лучший выбор для применения в стационарных батареях?
Мир стационарных батарей не стоит на месте. Какой аккумулятор лучше всего подходит для этого быстро растущего рынка?
Мир быстро меняется. Все больше и больше отраслей промышленности, организаций, регионов и стран нуждаются в постоянной и надежной электроэнергии по требованию. Национальные электросети часто с трудом справляются с пиковыми потребностями в электроэнергии, а в некоторых странах плановые отключения электроэнергии по городам и районам — обычное дело. В промышленно развитых странах с развитой инфраструктурой, безусловно, существует нагрузка на энергоснабжение, и иногда пиковые явления, повреждения или аварии могут привести к длительным периодам отключения электроэнергии. С другой стороны медали, у развивающихся экономик могут возникнуть проблемы с поставками электроэнергии в отдаленные районы, где нет национальной энергосистемы.
Кроме того, существует современное требование хранения энергии от переменных или возобновляемых ресурсов, мощность которых может быть непостоянной и иногда непредсказуемой. Ветряные и солнечные генераторы могут быть как ветряными, так и солнечными. Эти и даже более предсказуемые источники энергии, такие как приливные генераторы, могут также обеспечивать электроэнергией в неудобное время, то есть не в периоды пикового спроса. Существует множество приложений, как связанных с сетью (регулирование частоты, экономия пиковой мощности, арбитраж и т.д.), так и локальных ИБП, резервное питание, экономия затрат и т.д., которые также являются неотъемлемой частью современной коммерции.
Это лишь некоторые из областей применения, в которых необходимы стационарные накопители энергии.
К сожалению, данные не актуальны. Это связано с недостатком свободно доступной информации об этом растущем и все более прибыльном рынке. Самые быстрорастущие сектора, такие как хранение энергии и ИБП для центров обработки данных, являются крупным бизнесом и могут быть коммерческими операциями, управляемыми инвесторами. В связи с этим, предоставление соответствующей информации приносит потенциальную прибыль, поэтому такие компании, как Reuters, действительно считают свою информацию востребованной. По этой причине статистика не будет столь последовательной или непосредственно применимой, как мне хотелось бы. Тем не менее, они будут достаточно точными, чтобы обеспечить понимание текущих тенденций в этом быстрорастущем секторе рынка.
Если мы внимательно изучим сокращенный список, представленный на рис. 1 видно, что для этих приложений существуют совершенно разные требования. Самая большая часть других, как мы можем предположить, это в основном накопители энергии. По данным агентства Reuters, рынок стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов в 2017 году оценивался в 8,3 млрд долларов США и состоял из следующих секторов:
Телеком
ИБП
Коммунальное хозяйство
Аварийное освещение
Системы безопасности
Кабельное телевидение/вещание
Нефть и газ
Возобновляемая энергия
Системы резервного копирования на железной дороге
Другие
Для целей данной статьи можно объединить некоторые из этих рынков из-за сходства их требований к аккумуляторам. В таблице 1 показаны требования этих приложений к установленным батареям.
Некоторые из этих приложений можно разделить еще больше. Начиная с хранения энергии, это, пожалуй, самое быстрорастущее стационарное применение. За последние 20 лет было признано, что хранение энергии, либо непосредственно от сети, как в коммунальном хозяйстве, либо как дополнение к генераторам переменной возобновляемой энергии, имеет целый ряд преимуществ. В таблице 2 ниже приведен достаточно полный перечень различных видов использования накопителей энергии в масштабах энергосистемы.
Что сразу же становится очевидным, так это то, что некоторые из приложений, такие как энергетический арбитраж, имеют значительные коммерческие выгоды и индустрия, основанная на покупке резервов накопленной энергии по низким ценам с последующей перепродажей дистрибьюторам в периоды пикового спроса или когда генераторы энергии испытывают трудности. Способность эффективно использовать возобновляемые источники энергии становится все более важной, а страны и регионы борются за снижение выбросов CO2 в результате растущей индустриализации и потребительского спроса.
Накопители энергии для сетей, а также другие рынки, такие как удаленные телекоммуникационные вышки, являются растущими рынками, где батареи идеально подходят для обеспечения их роста. Из всех доступных технологий аккумуляторных батарей свинцово-кислотные, в особенности конструкции 2 В OPzS и OPzV, могут стать очень экономически эффективным решением для большинства стационарных рынков.
