DKSESS 100 кВт АВТОНОМНАЯ/ГИБРИДНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ «ВСЕ В ОДНОМ»

Сравнение аккумуляторов в системе хранения энергии
Аккумуляторные батареи – это химические накопители энергии. В зависимости от типа аккумулятора их можно разделить на свинцово-кислотные, литиевые, никель-водородные, жидкостные (ванадиевые), натрий-серные, свинцово-угольные и т. д.

1. Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотные аккумуляторы бывают коллоидными и жидкостными (так называемые обычные свинцово-кислотные аккумуляторы). Эти два типа аккумуляторов используются в зависимости от региона. Коллоидный аккумулятор обладает высокой морозостойкостью, его эффективность работы значительно выше, чем у жидкостного аккумулятора при температуре ниже 15 °C, а его теплоизоляционные свойства превосходны.

Коллоидный свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой усовершенствованный вариант обычного свинцово-кислотного аккумулятора с жидким электролитом. Коллоидный электролит заменяет сернокислотный электролит, что превосходит обычные аккумуляторы по безопасности, емкости, разрядным характеристикам и сроку службы. В коллоидном свинцово-кислотном аккумуляторе используется гелевый электролит, что исключает наличие свободной жидкости. При том же объеме электролит обладает большой емкостью, высокой теплоемкостью и высокой теплоотдачей, что позволяет избежать теплового разгона, характерного для обычных аккумуляторов. Коррозия электродных пластин слабая благодаря низкой концентрации электролита. Концентрация электролита равномерная, без расслоения.

Обычный свинцово-кислотный аккумулятор – это тип аккумулятора, электрод которого в основном состоит из свинца и его оксида, а электролит – из раствора серной кислоты. В разряженном состоянии основным компонентом положительного электрода свинцово-кислотного аккумулятора является диоксид свинца, а отрицательного – свинец. В состоянии зарядки основными компонентами положительного и отрицательного электродов является сульфат свинца. Номинальное напряжение одноэлементного свинцово-кислотного аккумулятора составляет 2,0 В, его можно разрядить до 1,5 В и зарядить до 2,4 В. На практике часто используют шесть последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторов, образуя аккумулятор номинальным напряжением 12 В, а также 24 В, 36 В, 48 В и т. д.

К его основным преимуществам можно отнести: надежную герметизацию, систему выпуска воздуха, простоту обслуживания, длительный срок службы, стабильное качество, высокую надежность и отсутствие необходимости в обслуживании; к недостаткам можно отнести большое загрязнение свинцом и низкую плотность энергии (то есть слишком большой вес).

2. Литиевая батарея
Литиевый аккумулятор — это тип аккумулятора, в котором катодом служит металлический литий или литиевый сплав, а электролитом служит неводный раствор. Он подразделяется на две категории: литий-металлические и литий-ионные.

В литий-металлических аккумуляторах в качестве катодного материала обычно используется диоксид марганца, металлический литий или его сплав, а также неводный электролит. В литий-ионных аккумуляторах в качестве катодного материала обычно используются оксиды литиевых сплавов, графит и неводный электролит. Литий-ионные аккумуляторы не содержат металлического лития и могут перезаряжаться. Литиевый аккумулятор, используемый для хранения энергии, — это литий-ионный аккумулятор, называемый просто «литиевым аккумулятором».

Литиевые батареи, используемые в системах накопления энергии, в основном включают: литий-железо-фосфатные батареи, тройные литиевые батареи и литий-марганцевые батареи. Отдельные батареи обладают высоким напряжением, широким диапазоном рабочих температур, высокой удельной энергией и эффективностью, а также низким саморазрядом. Безопасность и срок службы могут быть увеличены за счет использования цепей защиты и выравнивания заряда. Таким образом, учитывая преимущества и недостатки различных батарей, литиевые батареи стали предпочтительным выбором для электростанций накопления энергии благодаря своей относительно развитой производственной цепочке, безопасности, надежности и экологичности.

Его основными преимуществами являются: длительный срок службы, высокая плотность накопленной энергии, небольшой вес и высокая адаптивность; недостатками — низкая безопасность, высокая взрывоопасность, высокая стоимость и ограниченные условия использования.

