Vai ir vērts maksāt vairāk par litija akumulatoru baterijām?

02. janvāris 2019

Iekrāvēji

Forklift

Materiālu pārkraušanas nozarē svarīgākās panākumu atslēgas ir produktivitāte un efektivitāte. Diennaktī ir ierobežots skaits stundu, tādēļ uzņēmums iegūst konkurences priekšrocības ikreiz, kad atrod veidu, kā padarīt vairāk īsākā laikā. Šajā rakstā stāstām par iekrāvēju litija jonu akumulatoriem, kuros izmantojas litija-dzelzs-fosfāta katodi (Li-ion LiFePO4), priekšrocībām un trūkumiem.

Li-ion vilcējakumulatoru (vilces akumulatoru) izmantošana iekrāvējos ir samērā jauns risinājums, tas pastāvīgi attīstās ieviešot jaunas korekcijas lietošanas pieredzē. Dati ir apkopoti uz 2019. gada janvāri un var mainīties, tehnoloģijai attīstoties (papildināts 15.01.2021)

Kalpošanas laiks

Litija akumulatoru bateriju ražotāji par vienu no tehnoloģijas priekšrocībām uzskata daudz ilgāku kalpošanas laiku, kas varētu būt līdz trīs četras reizes lielāks nekā svina-skābes akumulatoriem, tas ir, aptuveni 15 gadu. Šos datus vajadzētu uztvert piesardzīgi, jo litija akumulatoru izmantošana iekrāvēju sfērā ir sākusies salīdzinoši nesen un pagaidām nav uzkrāti ticami statistiskie dati reālos iekrāvēju lietošanas apstākļos. Pašlaik darbībā atrodas pirmie litija akumulatori, kas vēl nav nokalpojuši savu darbmūžu. Baterijas ilgmūžību ietekmē temperatūras diapazons, uzlādes kvalitāte, dažādi bojājumi sistēmā, kā arī lietošanas kultūra. Ticamus statistikas datus varētu gaidīt ap 2025. gadu, kad pirmās baterijas būs savu laiku nokalpojušas. Svarīgi zināt, ka litija akumulatoru baterijas darbmūžs ir atkarīgs nevis no uzlādes-izlādes ciklu skaita, bet gan sāk samazināties tās izgatavošanas laikā.

Izmantošana ar līdzšinējiem iekrāvējiem

Salīdzinot ar svina-skābes akumulatoriem, litija jonu akumulatoriem ir lielāks enerģijas daudzums, skaitot uz vienu 1 m³, t. i., ar vienādu ietilpību tie aizņem mazāk vietas, tāpēc tos bez problēmām var izvietot jebkura iekrāvēja baterijas telpā. Sarežģījumi var rasties ar pretsvara elektroiekrāvējiem, kas tiek būvēti tā, lai akumulatoru baterija kalpo arī par pretsvaru, tāpēc, lai litija akumulatorus varētu izmantot līdzšinējos iekrāvējos, tie ir jāpadara smagāki. Parasti tas tiek panākts, vienkārši papildus pievienojot papildus svaru. Piemēram, metāla blokus. Protams, tas viss tiek nokomplektēts rūpnīcā, lai tā būtu viena monolīta kaste. Pretsvara iekrāvējiem, kurus jau sākotnēji ražo izmantošanai ar litija akumulatoriem ir nedaudz cits līdzsvarojums, ņemot vērā mazāku akumulatoru masu. Noliktavu tehnikai (palešu ratiņi, līdzstaigājamie pacēlāji, komplektētāji) ir mazāka vajadzība pēc pretsvara, tāpēc tās uzbūve un pārveidošana ir vienkāršāka, līdz ar to vēsturiski tieši noliktavu tehnikai pirmajai tika uzstādīti litija jonu akumulatori.

Forklift

Ieguvumi no litija akumulatoru izmantošanas (salīdzinot ar svina-skābes vilces akumulatoriem)

Ātra uzlāde jebkurā laikā
Litija jonu akumulatoru baterijas var visas dienas gaitā ik pa laikam uzlādēt 15 vai 30 minūtes vai pilnīgi uzlādēt nepārtrauktas vienas vai divu stundu sesijas laikā. Salīdziniet to ar svina-skābes akumulatoru bateriju 6-8-12 stundu ilgo uzlādēšanu.
Mazāks elektroenerģijas patēriņš
Litija jonu akumulatoru lietderības koeficents ir ap 95%. Svina-skābes vilces akumulatoriem – 75-80%
Ilgāks kalpošanas laiks
Litija jonu akumulatora kalpošanas laiks ir 2–4 reizes ilgāks, kas ir no 3500 līdz 4000 cikliem (*1)
Mazāk dīkstāvju
Litija jonu akumulatoru baterijas nav jāmaina, kad tās ir izlādējušās, un tās var uzlādēt operatoru darba pārtraukumos. Iekrāvēja cena samazinās, jo nav vajadzīgas bateriju maiņas iekārtas.
Zemākas darbaspēka izmaksas
Autokrāvēja litija jonu akumulatoru baterijām nav nepieciešama apkope vai ūdens uzpilde.
Lielāka produktivitāte
Litija jonu akumulatoru baterijas jauda nesamazinās izlādes gaitā un ļauj darboties ar tādu pašu produktivitāti kā tieši pēc uzlādes.
Mazāks piesārņojums
Litija jonu akumulatori neizdala kaitīgas gāzes, nerada skābes noplūdes risku un samazina utilizācijas izmaksas, jo tie tiek mainīti retāk.
Vairāk brīvas vietas
Platību, ko izmantojāt par akumulatoru uzlādes telpu, var lietderīgi izmantot noliktavas vajadzībām.

