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2v OPzS 固定電池 -
固定應用的最佳選擇?
固定電池的世界並沒有靜止不動。 對於這個快速擴張的市場來說,最好的電池選擇是什麼?
世界正在迅速變化。 越來越多的行業、組織、地區和國家需要持續可靠的電力需求。 國家電網經常難以滿足電力高峰需求,在一些國家,按城市或地區進行計劃停電是司空見慣的。 在基礎設施成熟的工業化國家,供應肯定受到壓力,有時高峰期、損壞或事故可能導致長時間的停電。 另一方面,發展中經濟體在偏遠地區的供電方面可能遇到問題,因為那裡沒有國家電網來供電。
然後是從可變或可再生資源存儲能源的現代要求,這些資源的功率輸出可能是間歇性的,有時是不可預知的。 風能和太陽能發電機可以兩者並大。 這些甚至更可預測的能源,如潮汐發生器,也可以在不方便的時候,即不是在高峰時期提供電力。 有許多與電網相關的應用(頻率控制、峰值剃鬚、套利等)和本地UPS、備用電源、節約成本等,這些應用也是現代商務的重要組成部分。
這些只是需要固定儲能設施的少數應用。
不幸的是,數據不是最新的。 這是因為缺乏關於這個日益增長和利潤更高的市場的自由資訊。 增長最快的部門是用於數據中心應用的能源存儲和 UPS,是大企業,可以由投資者推動商業運營。 因此,提供相關信息有潛在的利潤,因此像路透社這樣的公司確實發現他們的資訊是供不應求的。 因此,統計數位不會像我想的那麼連貫或直接適用。 然而,它們將足以瞭解這個高增長市場部門目前的趨勢。
如果我們仔細查看圖中提供的縮寫清單。 1 可以看到,這些應用的要求非常不同。 我們可以假設的最大部分主要是儲能。 據路透社報導,鉛酸電池固定市場在2017年價值83億美元,包括以下幾個行業:
電信。
Ups。
實用。
應急照明。
安全系統。
有線電視/廣播。
石油和天然氣。
再生能源。
鐵路備用系統。
別人。
就本文而言,由於電池需求相似,很少有人可以結合這些市場。 表 1 顯示了這些應用對已安裝電池的需求。
其中一些應用程式可以進一步細分。 從儲能開始,這可能是增長最快的固定應用。 在過去20年中,人們認識到,能源儲存,無論是直接從電網到公用事業規模業務,還是作為可變可再生能源發電機的新增,都有一系列的好處。 下面的表2列出了電網規模儲能的不同用途。
顯而易見的是,能源套利等一些應用具有顯著的商業利益,而該行業基於以低價購買存儲能源儲備,然後在需求高峰期或能源發電機難以為時轉售給分銷商的行業。 有效利用可再生能源的能力正變得越來越重要,各國和各區域在提高工業化和消費者需求方面努力降低二氧化碳排放量。
電網規模的儲能和其他市場(如遠端電信塔)是新興的市場,電池是實現增長的理想之選。 在所有可用的電池存儲技術中,鉛酸,特別是 2v OPzS 和 OPzV 設計,可以為大多數固定市場提供非常經濟高效的解決方案。
| Application | Typical Size | Max Discharge | Discharge Frequency | Rate of Discharge |
|---|---|---|---|---|
| Energy Storage | 1-50 MWh, Max - 290 | 80% | Daily | 0.2 C10 |
| UPS | 0.5 - 500 kWh | 20% | Infrequent / Weekly | 0.05 C10 |
| Emergency / Backup | 0.5 kWh - 10MWh | 80% | Infrequent / Weekly | 0.08 C10 |
| Rail / Cable / Security | 0.1 - 5kWh | 60% | Daily | 0.1 C10 |
| Renewables | 0.5kWh - 5MWh | 70% | Daily | 0.1 C10 |
| Telecom | 5 kWh - 50 kWh | 70% | Daily | 0.1 C10 |
表1固定電池應用及其要求。