Таблица 1 Применение стационарных батарей и требования к ним
| Приложение | Типовой размер | Максимальная разрядка | Частота разряда | Уровень разряда |
|---|---|---|---|---|
| Хранение энергии | 1-50 МВтч, максимум - 290 | 80% | Ежедневно | 0.2 C10 |
| ИБП | 0,5 - 500 кВтч | 20% | Нечасто / Еженедельно | 0.05 C10 |
| Аварийное/резервное копирование | 0,5 кВтч - 10 МВтч | 80% | Нечасто / Еженедельно | 0.08 C10 |
| Рельсы / Кабель / Безопасность | 0,1 - 5 кВт/ч | 60% | Ежедневно | 0.1 C10 |
| Возобновляемые источники энергии | 0,5кВтч - 5МВтч | 70% | Ежедневно | 0.1 C10 |
| Телеком | 5 кВтч - 50 кВтч | 70% | Ежедневно | 0.1 C10 |
Одна вещь, о которой мы не должны беспокоиться, — это энергетические мощности, которые есть в наших национальных сетях. Нам не хватает способности удовлетворять спрос на электроэнергию в пиковые периоды, а не способности удовлетворять наши общие потребности в энергии. Многие промышленно развитые страны могут вырабатывать больше, чем общая суточная потребность в энергии, но в периоды пикового потребления их генерирующая мощность находится на уровне или близком к нему. В Великобритании, например, максимальный пиковый спрос колеблется около 60 ГВт при возможности поставок около 75 ГВт, но часто этот показатель значительно меньше из-за частых поломок.
Это означает, что в некоторых случаях пиковый спрос может превышать предложение генератора. Это контрастирует с Индией, спрос на электроэнергию которой в марте этого года достиг рекордно высокого уровня в 176,724 гигаватт, несмотря на установленную мощность в 350,162 ГВт. Однако во многих штатах Индии происходят плановые и незапланированные отключения электроэнергии, а пиковые объемы поставок электроэнергии находятся на низком уровне. Это объясняется такими проблемами, как неустойчивое финансовое положение некоторых государственных компаний по распределению электроэнергии, которое не позволяет им закупать необходимое количество электроэнергии.
| Приложение | Описание |
|---|---|
| Энергетический арбитраж | Может накапливать энергию и учитывать ее использование для покупки и перепродажи с прибылью |
| Регулирование частоты | Внезапные провалы частоты из-за большой нагрузки могут быть предотвращены за счет использования мгновенного заряда батареи |
| Укрепление потенциала | Использование накопителей для обеспечения энергией, когда переменная выработка (например, солнечная и ветровая) ниже номинальной мощности генераторов для обеспечения постоянной выработки электроэнергии |
| Качество электроэнергии | Мера уровня возмущений напряжения и/или частоты |
| Черное начало | " Надежное восстановление сети после отключения электричества. Для этого требуется, чтобы генерирующая установка запускалась без внешнего электроснабжения или автоматически продолжала работать на пониженных уровнях при отключении от сети " |
| Пиковая экономия / Управление спросом / Выравнивание нагрузки | ZII мероприятия или программы, предпринятые организацией, обслуживающей нагрузку, или ее клиентами, чтобы повлиять на количество или время потребления электроэнергии. |
| Резервное питание (ядерные генераторы и генераторы на ископаемом топливе) | Обеспечивает питание в случае отключения электроэнергии коммерческих и промышленных объектов. Может также использоваться на электростанциях для обеспечения электроэнергией, если генераторы не справляются или выходят из строя |
| ИБП | Источник бесперебойного питания - это устройство, обеспечивающее резервное питание от батареи при сбое или падении напряжения в электросети до неприемлемого уровня. Может использоваться для бытового или промышленного применения |
Правительство Индии утверждает, что за девять месяцев 19 финансового года рост пикового спроса составил 7,9% по сравнению с 2,8% за соответствующий период 18 финансового года. Он объяснил рост спроса на электроэнергию распространением электрификации домашних хозяйств, увеличением поставок сельскохозяйственным потребителям, низкой выработкой гидроэлектроэнергии и продолжительным летом. Почти 50% мощностей по производству электроэнергии в Индии приходится на гидроэлектростанции. Это означает, что на долю других генераторов приходится около 170 ГВт потенциальной выработки. Учитывая это, склонность к накоплению энергии огромна, поскольку можно получить определенные преимущества от хранения больших запасов энергии вместо увеличения или включения дополнительных генераторов, когда это необходимо.
