Microtex 2V OPzS 电池
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固定电池应用的最佳选择?

固定电池的世界并没有停滞不前。 对于这个快速扩张的市场来说,最好的电池选择是什么?

世界正在迅速变化。 越来越多的行业、组织、地区和国家需要稳定可靠的按需供电。 国家电网往往难以满足峰值电力需求,在一些国家,按城市或地区计划停电是司空见惯的。 在基础设施成熟的工业化国家,供应肯定存在压力,有时高峰事件、损坏或事故会导致停电时间延长。 另一方面,发展中经济体在没有国家电网供电的偏远地区供电方面可能存在问题。

然后是从可变或可再生资源存储能量的现代要求,这些资源的功率输出可能是间歇性的,有时是不可预测的。 风力发电机和太阳能发电机都可以。 这些以及甚至更可预测的能源(例如潮汐发电机)也可以在不方便的时间提供电力,即不在高峰需求时段提供电力。 有许多与电网相关的应用(频率控制、调峰、套利等)和本地UPS 、备用电源、节约成本等,它们也是现代商业的重要组成部分。
这些只是需要固定储能设施的应用中的一小部分。

不幸的是,数据不是最新的。 这是由于缺乏有关这个不断增长且利润更高的市场的免费信息。 增长最快的行业是用于数据中心应用的能源存储和 UPS,是大企业,可以是投资者驱动的商业运营。 正因为如此,提供相关信息有潜在的利润,所以像路透社这样的公司确实发现他们的信息是有需求的。 出于这个原因,统计数据不会像我希望的那样连贯或直接适用。 然而,他们将充分了解这一高增长市场领域的当前趋势。

如果我们仔细检查图 1 中提供的缩写列表, 1 可以看出,对于这些应用程序有非常不同的要求。 我们可以假设的最大部分主要是能量存储。 据路透社报道,2017 年铅酸蓄电池固定市场价值 83 亿美元,包括以下行业:
电信
UPS
公用事业
应急照明
安全系统
有线电视/广播
石油和天然气
再生能源
铁路备用系统
其他
就本文而言,由于电池要求的相似性,很少有人可以将其中一些市场结合起来。 表 1 显示了这些应用对已安装电池的要求。

其中一些应用程序可以进一步细分。 从储能开始,这可能是增长最快的固定应用。 在过去的 20 年中,人们已经认识到,无论是在公用事业规模运营中直接来自电网的能量存储,还是作为可变可再生能源发电机的补充,都具有一系列的好处。 下面的表 2 给出了电网规模储能的不同用途的合理综合列表。

2v OPzS 固定电池 Fig1
图1 固定式电池市场
无花果。 图 2 显示了 Microtex 2v OPzS 的显着特征
无花果。 图 2 显示了 Microtex 2v OPzS 的显着特征

显而易见的是,能源套利等一些应用程序具有显着的商业利益,并且该行业的基础是以低价购买储存的能源储备,然后在需求高峰时间或能源生产商陷入困境时转售给分销商。 有效利用可再生能源的能力变得越来越重要,各国和地区都在努力通过不断增长的工业化和消费者需求来降低二氧化碳排放。

电网规模的储能以及远程电信塔等其他市场是新兴市场,在这些市场中,电池是实现增长的理想场所。 在所有可用的电池存储技术中,铅酸,尤其是 2v OPzS 和 OPzV 设计,可以为大多数固定市场提供极具成本效益的解决方案。

表 1 固定式电池应用及其要求

应用 典型尺寸 最大放电 放电频率 放电率
储能 1-50 MWh,最大 - 290 80% 日常 0.2 C10
UPS 0.5 - 500 千瓦时 20% 不经常/每周 0.05 C10
紧急/备用 0.5 千瓦时 - 10 兆瓦时 80% 不经常/每周 0.08 C10
铁路/电缆/安全 0.1 - 5kWh 60% 日常 0.1 C10
可再生能源 0.5kWh - 5MWh 70% 日常 0.1 C10
电信 5 千瓦时 - 50 千瓦时 70% 日常 0.1 C10