有一件事我們不應擔心,就是我們國家電網中的能量容量。 我們缺乏的是滿足高峰期電力需求的能力,而不是滿足我們總能源需求的能力。 許多工業化國家的發電能力可以超過每日總能源需求,但在消費高峰期,它們處於或接近其發電能力。 例如,在英國,峰值需求在 60 GW 左右徘徊,供應能力約為 75 GW,但由於頻繁故障,其供應能力通常明顯減少。
這意味著有時高峰需求可能超過發電機供應。 這與印度的用電需求今年3月達到176.724千兆瓦的歷史新高形成鮮明對比,儘管印度的裝機容量為350.162千瓦。 然而,印度許多邦確實經歷過計劃內停電和計劃外的停電,電力供應高峰也很低。 這一點被提及,例如一些國有配電公司財政不穩定,無法獲得所需的電力量。
| Application | Description |
|---|---|
| Energy Arbitrage | Can store energy and meter its use for purchase and resale at a profit |
| Frequency Regulation | Sudden dips in frequency due to heavy loads can be prevented by use of instantaneous battery power |
| Capacity Firming | Use of storage to provide energy to fill in when variable generation (i.e. solar and wind) output is below the generators's rating to provide constant power output |
| Power Quality | A measure of the level of voltage and / or frequency disturbances |
| Black Start | " The reliable restoration of the grid following a blackout. This requires a generating unit to start without an outside electrical supply, or to automatically remain operating at reduced levels when disconnected from the grid " |
| Peak shaving / Demand-side management / Load levelling | ZII activities or programs undertaken by Load - Serving Entity or its customers to influence the amount or timing of electricity they use |
| Backup power (Nuclear and fossil fuel generators) | Provides power in the event of a power failure for commercial and industrial facilities. Can also be used by electricity power plants to provide electricity if the generators cannot cope or fail |
| UPS | Uninterruptible Power Supply is a device that provides battery backup when the electrical power fails or drops to an unacceptable voltage level. Can be used for domestic or industrial applications |