Литий-железо-фосфат
Литий-железо-фосфатный аккумулятор – это литий-ионный аккумулятор, в котором в качестве катодного материала используется фосфат лития-железа. В качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов в основном используются кобальт лития, манганат лития, оксид лития-никеля, тройные материалы, фосфат лития-железа и т. д. В большинстве литий-ионных аккумуляторов катодным материалом является кобальт лития.

Литий-железо-фосфатный материал для литиевых аккумуляторов появился лишь в последние годы. В 2005 году в Китае был разработан литий-железо-фосфатный аккумулятор большой ёмкости. Его показатели безопасности и долговечность несравнимы с другими материалами. Срок службы при цикле зарядки и разрядки током 1С достигает 2000 циклов. Напряжение перезаряда одного аккумулятора составляет 30 В, что исключает его возгорание и прокол, что исключает взрыв. Литий-ионные аккумуляторы большой ёмкости, изготовленные из катодных материалов на основе литий-железо-фосфатного материала, легче подключать последовательно, что позволяет часто заряжать и разряжать электромобили.

Литий-железо-фосфатный материал нетоксичен, не загрязняет окружающую среду, безопасен, является широкодоступным сырьем, дешев, долговечен и обладает другими преимуществами. Он является идеальным катодным материалом для литий-ионных аккумуляторов нового поколения. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы также имеют свои недостатки. Например, плотность набивки катодного материала из литий-железо-фосфатного материала мала, а объём литий-железо-фосфатного аккумулятора при равной ёмкости больше, чем у литий-ионных аккумуляторов, таких как кобальт-литий, поэтому он не имеет преимуществ в микроаккумуляторах.

Из-за особенностей свойств литий-железо-фосфата его низкотемпературные характеристики уступают другим катодным материалам, таким как манганат лития. В целом, для отдельного элемента (обратите внимание, что речь идёт об отдельном элементе, а не о аккумуляторной батарее) измеренные низкотемпературные характеристики аккумуляторной батареи могут быть несколько выше.

Это связано с условиями теплоотвода): сохранение ёмкости составляет около 60–70% при 0 ℃, 40–55% при -10 ℃ и 20–40% при -20 ℃. Столь низкие температурные характеристики, очевидно, не отвечают требованиям, предъявляемым к источникам питания. В настоящее время некоторые производители улучшили низкотемпературные характеристики литий-железо-фосфатных аккумуляторов, усовершенствовав систему электролита, состав положительного электрода, улучшив характеристики материала и усовершенствовав конструкцию ячейки.

Тройная литиевая батарея
Тройной литий-полимерный аккумулятор относится к литиевым аккумуляторам, катодным материалом которых является литий-никелево-кобальт-манганатный (Li (NiCoMn) O2). Тройной композитный катодный материал изготавливается из солей никеля, кобальта и марганца в качестве сырья. Соотношение никеля, кобальта и марганца в тройном литий-полимерном аккумуляторе может регулироваться в соответствии с фактическими потребностями. Аккумулятор с тройным катодным материалом обладает более высокой безопасностью по сравнению с литий-кобальтовым аккумулятором, но его напряжение слишком низкое.

Его основные преимущества: высокая цикличность; недостаток — ограниченность применения. Однако из-за ужесточения внутренней политики в отношении тернарно-литиевых аккумуляторов разработка тернарно-литиевых аккумуляторов, как правило, замедляется.

Литий-марганцевая батарея
Батарея манганата лития является одним из наиболее перспективных литий-ионных катодных материалов. По сравнению с традиционными катодными материалами, такими как кобалатом лития, манганат лития обладает такими преимуществами, как богатые ресурсы, низкая стоимость, отсутствие загрязнения, высокая безопасность, хорошие характеристики умножения и т. д. Это идеальный катодный материал для мощных батарей. Однако его плохие циклические характеристики и электрохимическая стабильность значительно ограничивают его индустриализацию. Манганат лития в основном включает шпинель манганата лития и слоистый манганат лития. Шпинель манганата лития имеет стабильную структуру и легко реализуется в промышленном производстве. Сегодняшние рыночные продукты все имеют эту структуру. Шпинель манганата лития относится к кубической кристаллической системе, пространственной группе Fd3m, и теоретическая удельная емкость составляет 148 мАч/г. Благодаря трехмерной туннельной структуре ионы лития могут быть обратимо внедрены из решетки шпинели, не вызывая разрушения структуры, поэтому он обладает отличными характеристиками увеличения и стабильностью.