我们不应该担心的一件事是我们国家电网的能源容量。 我们缺乏的是满足高峰期电力需求的能力,而不是满足我们总能源需求的能力。 许多工业化国家的发电量可以超过每日能源需求总量,但处于或接近其高峰消费时期的发电量。 例如,在英国,最大峰值需求徘徊在 60 吉瓦左右,供应能力约为 75 吉瓦,但由于频繁故障,通常会明显减少。

这意味着有时高峰需求可能超过发电机供应。 这与印度形成鲜明对比,尽管装机容量为 350.162 吉瓦,但印度的电力需求在今年 3 月创下 176.724 吉瓦的历史新高。 然而,印度的许多州确实经历了计划内和计划外的停电,并且峰值电力供应一直很低。 部分国有配电公司财务状况不佳,无法获得所需电量,对此进行了解释。

应用 描述
能源套利 可以储存能量并计量其用于购买和转售的利润
频率调节 通过使用瞬时电池电量可以防止由于重负载导致的频率突然下降
容量紧实 当可变发电(即太阳能和风能)输出低于发电机的额定值以提供恒定功率输出时,使用存储提供能量来填充
电能质量 电压和/或频率干扰水平的测量
黑开始 “ 停电后电网的可靠恢复。这需要发电机组在没有外部电源的情况下启动,或者在与电网断开连接时自动保持在降低的水平下运行“
调峰/需求侧管理/负载均衡 负载服务实体或其客户为影响他们使用的电量或时间而进行的 ZII 活动或计划
备用电源(核能和化石燃料发电机) 在商业和工业设施发生电源故障时提供电源。 如果发电机无法应付或发生故障,也可以由发电厂用来提供电力
UPS 不间断电源是一种在电源出现故障或下降到不可接受的电压水平时提供备用电池的设备。 可用于家庭或工业应用

印度政府声称,在 2019 财年的九个月中,高峰需求增长了 7.9%,而 2018 财年同期为 2.8%。 它将电力需求的增加归因于家庭电气化的普及、农业消费者的供应增加、水力发电量低和夏季延长。 印度近 50% 的发电能力来自水力发电厂。 这意味着其他发电机的潜在产量约为 170GW。 考虑到这一点,能量存储的倾向是巨大的,拥有更多的能量储备而不是在需要时增加或打开额外的发电机肯定会带来好处。

除了供电和避免停电外,储能还可以解决许多问题,例如将供电频率保持在适当的水平,因为它具有即时响应能力。 然后是峰值需求问题和可再生能源的利用,这些能源永远不会在我们的峰值需求方便的时间生产。 安装能量存储而不是发电的成本也很优惠,特别是如果选择了最具成本效益的电池选项。 是的,正如您可能已经猜到的那样,正是熟悉的铅酸化学提供了最佳的全方位价值。

这不仅适用于资本成本,而且适用于生命周期成本和投资的财务回报。 在作为铅酸主要致命弱点的储能中,其低能量密度并不是其成功运行的重要因素。 由于建筑物内没有移动和足够的可用空间,并且电池存放在混凝土地板上,因此重量和体积并不是真正重要的问题。

2V OPzS 快速响应时间

能量存储的所有方面的主要要求是几秒钟的快速响应时间、高效的能量转换以及长日历和循环寿命。 2v OPzS 和 OPzV 系列具有毫秒级的响应时间以及所有不同 LAB 设计的最佳周期和日历寿命。

OPzS 与 OPzV

2v OPzV 在两个方面有所不同:它有一个固定的 GEL 电解质和一个泄压阀,以保持充电时产生的氧和氢在电池内部进行重组。 显示的特征,特别是带有用于网格的脊椎和多管固定在活性材料中的管状板,是这种电池设计的长循环和日历寿命的关键。

什么是OPzS电池?