Trūkumi un riski

Lielāka konstrukcijas sarežģītība
Litija jonu akumulatoru baterijām ir speciāls vadības bloks, kas kontrolē to darbību un aizsargā tās. Konstrukcijas papildu sarežģītība nozīmē vairāk potenciālu problēmu, lielāku kļūdu varbūtību un lielāku risku sabojāt bateriju.
Ierobežotas pārstrādes iespējas
Pašlaik litija akumulatorus var pārstrādāt tikai ārpus Latvijas — tas rada papildu izmaksas darbmūža beigās. Savukārt svina-skābes akumulatoru pārstrāde notiek uz vietas ar iespēju daļēji atgūt akumulatorā ieguldītos līdzekļus. Iespējams, nākotnē situācija uzlabosies un pakalpojums būs tikpat pieejams kā klasiskajām svina-skābes akumulatoru baterijām.
Lielākas sākotnējās investīcijas
Lai gan litija akumulatoru cenas turpina samazināties, tās joprojām ir piecas sešas reizes augstākas nekā klasiskajiem svina-skābes akumulatoriem ar līdzīgu ietilpību. Piemēram, jauna, kvalitatīva 48V 625 Ah (30 kWh) svina-skābes akumulatoru baterija kopā ar uzlādes iekārtu 1,5–2,0 t elektroiekrāvējam maksā aptuveni 3500–4000 EUR bez PVN. Litija baterijas cena kopā ar uzlādes iekārtu ir aptuveni 18000–20000 EUR.
Palielināts ugunsgrēka risks
Neskatoties uz pastiprinātiem bateriju korpusiem un kvalitatīviem vadības blokiem, joprojām pastāv litija akumulatora aizdegšanās risks mehānisku bojājumu, bojājumu kontroles iekārtā vai iekšēju īssavienojumu dēļ. Jāņem vērā, ka ar litija akumulatoriem nedarbojas tradicionālās dzēšanas metodes — litijs bīstami reaģē ar ūdeni, dzēšana ar ūdeni tikai pastiprinās degšanu. Tāpat nebūs efektīvi arī ogļskābās gāzes ugunsdzēšamie aparāti — litija degšanai nav vajadzīgs skābeklis. Litija akumulatoru dzēšanā var palīdzēt D klases ugunsdzēšamie aparāti, bet lielu bateriju dzēšanā tie maz palīdzēs. Drīzāk litija akumulatoram būtu jāļauj izdegt, ar BC vai D klases ugunsdzēšamajiem aparātiem tikai noslēdzot tālāku uguns izplatīšanos uz iekrāvēju vai apkārtējiem priekšmetiem.

Lielāka cena par akumulatora resursu
Cena par 1 resursa kWh vel ir salīdzinoši lielāka par svina-skābes baterijām. Bet turpinoties litija jonu akumulatoru cenu kritumam tas drīzumā var sasniegt pieņemamus rādītājus. Intensīvā darba vidē jau tagad litija jonu akumulatori ir izdevīgāki, pateicoties mazākām apkalpošanas izmaksām un samazinātai dīkstāvei dēļ ātrākas uzlādes.
Tabulā apkopoti dati attiecībā uz akumulatoru resursu. Piemēram tika paņemta akumulatoru baterija 48V 625Ah (30 kWh)

	Svina-skābes akumulators	Litija-jonu akumulators (LiFePo4)
Energoefektivitāte	80%-85%	95%-97%
Ciklu skaits (*1)	1200-1500	3500-4000
Cena, EUR	3500-4000	18000-20000
Cena/resurss, EUR/kWh	0.09-0.14	0.15-0.20
Izmaiņas	-34%	+52%

Aprēķinā netika ņemts vērā:

Dabiskais akumulatora tilpuma zudums laika gaitā
Apkalpošanas un ūdens uzpildes izmaksas
Uzlādes telpas izmaksas
Elektroenerģijas cena, mērīts tikai akumulatora resurss

Pašlaik no litija akumulatoru bateriju izmantošanas visvairāk iegūst nozares, kurās iekrāvēji darbojas vairākās maiņās, piemēram, pārtikas pārstrādes uzņēmumi, loģistikas centri un citi uzņēmumi ar 24/7 darba režīmu. Šajās nozarēs iekrāvēja litija jonu akumulatori nodrošina papildu iespējas, samazinot darbaspēka izmaksas un uzlabojot produktivitāti. Ar šādu aktīvu darbību litija jonu akumulatoru baterija atmaksājas dažu gadu laikā. Mazāk noslogotās vietās šīs tehnoloģijas priekšrocības neatspēko tās cenu. Iespējams, turpmākā attīstība var veicināt cenu kritumu un lielāku pieejamību, kas var pārvērst litija akumulatorus iekrāvējiem par masveida preci.

Piezīmes:

*1 Ciklu skaits pie 80% izlādes dziļuma (Depth of Discharge, jeb DoD). DoD is pretējs mērijums uzlādes līmenim (State of Charge, SoC). Piemēram, ja izlādes līmenis (DoD) ir 80%, tad uzlādes līmenis ir 100 – 80% = 20%.

*2 Cenas norādītas EUR bez PVN