Помимо обеспечения электроэнергией и предотвращения отключений, накопители энергии могут решить множество проблем, таких как поддержание частоты электросети на нужном уровне благодаря своей способности мгновенно реагировать. Кроме того, существует проблема пикового спроса и использования возобновляемой энергии, которая никогда не производится в удобное время для наших пиковых потребностей. Стоимость установки накопителей энергии, а не генерации, также является благоприятной, особенно если выбран наиболее экономичный вариант батареи. Да, как вы уже догадались, это привычная свинцово-кислотная химия, которая обеспечивает наилучшую универсальную ценность.
Это относится не только к капитальным затратам, но и к стоимости всего срока службы и финансовой отдаче от инвестиций. В накопителях энергии, главной «ахиллесовой пятой» свинцово-кислотных аккумуляторов, низкая плотность энергии не является существенным фактором для их успешной эксплуатации. Поскольку нет движения и много свободного места внутри зданий, а батареи хранятся на бетонных полах, вес и объем не являются действительно важными вопросами.
2V OPzS быстрое время отклика
Основными требованиями ко всем многочисленным аспектам хранения энергии являются быстрое время отклика в несколько секунд, эффективное преобразование энергии и длительный календарный и циклический срок службы. Линейки 2v OPzS и OPzV имеют время отклика в миллисекунды и лучший срок службы по циклам и календарю среди всех различных конструкций LAB.
OPzS против OPzV
OPzV 2v отличается в двух отношениях: он имеет иммобилизованный электролит GEL и клапан сброса давления для удержания кислорода и водорода, образующихся при заряде, внутри ячейки для рекомбинации. Показаны особенности, в частности, трубчатая пластина с шипом для решетки и мультитрубка, удерживающая активный материал, являются ключами к длительному циклу и календарному сроку службы данной конструкции ячейки.
Что такое аккумулятор OPzS?
Из свинцово-кислотных вариантов, 2V OPzS имеет лучшие универсальные характеристики в большинстве стационарных применений, особенно по сроку службы, но имеет недостаток в том, что требует дозаправки и связанного с этим дорогостоящего обслуживания. При расчете выровненной стоимости хранения энергии (LCOES) важно учитывать полные затраты на установку и обслуживание батареи. При определении наилучшего варианта батареи важно понимать реальные затраты, особенно при оценке различных химических составов батареи.
2V OPzS против лития
Например, в случае с литий-ионными батареями часто указывается только стоимость батарейного блока, без учета оборудования для охлаждения, безопасности и пожаротушения. В некоторых случаях в расчет включаются только затраты на элементы, без учета стоимости батарейного блока и системы управления. Уравненная стоимость энергии (LCOE) может быть легко определена из следующей зависимости:
LCOE = сумма всех затрат за срок службы батареи/сумма всех выходов за срок службы батареи.
Затраты в течение срока службы батареи включают в себя расходы на зарядку батареи электричеством. В этом случае для расчета затрат используется соотношение выход/вход, выраженное в процентах.
Производительность в течение всего срока службы критически зависит от срока службы батареи, чем он выше, тем лучше. Это снижает стоимость предоставления электроэнергии в соответствии с приведенной выше зависимостью. Это снова является источником как путаницы, так и ошибок при проведении расчетов для покупки батареи. В случае свинцово-кислотного аккумулятора срок службы критически зависит от глубины разряда (DOD).
Чем ниже DOD, тем выше срок службы батареи (рис. 3). Многие клиенты пытаются минимизировать верхнюю строку, сводя капитальные затраты к минимуму и приобретая батарею наименьшей емкости для выполнения работы. На самом деле, батарея размером всего на 50% больше даст DOD 50% вместо 80% и практически удвоит срок службы. В этой ситуации стоимость системы и установки практически не изменилась, увеличилась только цена аккумуляторных элементов.
