍是通過增加（極片）面密度和壓實(shí)密度來增加體積能量。但面密度的增加和循環(huán)壽命是相互約束的，提高面密度的同時(shí)能否保持或者更加有效提高電池的循環(huán)壽命，是一個(gè)更高的技術(shù)難度。
國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能電池主要以磷酸鐵鋰技術(shù)路線為主。研究表明，磷酸鐵鋰電池壽命衰減的主要因素為陽極副反應(yīng)導(dǎo)致的活性鋰消耗。因此，補(bǔ)充活性鋰是解決這一問題的有效手段，目前補(bǔ)充活性鋰的途徑主要分為負(fù)極補(bǔ)鋰和正極極補(bǔ)鋰兩大類。
對(duì)于儲(chǔ)能電池循環(huán)次數(shù)能否過萬，欣旺達(dá)能源科技總裁李章溢指出了補(bǔ)鋰技術(shù)的重要性，“如果電池不加補(bǔ)鋰技術(shù)，1萬次循環(huán)應(yīng)該是上限了，如果加一些補(bǔ)鋰技術(shù)可以達(dá)到1萬以上?！?
天合儲(chǔ)能總裁孫偉認(rèn)為，循環(huán)次數(shù)萬次以上已經(jīng)成為儲(chǔ)能電芯的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。他表示，基本上20年以上的壽命是可以保證的，天合儲(chǔ)能的量產(chǎn)產(chǎn)品做到1.2萬次循環(huán)，實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來看，首年可以做到零衰減。
孫偉表示，現(xiàn)在天合儲(chǔ)能的實(shí)驗(yàn)室里已在開發(fā)循環(huán)壽命1.5萬次的產(chǎn)品，將力爭(zhēng)從設(shè)計(jì)、到制造、測(cè)試，保證產(chǎn)品達(dá)到1.5萬循環(huán)以上，達(dá)到光儲(chǔ)同壽。
儲(chǔ)能產(chǎn)品未來能否保證得到良好的售后服務(wù)，是海外客戶考量的重點(diǎn)。孫偉直言，預(yù)計(jì)五年后儲(chǔ)能產(chǎn)品的成本還會(huì)再降50%，在不損害利潤(rùn)的情況下，也可以保證業(yè)主20年以上的售后。
值得注意的是，影響電池循環(huán)壽命的因素頗多。金拓鋰電高級(jí)工程師黃品玨指出，電池在充放電的過程中可能出現(xiàn)多種狀況，例如充放電的過程中的溫升、應(yīng)力變形導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)破壞、電解液溶劑/電解質(zhì)分解，還有內(nèi)阻增加和析鋰等，都可能導(dǎo)致電池失效等問題。
黃品玨強(qiáng)調(diào)，溫度是影響儲(chǔ)能產(chǎn)品壽命的最關(guān)鍵因素?！爱?dāng)電池內(nèi)部溫度提升15度時(shí)，系統(tǒng)的壽命會(huì)減少一半以上?！?