在铅酸选项中,2V OPzS 在大多数固定应用中具有更好的全面性能,尤其是在循环寿命方面,但其缺点是需要补充维护以及相关成本。 在计算储能平准化成本 (LCOES) 时,包括电池安装和维护的全部成本非常重要。 在确定最佳电池选项时,了解实际成本非常重要,尤其是在评估不同的电池化学成分时。

2V OPzS 与锂

以锂离子电池为例,报价通常是电池组成本,而忽略了冷却、安全和防火设备。 在某些情况下,计算中仅包括电池成本,甚至不包括电池组和管理系统。 平准化能源成本 (LCOE) 可以通过以下关系轻松确定:

  • LCOE = 电池寿命内所有成本的总和/电池寿命内所有输出的总和。

电池寿命期间的成本包括为电池充电。 在这种情况下,以百分比表示的输出/输入用于计算成本。
整个生命周期的输出严重依赖于电池的循环寿命,越高越好。 根据以上给出的关系,这降低了提供电力的成本。 在计算电池购买量时,这又是一个混乱和错误的根源。 对于铅酸,电池的寿命在很大程度上取决于其放电深度 (DOD)。

DOD 越低,电池循环寿命越高(图 3)。 许多客户将通过将资本成本保持在最低水平并购买容量最小的电池来完成这项工作,从而尽量减少收入。 事实上,电池仅增大 50% 的 DOD 为 50% 而不是 80%,并且实际上会使循环寿命加倍。 在这种情况下,系统和安装成本几乎没有变化,只是电池单元的价格增加了。

换句话说,您获得的 LCOE 几乎是最低资本成本的一半,但电池成本增加了 50%。 好处不止于此:充电效率现在从不到 80% 提高到远远超过 90%,进一步降低了您的 LCOE。

将电池用于储能业务的好处非常明显。 哪种电池的问题不那么简单。 目前,锂离子电池是全球在这一不断增长的应用中使用的主要化学物质。 除非考虑营销策略,否则其原因并不完全清楚。 使用锂离子电池的 BESS 系统安装人员给出的主要原因是,由于更高的循环寿命和卓越的充电/放电效率,它具有比 PbA 更好的 LCOE。

回到我刚刚为增强型 2v OPzS 电池给出的数字,您可以看到循环寿命加倍并提高充电/放电效率,锂离子电池仍然更昂贵,但并没有提供更好的寿命或效率. 有一种做法是开发使用以前用于 EV 电池组的二次寿命锂离子电池。

图 3 放电深度 (DoD) 与循环寿命
图 3 放电深度 (DoD) 与循环寿命
图 4 Microtex 2v OPzS 和 2v OPzV 2v 电池
图 4 Microtex 2v OPzS 和 2v OPzV 2v 电池

已经表明,由于内部枝晶生长造成短路,这些电池可能变得不安全。 韩国和美国的二次生命锂离子 BESS 装置着火的问题,以及生命周期结束回收设施的缺乏,都表明需要进一步评估锂离子系统的真实 LCOE。 也许铅酸电池行业需要一些更好的营销方式。

UPS 和备用电源的传统应用仍占全球固定市场的 50% 以上。 从表1可以看出,它们各自的要求有所不同。 对于 UPS 市场,电池必须偶尔提供短时间的供电,以确保设备不受突然断电或断电的影响。 通常,这会导致电池组放电较浅且不频繁。 在其日历寿命的大部分时间里,电池组通常保存在外壳或机柜中,以恒定的低压浮充充电。 在这种情况下,主要要求不是 DOD 或循环寿命,而是日历寿命。

在持续浮充电时,日历寿命几乎完全取决于电池板栅中使用的合金的耐腐蚀性。 其他考虑因素是淹没系统中的失水和 VRLA OPzV 电池的使用。
在免维护 OPzV 或低维护 2v OPzS 设计中,使用正确的脊柱合金和正确的活性材料成分,有效设计寿命可以超过 20 年。 在这方面,Microtex 提供的 2v OPzS 和 OPzV 系列是同类产品中的领先产品(图 4)。 它们由受人尊敬的德国电池科学家设计,采用最新的低放气和耐腐蚀铅钙锡合金制造,提供无与伦比的性能、可靠性和使用寿命。