Другими словами, вы получаете LCOE почти в два раза ниже минимального капитального варианта при дополнительной стоимости батареи на 50% выше. На этом преимущества не заканчиваются: эффективность заряда теперь составляет от менее 80% до более 90%, что дает дальнейшее снижение LCOE.
Преимущества использования аккумуляторов для бизнеса по хранению энергии вполне очевидны. Вопрос о том, какой аккумулятор выбрать, не так прост. В настоящее время литий-ионные являются доминирующими химическими элементами, используемыми во всем мире в этой растущей области применения. Причины этого не совсем понятны, если не рассматривать маркетинговую тактику. Основная причина, по которой установщики BESS-систем используют литий-ионные аккумуляторы, заключается в том, что их LCOE лучше, чем у PbA, благодаря более высокому ресурсу цикла и более высокой эффективности заряда/разряда.
Возвращаясь к цифрам, которые я только что привел для улучшенной 2В батареи OPzS, можно увидеть, что при удвоенном сроке службы и улучшенной эффективности заряда/разряда, литий-ионные батареи по-прежнему дороже, но не дают лучшего срока службы или эффективности. Развивается практика использования литий-ионных элементов второго срока службы, которые ранее использовались в аккумуляторных батареях EV.
Было показано, что эти клетки могут стать небезопасными из-за внутреннего роста дендритов, создающего короткое замыкание. Проблемы в Южной Корее и США, где загорелись установки BESS с литий-ионными аккумуляторами второго срока службы, а также отсутствие предприятий по переработке отработавших свой срок, указывают на необходимость дальнейшей оценки истинной LCOE для литий-ионных систем. Возможно, индустрии свинцово-кислотных аккумуляторов необходим более эффективный маркетинг.
На традиционные области применения ИБП и резервного питания по-прежнему приходится более 50% мирового рынка стационарных устройств. Как видно из таблицы 1, их соответствующие требования несколько отличаются. На рынке ИБП батареи должны обеспечивать периодические короткие всплески энергии, чтобы оборудование не пострадало от внезапного падения напряжения или отключения. Как правило, это приводит к неглубокому и нечастому разряду аккумуляторных батарей. Батарейные блоки обычно хранятся в корпусах или шкафах на постоянном низковольтном плавающем заряде в течение большей части их календарного срока службы. В данном случае доминирующим требованием является не DOD или срок службы цикла, а календарный срок службы.
При постоянном плавающем заряде календарный срок службы почти полностью зависит от коррозионной стойкости сплавов, используемых в решетке батареи. Другими соображениями являются потеря воды в затопленных системах и использование элементов VRLA OPzV.
В конструкциях OPzV без обслуживания или OPzS с низким уровнем обслуживания 2v срок эффективной службы может составлять более 20 лет при правильном выборе сплава позвоночника и ингредиентов активного материала. В этом отношении линейки 2v OPzS и OPzV, предлагаемые компанией Microtex, являются лидирующими в своем классе продуктами (рис. 4). Разработанные авторитетным немецким ученым в области аккумуляторных батарей и изготовленные из новейших сплавов свинца-кальция-олова с низким газовыделением и коррозионной стойкостью, они предлагают непревзойденный пакет характеристик, надежности и срока службы.
Microtex добивается таких характеристик своих батарей благодаря оптимальному балансу активных материалов для положительных и отрицательных пластин с литыми под высоким давлением решетками положительных спинов из идеально сбалансированного сплава свинца-кальция-олова, который является важнейшим компонентом элемента. Она не только является проводником электрического тока, вырабатываемого активным материалом пластины, но и должна обеспечивать хорошее соединение между АМ и сеткой, чтобы минимизировать внутреннее сопротивление и предотвратить выпадение пасты при цикле работы батареи.
В системах ИБП батарея постоянно находится на низковольтном плавающем заряде, что для положительного аккумулятора означает, что он постоянно окисляется (корродирует). Особый сплав, используемый компанией Microtex для производства шипов, является кульминацией десятилетий исследований и разработок и коммерческого опыта. Он обеспечивает наилучшее сочетание коррозионной стойкости и низкого газообразования среди всех существующих свинцово-кальциевых сплавов. Окончание срока службы ИБП обычно отмечается полным разъеданием положительной сетки. В конструкциях 2v OPzS и OPzV причиной окончательного выхода из строя батареи часто является либо коррозия положительной сетки, либо высыхание батареи из-за потери воды в результате выделения газа.