印度政府聲稱,在2019財年的9個月中,需求峰值增長7.9%,而2018財年的上期為2.8%。 它把電力需求的增加歸因於家庭電氣化的擴大、對農業消費者的供應增加、水力發電量低和夏季延長。 印度近50%的發電能力來自水力發電站。 這意味著其他發電機占大約 170GW 的潛在輸出。 有鑒於此,儲能的傾向是巨大的,擁有更大的能源儲備,而不是增加或打開額外的發電機,有明確的好處。
除了電力供應和避免停電外,儲能還可以解決許多問題,如由於即時回應能力,使供電頻率保持在正確的水準。 然後是高峰需求問題以及可再生能源的利用,這些能源和可再生能源從未在方便的時候生產,以滿足我們的高峰需求。 安裝儲能而不是發電的成本也比較有利,尤其是在選擇了最具成本效益的電池選項的情況下。 是的,正如你可能已經猜到的,這是熟悉的鉛酸化學,提供了最好的全方位價值。
這不僅在資本成本上是正確的,而且對於終身成本和財務投資回報也是如此。 在鉛酸的主要致命弱點儲能中,鉛酸的低能量密度並不是其成功運行的重要因素。 由於建築物內沒有運動和充足的空間,電池存放在混凝土地板上,重量和體積並不是真正重要的問題。
儲能的很多方面的主要要求是幾秒鐘的快速響應時間、高效的能量轉換以及長日曆和循環壽命。 2v OPzS 和 OPzV 系列的回應時間為毫秒,是所有不同 LAB 設計的最佳週期和日曆壽命。
2v OPzV 在兩個方面不同:它有一個固定的 GEL 電解質和一個壓力減壓閥,用於保持電池內部的氧氣和氫氣充電,用於重組。 特徵特別顯示,帶用於網格的脊柱和在活性材料中保持多管的管狀板是細胞這種設計的長週期和日曆壽命的關鍵。
在鉛酸選項中,OPzS 在大多數固定應用中具有更好的全面性能,尤其是在迴圈壽命方面,但缺點是需要加注維護以及相關成本。 在計算儲能 (LCOES) 的電平成本時,必須包括電池安裝和維護的全部成本。 在確定最佳電池選項時,瞭解實際成本非常重要,尤其是在評估不同的電池化學成分時。
以鋰離子為例,通常報價是電池組成本,而將冷卻、安全和防火設備與電池組成本不一。 在某些情況下,計算中包括的只是電池成本,連電池組和管理系統都未包括在內。 能源水準成本 (LCOE) 可以很容易地從以下關係中確定:
-
LCOE = 電池續航時間的所有成本的總和/電池續航時間上所有輸出的總和。
電池使用成本的成本包括用電充電電池。 在這種情況下,以百分比表示的輸出/輸入用於成本計算。
整個生命週期的輸出嚴重依賴於電池的循環壽命,越高越好。 這樣,根據上述關係降低了供電成本。 在計算電池時,這再次造成混淆和錯誤。 在鉛酸的情況下,電池的使用壽命嚴重取決於其放電深度 (DOD)。
DOD 越低,電池迴圈壽命越長(圖 3)。 許多客戶將嘗試通過將資本成本降至最低和購買容量最小的電池來完成這項工作,從而盡量降低頂線。 事實上,一個電池只大50%將給一個DD50%,而不是80%,將幾乎加倍的週期壽命。 在這種情況下,系統和安裝成本幾乎保持不變,只是電池的價格增加了。
換句話說,對於額外的 50% 的電池成本,您獲得的 LCOE 幾乎佔最小資本案例的一半。 好處不止於此:現在的收費效率從低於 80% 到 90% 以上,從而進一步減少了您的 LCOE。
使用電池對儲能業務的好處非常明顯。 哪個電池不那麼簡單。 目前,鋰離子是全球在這種不斷增長的應用中的主要化學應用。 除非考慮行銷策略,否則原因並不完全清楚。 BESS系統安裝人員給出使用鋰離子的主要原因是,由於迴圈壽命更高,電荷/放電效率高,其LCOE比PbA好。
回到我剛剛給的增強型2v OPzS電池的數位,你可以看到,隨著迴圈壽命的兩倍和充電/放電效率的提高,鋰離子電池仍然更昂貴,但沒有給更好的壽命或效率。 有一種做法是開發使用第二次生命鋰離子電池,這是以前在EV電池組使用。
已經證明,這些細胞可能變得不安全,由於內部樹突生長產生短路。 在韓國和美國總統第二生命鋰離子 BESS 裝置著火、壽命終止回收設施不足的韓國和美國,這些問題都表明需要進一步評估鋰離子系統真正的 LCOE。 也許需要鉛酸電池行業進行更好的行銷。
UPS 和備用電源的傳統應用仍佔全球固定市場的 50% 以上。 從表1中可以看到,它們各自的要求有些不同。 對於 UPS 市場,電池必須偶爾提供短脈衝電源,以確保設備不會受到突然斷電或斷電的影響。 通常,這會導致電池組進行淺層和不頻繁的放電。 電池組通常保存在外殼或機櫃中,持續低壓浮動充電,在日曆壽命的大部分時間都。 在這種情況下,它不是 DOD 或週期生命週期是主要要求,它是日曆壽命。