他解釋道，通常情況下，循環(huán)次數(shù)是以核定溫度25±2度的條件測(cè)試，但鋰電池在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，單體電池的溫度差異過大會(huì)造成內(nèi)阻、容量等不一致進(jìn)一步增大，導(dǎo)致單體電池加速分化，縮短電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命，甚至造成安全隱患。
此外，BMS也在延長(zhǎng)電芯使用壽命、提高電池安全性和均衡性上發(fā)揮了重要作用。
溫控、PCS壽命難與電池匹配
顯然，儲(chǔ)能電池的循環(huán)壽命超過1萬次，業(yè)內(nèi)普遍較為樂觀。換言之，若按照每天1.5次充放電計(jì)算，1萬次循環(huán)約為18年壽命，若按每日1次充放電計(jì)算，可以超過25年。
然而，業(yè)內(nèi)面臨的現(xiàn)實(shí)情況是，即便儲(chǔ)能電池的循環(huán)壽命可以達(dá)到20年以上，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)也難以達(dá)到20年壽命。
據(jù)中車株洲所綜合能源事業(yè)部?jī)?chǔ)能產(chǎn)品開發(fā)部主任許東陽所言，由于電芯的本體差異，以及后端的非專業(yè)化集成，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的壽命會(huì)大打折扣。比如，電芯目前宣稱是有1萬次甚至是1.6萬次循環(huán)，但是后端集成后，電芯循環(huán)次數(shù)會(huì)打折約30%。
中天儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)理蔡肖雄也指出，儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命基本上已經(jīng)拓展到了20年，但是很多部件其實(shí)是不匹配的。
在蔡肖雄看來，儲(chǔ)能系統(tǒng)的20年壽命，需要后續(xù)很多維護(hù)、維修、更換、保養(yǎng)的過程，但大家比較忽略這一方面，太過在意初期投資的成本，而忽略了維修保養(yǎng)的費(fèi)用。
比如液冷系統(tǒng)里面的冷卻液、過濾棉等，都是影響整體壽命的部件，蔡肖雄認(rèn)為，目前影響整體使用壽命的主要是溫度管控系統(tǒng)，還需要提升使用壽命，以匹配整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)。
目前，液冷系統(tǒng)逐漸代替風(fēng)冷成為儲(chǔ)能溫控的主流方案，能夠?qū)㈦姵貕勖嵘s20%，但冷卻液通常在使用3—5年后需要更換，期間需要定期檢查冷卻液狀態(tài)，不過，目前液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)的投入使用尚未超過2年。
同飛股份高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理高帥稱，常規(guī)的乙二醇溶液存在快速酸化的問題，普通防凍液壽命可達(dá)24個(gè)月，同飛股份長(zhǎng)效防凍液壽命可達(dá)5年。但無論是2年還是5年壽命，都未徹底解決換液的問題，許多大儲(chǔ)場(chǎng)站并不具備大量換液的條件，回收也要耗費(fèi)大量人力物力。
據(jù)了解，同飛股份正在研發(fā)無需更換的防凍液產(chǎn)品，通過吸附將液體恢復(fù)到接近中性的狀態(tài)，使防凍液可以持續(xù)使用，這款產(chǎn)品已完成了前期試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在今年正式推出。
值得關(guān)注的是，去掉冷卻系統(tǒng)的高溫電池，也是一個(gè)重要的創(chuàng)新方向。
寧德時(shí)代吳凱博士強(qiáng)調(diào)，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命，耐高溫電芯技術(shù)非常重要。寧德時(shí)代今年發(fā)布了耐高溫的機(jī)型，能夠在超過35度的條件下依然保持了良好的衰減特性，有效提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)高溫環(huán)境的自適應(yīng)，而且，無需冷卻系統(tǒng)也能節(jié)約不少成本。
除了溫控系統(tǒng)，PCS也存在“快消品”。華自科技新型儲(chǔ)能事業(yè)部營(yíng)銷總經(jīng)理黃紫表示，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)壽命上，華自科技PCS的設(shè)計(jì)壽命是25年，但有一些關(guān)鍵的元器件，比如IGBT，屬于易損件，需要后期運(yùn)維。
IGBT是儲(chǔ)能PCS的核心部件，1MW以上PCS通常大量使用IGBT，甚至可以說，IGBT的性能決定了PCS的性能。那么，如何讓IGBT不再成為“快消品”，成為儲(chǔ)能PCS的重要升級(jí)方向。
對(duì)此，多家主流廠商開始推出液冷PCS產(chǎn)品。據(jù)了解，禾邁股份新推出的新一代液冷儲(chǔ)能PCS，通過液冷方式，可以實(shí)現(xiàn)不同IGBT之間的溫度小于2度，將大大提升IGBT的壽命和可靠性。
可見，儲(chǔ)能系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)壽命尚且無法與電池匹配，在更加復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，使用壽命大打折扣的窘境也就不足為奇。儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命之謎，至今仍籠罩在廣大業(yè)主的頭上。