Microtex 通过使用由完美平衡的铅-钙-锡合金制成的高压压铸正极脊栅为正极板和负极板提供最佳活性材料平衡来实现其电池的这些特性,铅钙锡合金是电池的关键组成部分。 它不仅是极板活性物质产生的电流的导体,而且还必须确保AM和栅极之间有良好的结合,以最大限度地减少内阻并防止随着电池循环而脱落.

在 UPS 应用中,电池处于恒定的低电压浮充状态,对于正极意味着它不断被氧化(腐蚀)。 Microtex 用于制造刺的特定合金是数十年研发和商业经验的结晶。 它提供了任何可用铅钙合金的最佳耐腐蚀性和低放气特性。 UPS 应用的使用寿命结束通常以正极电网完全腐蚀为标志。 在 2v OPzS 和 OPzV 设计中,通常是正极栅极腐蚀和/或电池因气体逸出失水而变干,这是最终电池故障的原因。

其他主要的固定应用是备用/应急电源、电信、可再生能源和信号。 我将这些应用归为一组,因为它们主要是深度放电应用并且具有相似的电池要求。 同样,良好的循环寿命、耐深度放电和低维护是电池选择的关键参数。

可再生能源和电信有一个共同的运行模式,因为它们经常(在大多数情况下每天)放电和充电。 放电深度取决于与资本支出相比,电池需要持续多长时间。 DOD 越低,初始成本越高。 运营商必须根据财务和技术原因来决定使用哪种电池。 已经针对 BESS 情况讨论了对 LCOE 的影响,这对于电信和可再生能源行业同样适用。

可再生能源应用利用了储存能量的优势,这些能量通常是在不方便的时间间歇性产生的。 在国内、地方和国家层面的仪表背后和仪表前应用都是如此。 电池存储可以从风力涡轮机装置中收集能量,这可能是不可预测和无法使用的,因为它们在起源时不需要,需要时才能释放,例如在高峰需求时期。 同样,这对于家庭和电网规模的安装来说都是如此。

太阳能是另一个例子,虽然可以预测,但通常在需求很少时会产生。 在这些示例中,能量输入/能量输出(充电/放电)循环通常每天都在发生。 在这方面,它与电信行业非常相似,包括全电动和混合柴油系统。 在所有这些情况下,电池通常每天放电和充电,通常在 60% 到 80% DOD 之间。
对于大多数固定应用,在成本、响应时间、电力传输和储能能力方面最有效的全方位储能解决方案是电池(图 5)。

图5 不同储能技术对比

2V OPzS

大多数家庭和商业规模的运营将位于不适合任何其他形式的能量存储(例如抽水蓄能器、压缩空气、飞轮等)的地区或环境中。 如前所述,Microtex 2v OPzS 和 OPzV 中用于正极栅极的管状板的结构和合金可提供尽可能高的循环寿命,同时将放气率(失水)降到最低。 这使得这种设计成为大多数这些应用中最合适和最具成本效益的选择。 例如,管状板电池和单体电池用于太阳能装置的使用已经很成熟。

对于超长循环寿命和深度放电能力,选择 2V OPzS 是最合适的。 但是,它带有额外的维护费用标签。 在某些情况下,尤其是在远程应用中,不能选择加水。 在这些情况下,Microtex 的 OPzV 系列具有 2v OPzS 系列中的所有功能,但具有凝胶电解质和密封 VRLA 操作。

可以说待机电源是一个不断增长且日益重要的未来市场。 出于这个原因,使用最有经验和最先进的铅酸电池公司是非常有意义的。 许多公司会做出这样的声明,但很少有 Microtex 拥有真正交付的经验和业绩记录。

如需 Microtex opzs 电池数据表,请联系我们并提供您需要的电池 Ah 容量。

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