在恆定浮動充電時,日曆壽命幾乎完全取決於電池網格中使用的合金的耐腐蝕性。 其他考慮因素包括洪水系統中的水損失和使用VRLA OPzV電池。
在無維護 OPzV 或低維護 2v OPzS 設計中,使用正確的脊椎合金和正確的活性材料成分,有效的設計壽命可以超過 20 年。 在這方面,Microtex 提供的 2v OPzS 和 OPzV 系列是一流的產品(圖 4)。 它們由一位受人尊敬的德國電池科學家設計,採用最新的低氣體和耐腐蝕鉛-鈣錫合金製造,提供無與倫比的性能、可靠性和使用壽命。
Microtex 通過利用由完美平衡的鉛-鈣錫合金製成的高壓壓鑄正脊柱網格,為正極和負板提供最佳的活性材料平衡,從而實現電池的這些特性,而鉛-鈣錫合金是電池的關鍵成分。 它不僅是板的有源材料產生的電流的導體,而且必須確保 AM 和柵格之間有良好的粘結,以最大限度地減少內部電阻並防止粘貼隨著電池迴圈而脫落。
在 UPS 應用中,蓄電池具有恆定的低壓浮動充電,對於正向電量,則意味著電池不斷被氧化(腐蝕)。 Microtex 用於製造脊柱的特定合金是數十年研發和商業經驗的頂峰。 它提供了任何可用的鉛鈣合金的耐腐蝕性和低氣體性能的最佳混合。 UPS 應用的使用壽命結束通常以正格柵網的完全腐蝕為標誌。 在 2v OPzS 和 OPzV 設計中,通常都是正柵格腐蝕和/或電池因氣體演變而因水損失而乾涸,這是最終電池故障的原因。
其他主要的固定應用是備用/應急電源、電信、可再生能源和信令。 我已將這些應用分組在一起,因為它們大多是深度放電應用,並且具有類似的電池要求。 同樣,良好的循環壽命、深度放電電阻和低維護是電池選擇的關鍵參數。
可再生能源和電信有一個共同的運營模式,因為它們經常(在大多數情況下是每天)放電和充電。 放電深度取決於電池需要與資本支出相比的使用壽命。 DOD 越低,初始成本越高。 運營商必須根據財務和技術原因決定使用哪種電池。 BESS 的情況討論了對 LCOE 的影響,對電信和可再生能源行業也是如此。
可再生能源的應用利用了儲存能源的優勢,這種能源通常是間歇性地在不方便的時候產生的。 無論是在國內、地方和國家層面的儀錶應用,在儀錶後面還是前面都是如此。 電池存儲能夠從風力渦輪機裝置中收集能量,這些裝置可能是不可預知的,無法使用,因為它們在起源時不需要,需要時釋放,例如在需求高峰期。 同樣,對於國內和網格級安裝一樣,情況也是如此。
太陽能是另一個例子,雖然可以預測,當需求很少時。 在這些示例中,能量輸入/能量輸出(充電/放電)迴圈通常是每天發生的。 在這方面,它非常類似於電信行業,完全電動和混合動力柴油系統。 在所有這些情況下,電池通常每天放電和充電,通常在 60% 到 80% 的 DOD 之間。
對於大多數固定應用,在成本、回應時間、供電和儲能能力方面最有效的全方位儲能解決方案是電池(圖 5)。
圖5 不同儲能技術的比較。
大多數國內和商業規模的業務將位於任何其他類型的儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪等)不合適的地區或情況。 如前所述,Microtex 2v OPzS 和 OPzV 中用於正柵格的管板和合金的構造可提供盡可能高的循環壽命,且氣化速率最低(水損失)。 這使得這種設計在大多數應用中是最合適和最經濟高效的選擇。 例如,將管狀板電池和單體電池用於太陽能發電裝置,這一點已經非常成熟。
對於超長迴圈壽命和深度放電能力,2V OPzS 的選擇是最合適的。 然而,它伴隨著充值維護的額外價格標籤。 在某些情況下,特別是在遠端應用中,加水不是一種選擇。 在這些情況下,有OPzV範圍從Microtex與所有功能在2v OPzS範圍內找到,但與凝膠電解質和密封VRLA操作。
可以說,備用電源是未來一個不斷增長的和越來越重要的市場。 因此,使用最有經驗的和先進的鉛酸電池公司是十分有意義的。 許多公司都會提出這一要求,但很少有公司擁有 Microtex 的經驗和記錄,能夠真正實現。