Другими основными стационарными приложениями являются резервное/аварийное питание, телекоммуникации, возобновляемые источники энергии и сигнализация. Я сгруппировал эти приложения вместе, поскольку они в основном относятся к приложениям глубокого разряда и имеют схожие требования к батареям. Опять же, хороший срок службы, устойчивость к глубокому разряду и низкий уровень обслуживания являются ключевыми параметрами при выборе батареи.
Возобновляемые источники энергии и телекоммуникации имеют общую схему работы, поскольку они регулярно (в большинстве случаев ежедневно) разряжаются и заряжаются. Глубина разряда зависит от того, насколько долго аккумулятор должен прослужить по сравнению с капитальными затратами. Чем ниже DOD, тем выше первоначальная стоимость. Операторам приходится решать, какой аккумулятор использовать, исходя не только из технических, но и из финансовых соображений. Влияние на LCOE было рассмотрено для ситуации с BESS и в равной степени справедливо для телекоммуникационной отрасли и возобновляемой энергетики.
Применение возобновляемых источников энергии позволяет использовать преимущества хранения энергии, которая часто вырабатывается прерывисто и в неудобное время. Это относится как к приложениям за счетчиком, так и к приложениям перед счетчиком на бытовом, местном и национальном уровнях. Аккумуляторные батареи позволяют собирать энергию, например, от ветряных турбин, которая может быть непредсказуемой и непригодной для использования, поскольку она не требуется в момент возникновения, и высвобождать ее, когда это необходимо, например, в периоды пикового спроса. Опять же, это справедливо как для бытовых, так и для сетевых установок.
Солнечная энергия — еще один пример, который, хотя и является предсказуемым, часто вырабатывается в условиях низкого спроса. В этих примерах цикл ввода/вывода энергии (заряд/разряд) обычно происходит ежедневно. В этом отношении она очень похожа на телекоммуникационную отрасль — как полностью электрические, так и гибридные дизельные системы. Во всех этих случаях батареи обычно ежедневно разряжаются и заряжаются, как правило, от 60% до 80% DOD.
Для большинства стационарных приложений наиболее эффективным универсальным решением для хранения энергии с точки зрения стоимости, времени отклика, доставки энергии и возможности накопления энергии является аккумулятор (рис. 5).
Рисунок 5 сравнение различных технологий хранения энергии
Большинство операций бытового и коммерческого масштаба будут расположены в районах или условиях, где любые другие формы хранения энергии, такие как гидроаккумулятор, сжатый воздух, маховики и т.д., не подходят. Как обсуждалось ранее, конструкция трубчатой пластины и сплавы, используемые для положительной решетки в Microtex 2v OPzS и OPzV, обеспечивают максимально возможный срок службы при минимальном уровне газообразования (потери воды). Это делает данную конструкцию наиболее подходящим и экономически эффективным вариантом для большинства подобных применений. Например, хорошо известно использование трубчатых пластинчатых элементов и моноблочных батарей для солнечных электростанций.
Для сверхдолгого срока службы и возможности глубокого разряда наиболее подходящим является выбор 2V OPzS. Однако это связано с дополнительными расходами на обслуживание. В некоторых случаях, особенно в удаленных системах, долить воду не представляется возможным. Для таких случаев существует серия OPzV от Microtex со всеми характеристиками, присущими серии 2v OPzS, но с гелевым электролитом и герметичным VRLA.
Верно говорят, что резервное питание — это растущий и все более важный рынок будущего. По этой причине имеет смысл воспользоваться услугами наиболее опытной и передовой компании по производству свинцово-кислотных аккумуляторов. Многие компании могут заявить об этом, но лишь немногие из них обладают опытом и послужным списком компании Microtex, чтобы действительно выполнить свою работу.
Для получения спецификации батарей Microtex opzs свяжитесь с нами и укажите необходимую вам емкость батареи Ah.