3. Никель-металлгидридный аккумулятор
NiMH-аккумуляторы – это аккумуляторы с высокой производительностью. Положительным активным веществом никель-водородных аккумуляторов является Ni(OH)₂ (электрод NiO), отрицательным – металлгидрид, также называемый сплавом для хранения водорода (электрод для хранения водорода), а электролитом – раствор гидроксида калия с концентрацией 6 моль/л.

Никель-металлгидридные аккумуляторы подразделяются на высоковольтные никель-металлгидридные аккумуляторы и низковольтные никель-металлгидридные аккумуляторы.

Никель-металлгидридная батарея низкого напряжения имеет следующие характеристики: (1) Напряжение батареи составляет 1,2~1,3 В, что эквивалентно никель-кадмиевой батарее; (2) Высокая плотность энергии, более чем в 1,5 раза выше, чем у никель-кадмиевой батареи; (3) Быстрая зарядка и разрядка, хорошие низкотемпературные характеристики; (4) Герметичность, высокая устойчивость к перезарядке и разрядке; (5) Отсутствие образования дендритных кристаллов, что может предотвратить короткое замыкание в батарее; (6) Безопасна и надежна, не загрязняет окружающую среду, не имеет эффекта памяти и т. д.

Высоковольтный никель-водородный аккумулятор обладает следующими характеристиками: (1) Высокая надежность. Он хорошо защищает от перезаряда и перезаряда, выдерживает высокие токи разряда и не образует дендритов. Обладает хорошими удельными свойствами. Удельная ёмкость составляет 60 А·ч/кг, что в 5 раз больше, чем у никель-кадмиевого аккумулятора. (2) Длительный срок службы, до нескольких тысяч циклов. (3) Полностью герметичен, требует меньшего обслуживания. (4) Отличные низкотемпературные характеристики, ёмкость не меняется существенно при -10 ℃.

Основными преимуществами NiMH-аккумуляторов являются: высокая плотность энергии, быстрая зарядка и разрядка, малый вес, длительный срок службы, отсутствие загрязнения окружающей среды; недостатками являются небольшой эффект памяти, больше проблем с управлением и легкое расплавление сепаратора отдельной батареи.

4. Проточная ячейка
Жидкостно-проточный аккумулятор — это новый тип аккумуляторов. Жидкостно-проточный аккумулятор — это высокопроизводительный аккумулятор, в котором положительный и отрицательный электролиты разделяются и циркулируют отдельно. Он обладает высокой ёмкостью, широкой областью применения (в том числе в окружающей среде) и длительным сроком службы. В настоящее время это новый вид энергетического продукта.

Жидкостно-проточная батарея обычно используется в системе аккумулирования энергии электростанции, которая состоит из блока батареи, раствора электролита, блока хранения и подачи раствора электролита, блока управления и контроля и т. д. Ядро состоит из батареи (батарея состоит из десятков ячеек для окислительно-восстановительной реакции) и одной ячейки для последовательной зарядки и разрядки в соответствии с определенными требованиями, а ее структура аналогична структуре батареи топливных элементов.

Проточные ванадиевые аккумуляторы – это новый тип накопителей энергии. Они могут использоваться не только в качестве вспомогательного накопителя энергии для солнечной и ветровой энергетики, но и для сглаживания пиковых нагрузок в электросети, повышая её стабильность и обеспечивая её безопасность. Их основные преимущества: гибкая компоновка, длительный срок службы, быстрое время отклика и отсутствие вредных выбросов. Недостатком является значительный разброс плотности энергии.

5. Натрий-серная батарея
Натрий-серный аккумулятор состоит из положительного и отрицательного полюсов, электролита, диафрагмы и оболочки. В отличие от обычных вторичных аккумуляторов (свинцово-кислотных, никель-кадмиевых и т. д.), натрий-серный аккумулятор состоит из расплавленного электрода и твердого электролита. Активным веществом отрицательного полюса является расплавленный металлический натрий, а активным веществом положительного полюса – жидкая сера и расплавленный полисульфид натрия. Вторичный аккумулятор с металлическим натрием в качестве отрицательного электрода, серой в качестве положительного электрода и керамической трубкой в ​​качестве сепаратора электролита. При определенной рабочей температуре ионы натрия могут обратимо реагировать с серой через электролитную мембрану, высвобождая и накапливая энергию.

Будучи новым типом химического источника тока, этот тип аккумуляторов получил значительное развитие с момента своего появления. Натрий-серные аккумуляторы отличаются компактными размерами, большой ёмкостью, длительным сроком службы и высокой эффективностью. Они широко используются для накопления электроэнергии, например, для сглаживания пиков нагрузки и покрытия пиковых нагрузок, аварийного электроснабжения и ветроэнергетики.

Его основные преимущества заключаются в следующем: 1) Он обладает более высокой удельной энергией (т.е. эффективной электрической энергией на единицу массы или объёма аккумулятора). Его теоретическая удельная энергия составляет 760 Вт⋅ч/кг, что фактически превышает 150 Вт⋅ч/кг, что в 3-4 раза больше, чем у свинцово-кислотного аккумулятора. 2) При этом он может разряжаться большим током и высокой мощностью. Плотность разрядного тока обычно достигает 200-300 мА/см², что позволяет мгновенно высвобождать в 3 раза больше собственной энергии; 3) Высокая эффективность заряда и разряда.

У натрий-серного аккумулятора есть и недостатки. Его рабочая температура составляет 300-350 °C, поэтому во время работы аккумулятор необходимо подогревать и поддерживать в тепле. Однако эта проблема может быть эффективно решена с помощью высокоэффективной технологии вакуумной теплоизоляции.

6. Свинцово-угольный аккумулятор
Свинцово-углеродный аккумулятор — это разновидность емкостного свинцово-кислотного аккумулятора, технология которого является дальнейшим развитием традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов. Добавление активированного угля к отрицательному полюсу аккумулятора позволяет значительно продлить срок его службы.

Свинцово-углеродный аккумулятор – это новый тип супераккумулятора, сочетающий в себе свинцово-кислотный аккумулятор и суперконденсатор: он не только реализует преимущества мгновенной зарядки большой емкости суперконденсатора, но и обладает преимуществом удельной энергии свинцово-кислотного аккумулятора, а также обладает очень хорошими зарядно-разрядными характеристиками – его можно полностью зарядить за 90 минут (при такой зарядке и разрядке свинцово-кислотный аккумулятор прослужит менее 30 циклов). Кроме того, благодаря добавлению углерода (графена) предотвращается сульфатация отрицательного электрода, что снижает вероятность выхода аккумулятора из строя и продлевает срок его службы.

Свинцово-углеродная батарея представляет собой смесь асимметричного суперконденсатора и свинцово-кислотной батареи в форме внутреннего параллельного соединения. Как новый тип супербатареи, свинцово-углеродная батарея представляет собой комбинацию технологий свинцово-кислотной батареи и суперконденсатора. Это батарея для хранения энергии с двойной функцией, обладающая как емкостными характеристиками, так и характеристиками аккумулятора. Поэтому она не только в полной мере использует преимущества мгновенной зарядки суперконденсатора с большой емкостью, но и в полной мере использует энергетические преимущества свинцово-кислотных батарей, которые можно полностью зарядить за час. Она обладает хорошими характеристиками зарядки и разрядки. Благодаря использованию свинцово-углеродной технологии производительность свинцово-углеродной батареи намного превосходит производительность традиционной свинцово-кислотной батареи, которая может использоваться в новых энергетических транспортных средствах, таких как гибридные электромобили, электровелосипеды и других областях; Она также может использоваться в области новых накопителей энергии, таких как ветроэнергетика и накопление энергии.